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【摘要】以叙述防腐材料的性能为基础,着重介绍了防腐技术的发展趋势。
【关键词】管道;防腐;阴极保护;趋势
一、前言
输气及输油的钢质管道必须采取适当的防腐措施,以保证正常输送和运行。采用外防腐涂层一般使用寿命应保持30年以上,因此外防腐的正确选择是相当重要的。防腐涂层及阴极保护是现代管道的基本防护措施,然而,防腐涂层与阴极保护的建设费用占管道总造价的比例并不很大。本文将介绍防腐材料在世界各国的发展概况、未来的趋势及防腐材料的成本。
二、防腐材料
1、煤焦油瓷漆
煤焦油瓷漆应用于管道外防腐已有近百年历史,它由底漆、内缠带、外缠带及其他附加保护材料组成,具有吸水率低、抗微生物侵蚀性及抗植物根茎穿透性等特点,由于价格低廉,早已应用广泛。
2、石油沥青
石油沥青热浇淋防腐最早于20世纪50年代应用于前苏联,由于其吸水率高,细菌啃食及机械性能较差等缺点,虽然价格低廉,在欧美国家也不采用现浇方式,而主要在工厂或现场以半自动方式将粘胶带螺旋缠绕于钢管上。使用石油沥青粘胶带,主要原因是其成本低廉,容易施工且较煤焦油瓷漆安全。随着管道输送压力提高,管径加大,温度增加及各种环境变化需求,上述两种防腐材料有以下几个问题需要克服解决:①机械外力的破坏;②土壤应力;③适用温度范围;④剥离。为了解决以上问题,熔结环氧粉末及聚乙烯防腐涂层提供了最好的方式。
3、聚乙烯
聚乙烯涂层于20世纪50年代初由美国研制成功,采用的是两层结构,即底层胶粘剂和面层聚乙烯组成。该涂层逐渐在世界许多国家得到发展和应用,尤其在欧洲传统使用的石油粘胶带防腐层几乎被聚乙烯防腐取代。
聚乙烯塑料发展已经有相当长的历史,应用于电线外包覆超过60年,气体、油品、水等压力管道的防腐超过40年。由于聚乙烯材料涂层薄、埋地不透水、耐磨、耐腐蚀、耐酸碱性高、无毒性、耐机械及热稳定性高、寿命长,单位成本与使用年限综合分析,这种涂层比较经济。
4、熔结环氧粉末
熔结环氧粉末于20世纪60年代普及应用,采用热固性粉末涂料一次喷涂成膜的生产工艺,在美国几乎取代传统上使用的煤焦油瓷漆。该涂层普遍应用于管道防腐,主要优点是防腐效果好、耐化学腐蚀、耐磨、耐温度、抗氧化性高、对钢材粘结力强。同时还有耐阴极剥离的优点。然而,在湿气重及温度高的条件下,必须增加涂层厚度。同时在运输及安装时需作好保护措施,且该涂层对补口要求高。
5、聚乙烯/聚丙烯三层涂层
防腐材料采用多层防腐涂层发展于20世纪80年代,该涂层由底层环氧粉末、内层胶粘剂和两层聚乙烯或聚丙烯所组成;既解决了单层环氧粉末耐冲击性不佳及吸水率高的弱点,也同时克服了二层聚乙烯涂层粘结力及阴极剥离不够好的缺点。有些工程易发生聚乙烯防腐屏蔽的问题,其根本原因是涂层与钢管表面发生剥离,使聚乙烯屏蔽保护电流所造成。为解决此问题,可以从加强其聚乙烯与钢管表面附着力着手。
三、防腐成本
管道防腐蚀总成本应包括以下几项因素:①材料;②施工;③修补;④安装;⑤阴极保护;⑥维修;⑦检验;⑧设计年限。管道的腐蚀保护通常应将涂层与阴极保护结合起来。
表1为不同涂层与阴极保护的成本。虽然三层聚乙烯涂层比沥青/煤焦油瓷涂层贵20%以上,但总体防腐成本便宜15%。以上分析着重于使用者初期投入成本,考虑到今后的发展影响,诸如防腐施工中有害物对人体损害、环境安全、废料的回收及二次污染等问题。在评估成本中不能只计算涂层费用,应加入阴极防腐的成本及使用年限与相关的社会影响。
四、防腐技术的发展趋势
现代管线设计使用年限基本要求达到60年以上,同时应减少维修的次数,以保证正常安全使用。使用环氧粉末底层加粘结剂内层及聚合外保护层的防腐方式,有如下的发展趋势:①使用较厚的环氧粉末底层;②使用特殊融台聚乙烯的内层粘结剂;③使用改良的高密度聚乙烯(耐老化,有较高热稳定性及耐环境应力);④开发聚丙烯树脂作为防腐材料。
从健康、安全及环境上考虑,世界各国在涂层的使用上均有所限制:如美国规定,销售及施工涂层必须符合空气污染控制规定的溶剂含量,煤焦油瓷漆施工人员在8小时内不得曝露于含0.2 mg/m3致癌物质的空气。
随着时代进步及科技发展,防腐蚀系统的应用有下述发展趋势:①施工简易;②品质划一;③寿命更长;④造价经济;⑤符合环保。
品质划一是指在工厂车间生产制造,利用机器设备自动化生产,避免因工人操作熟练程度、操作条件及其他人为因素造成的产品质量不统一。
寿命更长当然是希望由原来20至30年的设计年限。提升到60年甚至更久,以节省更换、维修及其他成本(包括可能发生的泄漏所造成的民眾不满)。
符合环保是指随着时代的进步,环保的要求愈趋严格.考虑健康、安全、环境方面的因素,不能符合环保要求的产品将逐渐被社会淘汰,而建设者必须主动注意环保问题,使工程对社会负责。
五、结论
钢质管道防腐蚀材料与防腐蚀系统,必须经过一段相当长的时间。才能知道实际的效果,不论石油沥青、煤焦油瓷漆、粘胶带、二层聚乙烯、熔结环氧粉末或者是三层聚乙烯/聚丙烯,整个发展过程都经历过长期实际使用的考验,各项材料有其不同的优点,虽然石油沥青、煤焦油瓷漆、粘胶带及二层聚乙烯涂料在防腐工程上短期内不可能全面取消,但未来发展趋势应会以熔结环氧粉末及三层聚乙烯/聚丙烯为主流产品。
现在防腐技术已发展为多层结构,在考虑防腐成本时应包括使用材料、运输、修补、阴极保护、维修及使用年限等总体成本,一次性投资较高的方式,如使用寿命长或者维修少其总体成本反而较低。
【关键词】管道;防腐;阴极保护;趋势
一、前言
输气及输油的钢质管道必须采取适当的防腐措施,以保证正常输送和运行。采用外防腐涂层一般使用寿命应保持30年以上,因此外防腐的正确选择是相当重要的。防腐涂层及阴极保护是现代管道的基本防护措施,然而,防腐涂层与阴极保护的建设费用占管道总造价的比例并不很大。本文将介绍防腐材料在世界各国的发展概况、未来的趋势及防腐材料的成本。
二、防腐材料
1、煤焦油瓷漆
煤焦油瓷漆应用于管道外防腐已有近百年历史,它由底漆、内缠带、外缠带及其他附加保护材料组成,具有吸水率低、抗微生物侵蚀性及抗植物根茎穿透性等特点,由于价格低廉,早已应用广泛。
2、石油沥青
石油沥青热浇淋防腐最早于20世纪50年代应用于前苏联,由于其吸水率高,细菌啃食及机械性能较差等缺点,虽然价格低廉,在欧美国家也不采用现浇方式,而主要在工厂或现场以半自动方式将粘胶带螺旋缠绕于钢管上。使用石油沥青粘胶带,主要原因是其成本低廉,容易施工且较煤焦油瓷漆安全。随着管道输送压力提高,管径加大,温度增加及各种环境变化需求,上述两种防腐材料有以下几个问题需要克服解决:①机械外力的破坏;②土壤应力;③适用温度范围;④剥离。为了解决以上问题,熔结环氧粉末及聚乙烯防腐涂层提供了最好的方式。
3、聚乙烯
聚乙烯涂层于20世纪50年代初由美国研制成功,采用的是两层结构,即底层胶粘剂和面层聚乙烯组成。该涂层逐渐在世界许多国家得到发展和应用,尤其在欧洲传统使用的石油粘胶带防腐层几乎被聚乙烯防腐取代。
聚乙烯塑料发展已经有相当长的历史,应用于电线外包覆超过60年,气体、油品、水等压力管道的防腐超过40年。由于聚乙烯材料涂层薄、埋地不透水、耐磨、耐腐蚀、耐酸碱性高、无毒性、耐机械及热稳定性高、寿命长,单位成本与使用年限综合分析,这种涂层比较经济。
4、熔结环氧粉末
熔结环氧粉末于20世纪60年代普及应用,采用热固性粉末涂料一次喷涂成膜的生产工艺,在美国几乎取代传统上使用的煤焦油瓷漆。该涂层普遍应用于管道防腐,主要优点是防腐效果好、耐化学腐蚀、耐磨、耐温度、抗氧化性高、对钢材粘结力强。同时还有耐阴极剥离的优点。然而,在湿气重及温度高的条件下,必须增加涂层厚度。同时在运输及安装时需作好保护措施,且该涂层对补口要求高。
5、聚乙烯/聚丙烯三层涂层
防腐材料采用多层防腐涂层发展于20世纪80年代,该涂层由底层环氧粉末、内层胶粘剂和两层聚乙烯或聚丙烯所组成;既解决了单层环氧粉末耐冲击性不佳及吸水率高的弱点,也同时克服了二层聚乙烯涂层粘结力及阴极剥离不够好的缺点。有些工程易发生聚乙烯防腐屏蔽的问题,其根本原因是涂层与钢管表面发生剥离,使聚乙烯屏蔽保护电流所造成。为解决此问题,可以从加强其聚乙烯与钢管表面附着力着手。
三、防腐成本
管道防腐蚀总成本应包括以下几项因素:①材料;②施工;③修补;④安装;⑤阴极保护;⑥维修;⑦检验;⑧设计年限。管道的腐蚀保护通常应将涂层与阴极保护结合起来。
表1为不同涂层与阴极保护的成本。虽然三层聚乙烯涂层比沥青/煤焦油瓷涂层贵20%以上,但总体防腐成本便宜15%。以上分析着重于使用者初期投入成本,考虑到今后的发展影响,诸如防腐施工中有害物对人体损害、环境安全、废料的回收及二次污染等问题。在评估成本中不能只计算涂层费用,应加入阴极防腐的成本及使用年限与相关的社会影响。
四、防腐技术的发展趋势
现代管线设计使用年限基本要求达到60年以上,同时应减少维修的次数,以保证正常安全使用。使用环氧粉末底层加粘结剂内层及聚合外保护层的防腐方式,有如下的发展趋势:①使用较厚的环氧粉末底层;②使用特殊融台聚乙烯的内层粘结剂;③使用改良的高密度聚乙烯(耐老化,有较高热稳定性及耐环境应力);④开发聚丙烯树脂作为防腐材料。
从健康、安全及环境上考虑,世界各国在涂层的使用上均有所限制:如美国规定,销售及施工涂层必须符合空气污染控制规定的溶剂含量,煤焦油瓷漆施工人员在8小时内不得曝露于含0.2 mg/m3致癌物质的空气。
随着时代进步及科技发展,防腐蚀系统的应用有下述发展趋势:①施工简易;②品质划一;③寿命更长;④造价经济;⑤符合环保。
品质划一是指在工厂车间生产制造,利用机器设备自动化生产,避免因工人操作熟练程度、操作条件及其他人为因素造成的产品质量不统一。
寿命更长当然是希望由原来20至30年的设计年限。提升到60年甚至更久,以节省更换、维修及其他成本(包括可能发生的泄漏所造成的民眾不满)。
符合环保是指随着时代的进步,环保的要求愈趋严格.考虑健康、安全、环境方面的因素,不能符合环保要求的产品将逐渐被社会淘汰,而建设者必须主动注意环保问题,使工程对社会负责。
五、结论
钢质管道防腐蚀材料与防腐蚀系统,必须经过一段相当长的时间。才能知道实际的效果,不论石油沥青、煤焦油瓷漆、粘胶带、二层聚乙烯、熔结环氧粉末或者是三层聚乙烯/聚丙烯,整个发展过程都经历过长期实际使用的考验,各项材料有其不同的优点,虽然石油沥青、煤焦油瓷漆、粘胶带及二层聚乙烯涂料在防腐工程上短期内不可能全面取消,但未来发展趋势应会以熔结环氧粉末及三层聚乙烯/聚丙烯为主流产品。
现在防腐技术已发展为多层结构,在考虑防腐成本时应包括使用材料、运输、修补、阴极保护、维修及使用年限等总体成本,一次性投资较高的方式,如使用寿命长或者维修少其总体成本反而较低。