钢质管道内壁腐蚀与防腐层

管道壁腐蚀与介质的化学性质、温度、压力、流速有关，介质中所含的酸、碱、盐和其它化学物质与管道壁发生化学和电化学反应，直接腐蚀管道。化工厂、炼油厂、油田污水中所含的油和溶剂会使涂层溶胀、溶解，使其降低防腐性能。介质的流速和固体颗粒的磨损会加速涂层的破坏，介质温度升高会增加介质的腐蚀性，而且使涂层变软，降低机械强度，失去粘结力，降低电性能，加速涂层老化。所以要根据介质的上述性质、状态，设计选择涂层的材料、涂层结构和涂层厚度。为了更合理更经济的选择涂层，输水管道应分为输送常温普通水和输送油田、炼厂的含油、含化学添加剂、含酸碱盐而且带有一定温度的工业污水两类，对后者的防腐层需要提高等级并有某些特殊要求。

1.1常温普通水管道防腐层

本节钢质输水管道输送的是饮用水、江河水、海水、湖水和生活污水，温度为常温，流速处于层流速状态。

1.1.2 腐蚀等级

根据上述输送介质的化学性质和物理状态，腐蚀等级可分为弱腐蚀、中等腐蚀和强腐蚀三个等级，见表4-1。

表 4-1 腐蚀环境和防腐层等级

1.1.3 防腐层要求

管道防腐层有两个功能，一是防腐，二是减阻。管道防腐层的要求与外防腐层基本相同，见本书第三章3.1.3节，包括：电性能、机械性能、稳定性、抗微生物破坏性能、施工工艺性能、经济指标和低碳、节能环保要求。因管有流动的液体，液体中含固体颗粒，管衬层要抵抗固体颗粒的磨蚀，要有一定的耐磨性能，其测试方法包括国标GB/T 1768-1979《漆膜耐磨性测定法.》和国际标准ASTM D969-93《路标漆渗色程度的实验室试验方法》。衬层要有减阻作用，随着表面粗糙度的降低，摩擦系数也相应地减小，摩擦系数降低的比率随着雷诺数的增加及管径的减小而增加。管径对减小摩擦系数的影响，随着雷诺数的增高而有所减少。当雷诺数在105～107时，摩擦系数的变化最大。表面粗糙度为4.5μm的工业管道涂后可提高液态介质输送能力22%，输气管道则是24%，在相同输量下液体压降低将减少33%，或者可缩小管径8%。管道涂衬将带来减少输送能耗、增加输量、缩小管径等经济收益。

1.1.4 防腐层的种类与标准

管道防腐层主要有环氧类、聚氨酯类、水泥砂浆和聚合物砂浆衬里。

早在1957年，美国天然气协会（AGA）进行了一项称为NB14的天然气管道表面涂层研究，对38种不同类型的用于天然气管道涂层的材料进行了对比和筛选，最后得出结论，环氧树脂涂料最优异。环氧树脂涂料是以化学键与金属结合，粘结力大，涂层坚硬，柔韧性好，抗渗透性强，耐水、耐溶剂性好，化学性质稳定，耐酸碱盐侵蚀，收缩率低、热膨胀系数小，可常温施工，施工工艺简便易行（详见第7章7.10节液体环氧涂料防腐层）。

目前尚无用于管道防腐的液体环氧涂料国家标准，有中石油行业标准SY/T 0457-2010

《钢质管道液体环氧涂料防腐层技术标准》，但此标准是针对石油化工行业较严酷的腐蚀情况而制定的。在油田、炼厂、石油化工厂的污水中含有石油、石油制品、苯类和氯化烷烃，这些物质会溶解、溶胀有机涂层。在污水中还含有在酸洗、碱洗工艺汇总产生的酸、碱、盐及各种化学添加剂。若生产车间和装置出现生产事故，还会有高温的油品和有机化工产品排入污水管网。因此提高了管道涂层的防腐性能。若在输送常温普通水质、生活污水、海水等情况下，选用此标准会过度提高涂料的成本，提高涂层的造价，不适当地增加工程投资，不宜采用。美国国家标准协会/美国自来水厂协会的ANSI/AWWA C210-07《钢质水管道液体环氧外防腐层》比较全面科学地制定了输水管道液体环氧涂料的技术要求，经济实用，完全适合与我国的普通输水管道。

ANSI/AWWA C210-07部分容摘录：

a）本标准特别说明

本标准对供水工业提供选择和评定用在自来水供水工业系统的液体环氧涂料的指导原则，并对在自来水供水工业钢质水管道使用的衬里和涂层设定最低要求。

当输送水的含沙量或流速超过通常水平时，建议此标准的使用者考虑增加衬层厚度，或用水渠代替。

如果预计已经涂敷的管子会在地面上存放相当长时间，应采取措施使涂层不受紫外线和大气、环境及其他条件的影响发生降解。

b）涂料和衬里结构

①一层双组份化学固化的环氧底漆和一层多多层不同型号的双组份、化学固化的环氧面漆。

②两层或多层同型号的双组份、化学固化的环氧涂料，在此情况下，第一层可认为是底漆。

③单层、双组份、无溶剂、化学固化的环氧涂料。

c）液体环氧涂料

本标准使用的涂料是呈液体状态、化学固化的环氧涂料。固化剂可以是胺类、胺加成物、苯甲氨基醇、聚胺类或其他环氧固化剂。环氧树脂可以用煤焦油、酚醛树脂或其他改性材料进行改性。用在底漆和面漆的材料应由同一生产厂生产。

d）涂层厚度

外涂层和衬里的最小和最大干膜厚度（简称DFT）由用户规定。最小干膜厚度应为406μm（14 mils）。

e）防腐层要求

在固化后、埋地前，涂层体系应是一个连续的涂膜，没有针孔，没有第5.1节所描述的缺陷，并应通过第5.1.5条的电检测。

f）涂敷管防腐层检验

在车间或现场涂敷的环氧涂层体系的检测试验要求

g）实验室涂敷试件检验

在实验室涂敷试件的检测试验要求

h）涂敷施工

优先使用无气喷涂法或离心叶轮式涂敷机。

用于管道防腐的液体环氧涂料品种很多，涂料中成份不同，价格不同，性质也有差异，用途上各有侧重，如环氧煤沥青主要用于污水、海水、工业用水，环氧钛白漆、环氧瓷用于饮用水、江河水，环氧玻璃鳞片用于酸、碱、盐水等强腐蚀性水质。根据水质的性质，选择普通级、加强级和特加强级结构，见表4-2、表4-3和表4-4。

表4-2 普通级防腐层结构

表4-3 加强级防腐层结构

表4-4 特强级防腐层结构

用高分子环氧树脂制成固体粉末涂料，喷涂在加热后的钢管上，环氧粉末受热后熔融，并发生固化交联反应，形成防腐层。其技术要求详见中国石油天然气集团公司编制的SY/T 0442-2010《钢质管道熔结环氧粉末防腐层技术标准》。