新型防腐涂料復(fù)合體系耐腐蝕性測(cè)試分析

姜 麗，宋兆曦，提 陽(yáng)

1中國(guó)石化股份勝利油田分公司東辛采油廠，山東 東營(yíng)

2勝利油田實(shí)習(xí)，山東 東營(yíng)

3森諾科技有限公司，山東 東營(yíng)

1.引言

勝利油田開(kāi)發(fā)50余年，已建成龐大復(fù)雜的油、氣、水管網(wǎng)系統(tǒng)，輸送介質(zhì)變化及管網(wǎng)使用時(shí)間的延長(zhǎng)，導(dǎo)致腐蝕泄漏事故時(shí)有發(fā)生，安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)逐年加大。單井管線、支干線、外輸管線等腐蝕穿孔現(xiàn)象逐步顯現(xiàn)，尤其是城區(qū)內(nèi)油、氣、水管網(wǎng)的泄漏，更易造成較大的社會(huì)影響。目前經(jīng)濟(jì)有效穩(wěn)定的防腐技術(shù)主要是防腐涂層的應(yīng)用，對(duì)于外防腐在勝利油田主要應(yīng)用以PE外防腐涂層為主，技術(shù)成熟，應(yīng)用效果良好[3]。而對(duì)于集輸管道內(nèi)腐蝕的防護(hù)主要采用內(nèi)表面的涂層處理，這種方法防腐性能高、使用年限長(zhǎng)、性價(jià)比高[4]。管線內(nèi)防腐技術(shù)的合理選擇將直接影響油水管線的使用壽命，對(duì)保障油田安全生產(chǎn)、降本增效有著十分重要的作用[5]。

近幾年，全球重防腐涂料消費(fèi)量一直呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)，尤其是工業(yè)防護(hù)，占總消費(fèi)量的一半以上。未來(lái)隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加快，重防腐涂料的需求量將呈現(xiàn)進(jìn)一步增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2025年，全球重防腐涂料的需求量將年均增長(zhǎng)3%以上。重防腐涂料技術(shù)含量較高，高端市場(chǎng)幾乎被國(guó)際大公司所壟斷，荷蘭Akzo Nobel、挪威Jotun 等五大公司，全球市場(chǎng)占有率超過(guò)50%。重防腐涂料正朝著高性能化、厚膜化、低VOC環(huán)境友好化、易施工等方向發(fā)展。面對(duì)復(fù)雜的施工環(huán)境與使用環(huán)境，以及市場(chǎng)需求的多樣化，需要開(kāi)發(fā)出更多技術(shù)含量高、性價(jià)比高且實(shí)用的新型防腐涂料產(chǎn)品[6]。

石墨烯微片具有超薄、超輕、超高強(qiáng)度、超強(qiáng)導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，利用其良好的導(dǎo)電性和片狀搭接特性，將石墨烯引入到防腐涂料中[7][8][9][10]，可降低鋅粉含量，提高油漆傳遞效率。可萊新防腐涂料是一種低表面處理涂料技術(shù)[11][12]，涂刷前無(wú)需進(jìn)行噴砂、打磨等預(yù)處理，該涂料可將銹轉(zhuǎn)化成一種全新的抗腐蝕的保護(hù)層將其包裹，形成保護(hù)層后，多余的有效成分仍能保持活性，繼續(xù)抵御銹蝕。

本文對(duì)兩種石墨烯防腐涂料、可萊新防腐涂料及油田常規(guī)防腐涂料在鹽水、稀硫酸及含油采出水中開(kāi)展了全浸泡實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證其防腐性能，同時(shí)對(duì)浸泡后的新型防腐涂料復(fù)合體系采用拉拔法測(cè)試附著力，以確定適宜于管道的內(nèi)防腐蝕技術(shù)。

2.室內(nèi)耐腐蝕性測(cè)試準(zhǔn)備

2.1.實(shí)驗(yàn)流程及注意事項(xiàng)

為驗(yàn)證新型防腐涂料的性能指標(biāo)，在室內(nèi)性能檢測(cè)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展其室內(nèi)浸泡試驗(yàn)。具體流程為：配置腐蝕溶液，準(zhǔn)備鋼板并涂刷防腐涂料，室內(nèi)浸泡實(shí)驗(yàn)(常溫和60℃)，附著力測(cè)試。

在此過(guò)程中，需注意：① 鹽水配置時(shí)，試劑用量嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行，②可萊新涂料不可在潔凈鋼材表面涂刷，③浸泡鋼板取出時(shí)，輕取輕放，避免破壞防腐涂層。

2.2.實(shí)驗(yàn)器材

本文實(shí)驗(yàn)所用主要測(cè)試器材有：0.5 L 玻璃瓶(若干，直徑85 mm，高100 mm)、含油采出水、可萊新防腐涂料、石墨烯防腐涂料1(Zn-35%)、石墨烯防腐涂料2(Zn-70%)、油田常規(guī)環(huán)氧涂料、鋼板(60 mm ×80 mm ×2 mm)。

2.3.三種腐蝕溶液的配置

1)含油采出水。通過(guò)對(duì)勝利油田各采出水處理站的腐蝕速率進(jìn)行調(diào)研，取東辛采油廠廣利采出水處理站的采出水作為腐蝕介質(zhì)進(jìn)行浸泡實(shí)驗(yàn)，記為腐蝕液A。

2)鹽水。根據(jù)《船舶漆耐鹽水性的測(cè)定 鹽水和熱鹽水浸泡法》(B/T 10834-2008)，配置實(shí)驗(yàn)用人造海水，用分析純級(jí)試劑溶于蒸餾水并稀釋到總量為1 L，記為腐蝕液B。試劑包括：24.53 g氯化鈉、11.11 g六水氯化鎂、4.09 g無(wú)水硫酸鈉、1.16 g無(wú)水氯化鈣、0.70 g 氯化鉀、0.20 g碳酸氫鈉和0.10 g溴化鉀。

3)硫酸溶液。按照《鋼質(zhì)儲(chǔ)罐液體涂料內(nèi)防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(SY/T 0319-2012)，用濃硫酸(分析純)與蒸餾水配置濃度10%的硫酸溶液，記為腐蝕液C。

2.4.涂刷防腐涂料

1)準(zhǔn)備鋼板24塊，分別標(biāo)記為A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3、C4、D1、D2、D3、D4、E1、E2、E3、E4、F1、F2、F3、F4。

2)1號(hào)鋼板涂刷可萊新防腐涂料。由于可萊新防腐涂料是一種低表面處理涂料，因此在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)階段使1號(hào)鋼板加速生銹，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行除銹處理，除去表面浮油及明顯銹跡，表面除銹處理達(dá)到Sa1.0級(jí)。

3)2號(hào)～4號(hào)鋼板表面除銹處理達(dá)到Sa2.5級(jí)，2號(hào)鋼板按照施工工藝涂刷普通環(huán)氧富鋅底漆及環(huán)氧玻璃鱗片面漆；3號(hào)鋼板涂刷石墨烯鋅粉涂料1(Zn-35%)及石墨烯面漆；4號(hào)鋼板涂刷石墨烯防腐涂料2(Zn-70%)及石墨烯面漆。

4)所有鋼板涂料實(shí)干后，損傷鋼板一側(cè)的涂層表面，制造劃痕。

2.5.實(shí)驗(yàn)前，對(duì)1號(hào)～4號(hào)鋼板進(jìn)行拍照記錄

分別將A1、A2、A3、A4放置到A 腐蝕液中，將B1、B2、B3、B4放置到B腐蝕液中，將C1、C2、C3、C4放置到C腐蝕液中，密封容器，常溫下浸泡實(shí)驗(yàn)；分別將D1、D2、D3、D4放置到A 腐蝕液中，將E1、E2、E3、E4放置到B腐蝕液中，將F1、F2、F3、F4放置到C腐蝕液中，密封容器，60℃浸泡實(shí)驗(yàn)，浸泡時(shí)間為40天。

測(cè)試項(xiàng)目與樣板對(duì)應(yīng)見(jiàn)表1。

Table 1.Correspondence table of test items and samples表1.測(cè)試項(xiàng)目與樣板對(duì)應(yīng)表

3.室內(nèi)耐腐蝕性測(cè)試過(guò)程及結(jié)果

2019年11月10日開(kāi)展室內(nèi)浸泡實(shí)驗(yàn)，分別在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)10天、25天、40天后進(jìn)行觀察，記錄不同涂層的耐腐蝕效果。

3.1.室內(nèi)實(shí)驗(yàn)浸泡10天

浸泡10天后實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象見(jiàn)表2、表3。

Table 2.Experimental phenomenon after soaking for 10 days(normal temperature)表2.浸泡10天后實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(常溫)

Table 3.Experimental phenomenon after soaking for 10 days(60°C)表3.浸泡10天后實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(60℃)

3.2.室內(nèi)實(shí)驗(yàn)浸泡25天

浸泡25天后實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象見(jiàn)表4、表5。

Table 4.Experimental phenomenon after soaking for 25 days(normal temperature)表4.浸泡25天后實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(常溫)

Table 5.Experimental phenomenon after soaking for 25 days(60°C)表5.浸泡25天后實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(60℃)

浸泡25天后實(shí)驗(yàn)鋼板腐蝕情況見(jiàn)圖1、圖2、圖3。

Figure 2.Corrosion of each test panel after immersed in salt water for 25 days(60°C)圖2.在鹽水中浸泡25天各試板腐蝕情況(60℃)

Figure 3.Corrosion of each test panel after immersed in dilute sulfuric acid for 25 days (60°C)圖3.在稀硫酸中浸泡25天各試板腐蝕情況(60℃)

3.3.室內(nèi)實(shí)驗(yàn)浸泡40天

浸泡40天后實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象見(jiàn)表6、表7。

Table 6.Experimental phenomenon after soaking for 40 days(normal temperature)表6.浸泡40天后實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(常溫)

Table 7.Experimental phenomenon after soaking for 40 days(60°C)表7.浸泡40天后實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(60℃)

浸泡40天后實(shí)驗(yàn)鋼板腐蝕情況見(jiàn)圖4、圖5、圖6。

Figure 4.Corrosion of each test panel after immersed in oil-bearing produced water for 40 days(60°C)圖4.在含油采出水中浸泡40天各試板腐蝕情況(60℃)

Figure 5.Corrosion of each test panel after immersed in salt water for 40 days(60°C)圖5.在鹽水中浸泡40天各試板腐蝕情況(60℃)

Figure 6.Corrosion situation of each test panel immersed in diluted sulfuric acid for 40 days(60°C)圖6.在稀硫酸中浸泡40天各試板腐蝕情況(60℃)

3.4.附著力測(cè)試

浸泡40天后，取出所有24塊鋼板，用拉拔法測(cè)試附著力。浸泡40天后鋼板附著力測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表8。

Table 8.Steel plate adhesion test resultsafter 40 daysof immersion 表8.浸泡40天后鋼板附著力測(cè)試結(jié)果

4.結(jié)論

根據(jù)涂覆不同防腐涂料的板材在含油采出水、鹽水及稀硫酸中的表現(xiàn)，與普通涂料的全浸泡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，可以看出：

兩種石墨烯防腐涂料的耐腐蝕性差距不明顯，但均明顯優(yōu)于油田常規(guī)環(huán)氧涂料，且兩種石墨烯防腐涂料浸泡40天后，附著力均可達(dá)到6 MPa 以上，符合HG/T 3668標(biāo)準(zhǔn)對(duì)II型1類產(chǎn)品性能中附著力技術(shù)指標(biāo)的要求。

針對(duì)可萊新防腐涂料帶銹施工的特性，在對(duì)生銹的板材進(jìn)行簡(jiǎn)單除銹處理后進(jìn)行防腐蝕實(shí)驗(yàn)，在含油采出水和鹽水中，可萊新防腐涂料表面有銹跡存在，但能夠有效保護(hù)基材；涂層表面氧化膜遇酸性介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，露出基材，腐蝕發(fā)生。低表面處理涂料可萊新涂層在生銹板材上也具有優(yōu)異的防腐蝕性能，但耐酸性較差。