輸氣管道內(nèi)壁無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂層的應(yīng)用研究

楊繼平，毛濃召，杜 華，吳加友

(寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司，陜西 寶雞721008)

輸氣管道內(nèi)壁無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂層的應(yīng)用研究

楊繼平，毛濃召，杜 華，吳加友

(寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司，陜西 寶雞721008)

介紹了輸氣管道無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂料的成分及其施工工藝，重點對無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂料的噴涂工序關(guān)鍵參數(shù)的控制進(jìn)行了研究，同時對無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂層的性能指標(biāo)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂層能夠完全滿足現(xiàn)有輸氣管線內(nèi)減阻涂層標(biāo)準(zhǔn)CDP-S-PC-AC-001—2009/B《輸氣管道工程內(nèi)減阻環(huán)氧涂層技術(shù)規(guī)格書》的要求，且部分指標(biāo)遠(yuǎn)高于溶劑型內(nèi)減阻環(huán)氧涂層，能夠解決溶劑型涂料由于易揮發(fā)對生產(chǎn)、安全、環(huán)保帶來的不利影響。

焊管；輸氣管道；無溶劑；內(nèi)減阻環(huán)氧涂料；噴涂工藝

0 前言

在長距離或長期流體輸送領(lǐng)域，減阻技術(shù)的研究和應(yīng)用由來已久。減阻技術(shù)以其低投入、高產(chǎn)出的性能優(yōu)勢被廣泛采用在世界各國各種大型工程中。研究表明，由環(huán)氧樹脂制造的內(nèi)減阻涂料可以節(jié)省7％～14％的天然氣運(yùn)輸費用[1-2]，直接經(jīng)濟(jì)效益明顯。發(fā)達(dá)國家的長輸管線大都采用內(nèi)壁涂層減阻技術(shù)[3]。

近年來，我國主要重大天然氣長輸管線基本都采用了內(nèi)壁涂層減阻技術(shù)，但在施工時選用的涂料皆為溶劑型環(huán)氧涂料，溶劑型環(huán)氧涂料在涂裝過程時會產(chǎn)生大量甲苯、二甲苯、醇類等揮發(fā)性物質(zhì)[4]，給生產(chǎn)、安全、環(huán)保帶來很多不利影響。雖然大多數(shù)涂裝車間設(shè)計了良好的通風(fēng)系統(tǒng)，但車間內(nèi)VOC濃度仍然較大，大量吸入將嚴(yán)重危害身體健康。如果車間通風(fēng)不良，VOC濃度達(dá)到爆炸極限，極易產(chǎn)生爆炸事故，后果嚴(yán)重。

針對上述問題，近年來國內(nèi)各大知名防腐涂料制造商陸續(xù)推出了新型無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂料，該涂料不含揮發(fā)性溶劑，使用安全、環(huán)保。筆者主要對管道內(nèi)壁無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂料的噴涂工藝進(jìn)行了研究。

1 無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂料的成分及特點

1.1 無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂料的成分

無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂料是采用低粘度環(huán)氧樹脂、著色顏料、助劑等經(jīng)高速分散和研磨制成漆料，以低粘度改性胺作為固化劑而組成的雙組分反應(yīng)固化型防腐涂料，其主要成分見表1[5-7]。

表1 無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂料的主要成分

1.2 無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂料的特點

無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂料與溶劑型減阻環(huán)氧涂料產(chǎn)品的最大區(qū)別在于涂料制造和施工應(yīng)用過程中不需要采用揮發(fā)性有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)，其低粘度的胺類固化劑、液態(tài)環(huán)氧樹脂經(jīng)交聯(lián)反應(yīng)固化形成的涂層具有非同一般的特性。

(1)施工安全和健康環(huán)保。無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂料其固體組分含量為100％，不含可揮發(fā)性的有機(jī)溶劑和可燃物[8]，保證了施工安全；不含有毒有害物質(zhì)，不會對人體產(chǎn)生毒害作用；對環(huán)境沒有任何污染，符合管道建設(shè)安全、綠色環(huán)保的發(fā)展方向。

(2)涂層附著力強(qiáng)。無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂料由于環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)中含有大量的羥基和醚基等極性基團(tuán)，加之固化過程中活潑的環(huán)氧基與界面金屬原子反應(yīng)形成極為牢固的化學(xué)鍵，保證了基材與涂層優(yōu)異的附著力。無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂料對鋼管表面的抗剪切能力可以達(dá)到10MPa以上[9]，幾乎是溶劑型減阻涂料的2倍。

(3)耐磨性能好。無溶劑環(huán)氧涂料在交聯(lián)固化后能形成類似瓷釉一樣的光潔涂層，由于交聯(lián)密度高和分子鏈中的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，使涂層硬度高的同時具有較好的柔韌性、耐磨性、抗劃傷性和耐撞擊性的特點。

(4)涂料消耗量小。國內(nèi)目前常見的溶劑型涂料固體含量為48％～52％[10]，其余為分散介質(zhì)使用的溶劑。溶劑在涂料成膜時不參加反應(yīng)，因此溶劑型減阻涂料施工時涂層濕膜厚度近乎是干膜厚度的2.5倍。而無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂料在成膜時所有組分都會參加成膜反應(yīng)，濕膜厚度與干膜厚度基本相當(dāng)[11]。對于相同厚度的干膜厚度要求，無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂料消耗量遠(yuǎn)低于溶劑型涂料。

(5)減阻效果好。表面光澤度是評價輸氣管道內(nèi)壁涂層減阻效果的關(guān)鍵指標(biāo)，表面光澤度越高，涂層表面越光滑，減阻效果就越好。無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂層表面光澤度可達(dá)70以上，與常規(guī)的溶劑型減阻涂料相比，光澤度可提高30％以上。

2 無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂層的生產(chǎn)工藝

2.1 生產(chǎn)工藝流程

與溶劑型環(huán)氧涂料相比，無溶劑環(huán)氧涂料的固體含量在99.5％以上，其粘度約為20～50pa·s，遠(yuǎn)高于溶劑型涂料，因此，在噴涂施工過程中要對涂料進(jìn)行預(yù)熱保溫以降低其粘度，方便噴涂施工。無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂層生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

2.2 噴涂關(guān)鍵參數(shù)研究

無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂層生產(chǎn)工藝流程與溶劑型減阻涂層基本一致，主要的關(guān)鍵點在于無氣噴涂環(huán)節(jié)。在大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)時，噴涂關(guān)鍵參數(shù)的控制尤為重要，下面就以某公司LDF-22涂料為例對噴涂的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行研究。

圖1 無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂層生產(chǎn)工藝流程

2.2.1 涂料預(yù)熱溫度

對不同溫度下，無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂料的粘度采用4#福特杯進(jìn)行測量，結(jié)果見表2。

表2 預(yù)熱溫度對涂料粘度及使用期的影響

由表2可以看出，涂料的粘度隨著加熱溫度的升高而降低，當(dāng)溫度達(dá)到35℃時，其粘度變化最為明顯。涂料使用期隨著預(yù)熱溫度的升高而縮短，當(dāng)溫度達(dá)到45℃以上時，使用期縮短至15min以下，已較難滿足實際的施工要求。由上可知，LDF-22無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂料預(yù)熱溫度需控制在35～45℃最佳。

2.2.2 噴嘴直徑

試驗用噴涂設(shè)備的最大速度為6m/min，噴嘴流量需在1.1 L/min以上才能滿足生產(chǎn)需要。噴涂設(shè)備為雙噴嘴噴涂方式，故單個噴嘴流量應(yīng)在0.55L/min以上。表3是不同直徑噴嘴的流量測量結(jié)果。

表3 不同直徑槍嘴流量測量結(jié)果

由于壓縮空氣供風(fēng)壓力在0.6MPa左右，正常噴涂時噴涂泵氣壓一般控制在0.3～0.35MPa，所以噴嘴選擇流量稍微偏大的0.53mm。

2.2.3 噴嘴與鋼管內(nèi)壁距離

噴涂速度的確定和噴涂時形成的噴幅寬度密切相關(guān)，噴嘴噴涂示意如圖2所示，噴嘴和鋼管內(nèi)壁距離與噴幅的關(guān)系見表4。

圖2 噴嘴噴涂示意圖

表4 噴嘴和鋼管內(nèi)壁距離與噴幅對應(yīng)關(guān)系

由以上可知，在實際噴涂過程中，雙噴嘴的兩個噴幅之間必須保證有搭接，涂層厚度才能保證均勻平整，單個槍嘴的噴幅應(yīng)至少260mm以上才能滿足噴涂要求，因此，噴嘴與鋼管內(nèi)壁距離確定為320mm。

2.2.4 噴涂螺距

根據(jù)噴幅、涂料覆蓋層數(shù)以及噴涂的搭接量(10mm)，可以計算出噴涂的螺距。

式中：S-螺距，mm；

L2-雙噴嘴噴涂實際噴幅,mm；

N-涂料覆蓋層數(shù)，一般取N=3。

通過式(1)可知，無溶劑內(nèi)減阻涂料噴涂螺距應(yīng)控制在142mm左右，根據(jù)此螺距可以進(jìn)一步推算噴涂線速度為4.97m/min。

2.2.5 噴涂壓力

無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂層的厚度可通過調(diào)節(jié)雙組分噴涂泵噴涂氣壓進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的最低干膜厚度[12](≥65 μm)的控制要求進(jìn)行試驗，表5為不同噴涂壓力對涂層厚度的影響。

表5 不同噴涂壓力時涂層的厚度

由表5可以看出，當(dāng)噴涂壓力控制在0.30MPa左右時，涂層完全固化后厚度在65 μm以上。圖3所示為噴涂氣壓在0.30MPa時的鋼管涂層照片。

圖3 噴涂氣壓為0.30MPa時的鋼管涂層照片

3 無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂層性能指標(biāo)

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)CDP-S-PC-AC-001-2009/B《輸氣管道工程內(nèi)減阻環(huán)氧涂層技術(shù)規(guī)格書》對無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂層與溶劑型減阻環(huán)氧涂層的性能進(jìn)行對比，結(jié)果見表6。從表6可以看出，無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂層能夠完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，而且部分指標(biāo)遠(yuǎn)高于溶劑型內(nèi)減阻環(huán)氧涂層。

無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂層在抗剪切強(qiáng)度、耐腐蝕、耐磨性等方面的優(yōu)良性能可以滿足更高壓力輸氣管線內(nèi)涂層的需要，而相對溶劑型減阻涂層更高的光澤度也有助于進(jìn)一步提高輸氣管線內(nèi)壁光滑性，有利于管道輸送效率的提高。

表6 無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂層與溶劑型內(nèi)減阻環(huán)氧涂層性能指標(biāo)對比

4 結(jié) 語

從國內(nèi)輸氣管線設(shè)計趨勢來看，對鋼管內(nèi)部進(jìn)行防腐減阻處理已成為趨勢，無溶劑內(nèi)減阻環(huán)氧涂料作為一種性能優(yōu)良、安全環(huán)保的涂料，將極具發(fā)展?jié)摿蛯嵱脙r值。在目前國家大力提倡安全、環(huán)保的前提下，無溶劑環(huán)氧涂料勢必在今后的管道輸送發(fā)展中贏得一席之地。

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Study on the Application of Solvent-free Inner Resistance-reducing Epoxy Coating Used in Gas Pipeline Internal Wall

YANG Jiping,MAO Nongzhao,DU Hua,WU Jiayou
(Baoji Petroleum Steel Pipe Co.,Ltd.,Baoji 721008,Shaanxi,China)

In this arcticle,it introduced the solvent-free inner resistance-reducing epoxy coating in gas pipeline and its construction procedure.The highlight of controlling spraying process key parameters were studied,and the properties of the solvent-free innerresistance-reducing epoxy coating were analyzed.The results indicated the solvent-free inner resistance-reducing epoxy coating can fully meet the requirements of the existing standard of CDP-S-PC-AC-001-2009/B Technical Specification of Inner Resistance-reducing Epoxy Coating for Gas Pipeline,moreover,some of the indexes are far higher than those of solvent based inner resistance-reducing epoxy coating,which can solve some adverse effect in production,safety and environmental protection caused by solvent based coating.

welded pipe;gas pipeline;solvent-free;inner resistance-reducing epoxy coating;spraying technology

TE988.2

B

1001-3938(2015)01-0033-05

楊繼平(1984—)，男，畢業(yè)于四川大學(xué)高分子材料與工程專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事鋼管內(nèi)外防腐工藝的研究和管理工作。

2014-09-10

李 超