一種用于罐底邊緣板的新型復合防腐蝕層

,,, ,,(1. 中國石油集團工程技術研究有限公司，天津 300451;2. CNPC石油管工程重點實驗室 涂層材料與保溫結構研究室，天津 300451)

儲罐腐蝕主要分為內腐蝕和外腐蝕兩類。內腐蝕主要集中在罐內壁下部和焊接處；外腐蝕以罐底板腐蝕為主[1]。儲罐腐蝕中80%發(fā)生在儲罐底部，在罐底腐蝕中，邊緣板的腐蝕占60%[2]。為此加強罐底邊緣板的防護，對延長儲罐的使用壽命、減少儲罐的事故發(fā)生率至關重要。

目前，國內常見的罐底邊緣板防腐蝕方法包括涂覆彈性聚氨酯、防水涂料，纏繞防水膠帶、礦脂油帶等方法[3]。但由載荷和溫度變化造成的儲罐變形[4]，冬季的嚴重結冰以及墜冰沖擊，高鹽分化學介質的滲入等因素，都會造成當前單一罐底邊緣板防腐蝕層翹邊、脫落、起殼、材料失效等現(xiàn)象，形成雨水、露水等腐蝕介質入侵邊緣板的通道[5]，最終導致邊緣板腐蝕。

因此，合理選擇罐底邊緣板防腐蝕層材料，優(yōu)化防腐蝕層結構，開發(fā)具有良好防水性能、抗沖擊性能的防腐蝕層能有效加強罐底邊緣板的防護，從而延長儲罐的使用壽命，降低儲罐安全事故的發(fā)生率。

1 試驗

試驗用防腐蝕材料為目前應用較多的彈性聚氨酯(CTPU)、礦脂油帶、氧化聚合物(OTC)，其基本理化特性見表1。

制備150 mm×50 mm×8 mm尺寸混凝土塊若干，待混凝土塊完全硬化后將N80鋼片(50mm×10 mm×3 mm)放置在混凝土塊上，然后分別用彈性聚氨酯(CTPU)、礦脂油帶、氧化聚合物(OTC)3種防腐蝕材料涂敷或包覆制成單一防腐蝕層試件，防腐蝕層厚度≥2 mm，如圖1所示。按照SY/T 0063-1999《管道防腐層檢漏試驗方法》對試件進行電火花檢漏，無漏點為合格試件。

表1 3種防腐蝕材料理化特性情況Tab. 1 Physical and chemical properties of three kinds anti-corrosion materials

對比研究了這3種防腐蝕層的防水性能，耐鹽霧腐蝕性能和憎水性。選取綜合性能最佳的材料為儲罐邊緣板的復合防腐蝕層內層材料，并以聚乙烯為邊緣板復合防腐蝕層的外護材料。

圖1 單一防腐蝕層試件示意Fig. 1 Schematic of test pieces with single corrosion protection layer

防水性能測試：將3種單一防腐蝕層試件放入高壓釜中，加入5%(質量分數)NaCl溶液直至溶液完全浸沒試件為止；用N2進行加壓，壓力為5 MPa，溫度保持在20 ℃，恒溫靜置0，10，15 d后，除掉鋼片表面防腐蝕層，觀察N80鋼片表面的腐蝕情況。

耐鹽霧腐蝕性能測試：按照ISO 9227-2006《人造氣氛中的腐蝕試驗——鹽霧試驗》標準要求方法，對3種單一防腐蝕層試件進行30 d的鹽霧試驗，對復合防腐蝕層試件分別進行30 d和60 d的鹽霧試驗。鹽霧試驗結束后，除掉防腐蝕層，觀察其宏觀腐蝕形貌。

憎水性測試：該測試采用靜態(tài)接觸角法，即將3種單一防腐蝕層試件放入20 ℃的5% NaCl溶液中，恒溫靜置0，10，15 d后測試防腐蝕層表面的接觸角，結果取3次測試的平均值。

抗沖擊性能測試：按照GB/T 23257-2009《埋地鋼質管道聚乙烯防腐層》標準中相關方法，對復合防腐蝕層試件和3種單一防腐蝕層試件進行抗沖擊性能測試。

2 結果與討論

2.1 防腐蝕層內層材料優(yōu)選結果

2.1.1 防水性能對比

由圖2可見：在NaCl溶液中恒溫恒壓浸泡后，3種單一防腐蝕層試件都發(fā)生了不同程度的腐蝕，這主要是NaCl溶液從防腐蝕層滲入造成的；浸泡時間越久，滲入的NaCl溶液越多，試件表面的腐蝕程度越深。浸泡10 d后，3種單一防腐蝕層試件的腐蝕程度差別不大。浸泡15 d后，腐蝕程度為CTPU>OTC>礦脂油帶，這說明3種防腐蝕層的防水性能依次為礦脂帶>OTC>CTPU。

2.1.2 耐鹽霧腐蝕性能對比

由圖3可見：經720 h鹽霧試驗后，CTPU防腐蝕層與水泥基面脫落，且防腐蝕層表面破損處出現(xiàn)銹跡，該防腐蝕層結構已失效；礦脂油帶防腐蝕層表面無明顯變化；OTC防腐蝕層表面出現(xiàn)明顯銹跡，防腐蝕層破損失效。以上結果表明，礦脂油帶的耐鹽霧腐蝕性能優(yōu)于CTPU和OTC的。

2.1.3 憎水性對比

憎水性是反映材料耐水滲透的一個技術指標，可通過防腐蝕層表面接觸角大小反映。接觸角越大，水溶液潤濕防腐蝕層的難度越大,說明防腐蝕層的憎水性越好。

由表2可知：在浸泡之前，3種單一防腐蝕層表面接觸角差別不大；在20 ℃的5% NaCl溶液中浸泡10 d和15 d后，3種單一防腐蝕層的接觸角均變小，防腐蝕層表面憎水性能明顯變差；浸泡時間越長，接觸角越小，憎水性能越差；礦脂油帶的接觸角變小的趨勢比CTPU和OTC的小，所以礦脂油帶的憎水性比CTPU和OTC的好。

2.1.4 施工方式對比

對比3種單一防腐蝕層試件的施工方式可知，礦脂油帶和OTC的施工較為簡便，如表3所示。

從防水性能、憎水性和耐鹽霧腐蝕性能來看，礦脂帶防腐蝕性能較好，施工方便，故將礦脂油帶作為復合防腐蝕層的內層防腐蝕層材料。

2.2 儲罐邊緣板復合防腐蝕層性能評價

2.2.1 抗沖擊性能對比

從表4可知：3種單一防腐蝕層試件的抗沖擊性能都較差，在沖擊強度為8.0 J/mm時，均出現(xiàn)破壞性漏點，而復合防腐蝕層試件在沖擊強度為8.0 J/mm時，沒有出現(xiàn)破壞性漏點，抗沖擊性能明顯提高。

(a) CTPU,浸泡0 d (b) CTPU,浸泡10 d (c) CTPU,浸泡15 d

(d) 礦脂油帶,浸泡0 d (e) 礦脂油帶,浸泡10 d (f) 礦脂油帶,浸泡15 d

(g) OTC,浸泡0 d (h) OTC,浸泡10 d (i) OTC,浸泡15 d圖2 經不同時間腐蝕的單一防腐蝕層試件表面腐蝕情況Fig. 2 Corrosion situation of the surfaces of test pieces with single corrosion protection layer corroded for different periods of time

表2 3種單一防腐蝕層接觸角的測試結果Tab. 2 Test results of contact angles for three kinds of single anti-corrosion layer

表3 3種單一防腐蝕層試件的施工方式Tab. 3 Construction methods of three test pieces with single anti-corrosion layer

表4 不同結構防腐蝕層試件的抗沖擊性能測試結果Tab. 4 Impact resistance test results of test pieces with different structures of anti-corrosion layers

(a) CTPU

(b) 礦脂油帶 (c) OTC圖3 單一防腐蝕層試件鹽霧試驗后的宏觀形貌Fig. 3 Macro-morphology of test pieces with single structure anti-corrosion layers after salt spray test

2.2.2 耐鹽霧腐蝕性能對比

從圖4可知：鹽霧腐蝕30 d后，在單一防腐蝕層保護下，N80鋼片均出現(xiàn)較為嚴重的腐蝕；在礦脂油帶+聚乙烯外護復合防腐蝕層保護下，N80鋼片鹽霧性腐蝕30 d后，沒有出現(xiàn)明顯腐蝕，鹽霧腐蝕60 d后，N80鋼片表面出現(xiàn)輕微腐蝕。試驗結果表明，復合防腐蝕層的防腐蝕性能比單一防腐蝕層的明顯提高，防腐蝕層的有效壽命延長一倍以上。

3 結論

(1) 礦脂油帶防腐蝕層的防水性能、憎水性、耐鹽霧腐蝕性能優(yōu)于彈性聚氨酯和氧化聚合物防腐蝕層的，單一防腐蝕層抗沖擊性能都較差。

(2) 礦脂油帶+聚乙烯外護復合防腐蝕層有較好的防腐蝕性能和抗沖擊性能，比單一防腐蝕層的有效壽命提高一倍以上。

(a) CTPU,30 d(b) 礦脂油帶,30 d (c) OTC,30 d(d) 礦脂油帶+聚乙烯外護,30 d(e) 礦脂油帶+聚乙烯外護,60 d圖4 鹽霧試驗后不同結構防腐蝕層試件的腐蝕情況Fig. 4 Corrosion situation of test pieces with different structures of anti-corrosion layers after salt spray test

[1] 楊厚源. 儲油罐底外邊緣板的腐蝕與防護[J]. 油氣儲運,2008,27(9):42-44.

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[4] 肖丁銘,劉學勤. 鋼質石油儲罐邊緣板的防腐密封[J]. 防腐保溫技術,2010,3(18):8-10.

[5] 宋宇. 論儲油罐底外邊緣板的腐蝕及防護研究[J]. 中國化工貿易,2013(3):78.