减阻涂料现状及发展趋势

减阻涂料现状及发展趋势(2)

目前内减阻涂层技术处于领先地位的国家包括美国、德国、英国、意大利等欧美国家，在进入20世纪80年代以后，国外大口径长输天然气管道已普遍采用内涂层减阻技术来提高输气压力，增加输气量。

我国输气管道的建设和运行已有几十年的历史，在此期间，我国石油工程科研单位和油田进行了许多管道内涂层技术研究。石油工程研究院对适合应用于大口径管道的减阻内涂层进行了专项调研。管道局和工程院的技术专家对内涂层的减阻效果进行了定量的经济性分析。1997年，石油工程建设施工专业标准化委员会制定了《钢质管道融结环氧粉末内涂层技术标准》和《液体环氧涂料内防腐涂层钢管技术条件》2个行业标准，使国内的内涂层技术逐步走向规范化。但是与国外相比，在涂料生产、涂覆工艺、施工机具、施工标准规范和涂层质量检验等方面还存在一定的差距，需要加快相关技术的研究工作，以满足我国长输天然气管道建设的需要。

3 研究发展状况

涂料是管道内涂层的物质基础，总的来说，可用作管道内减阻涂料的涂料品种很多，包括环氧树脂涂料、环氧聚氨酯涂料、环氧酚醛涂料以及煤焦油环氧涂料等，但是由于各种涂料的性能有所不同，因此，应针对管线的不同要求筛选最适合的内减阻涂料类型。

我们认为，长输天然气管道减阻内涂层用涂料应具备以下特点：

(1)涂层表面光滑平整。即涂层的表面粗糙度要小，这样涂层才具有良好的减阻效果。"西气东输"要求涂层表面的平均粗糙度小于10Pm。

(2)耐磨性和硬度。由于减阻类涂层较薄，一般仅为38-80μm，因此较好的耐磨性和硬度可以保证涂层能够承受管道内砂砾和清管器所造成的磨损。

(3)附着力。良好的附着力可保证涂层在储运、弯管、敷设和清管、运行过程中不脱落

(4)耐压性。能够承受气压和水压的反复变化。

(5)易于涂装。即可在常温常湿条件下，采用普通喷涂技术施工，

(6)耐热性。由于管道的环氧粉末外防腐层施工需要240℃左右的高温，因此若采用"先内后外"的施工方式，要求内涂层应能耐受短期高温。

通过分析发现，环氧树脂是生产减阻涂料的最佳成膜基料，针对输气管线而言，环氧树脂具有以下几个特点：

(1)附着力极好。环氧树脂分子结构中含有大量的羟基和醚基等极性基团，加之在固化过程中活泼的环氧基能与界面金属原子反应形成极为牢固的化学键，增强了涂层与基材的附着力。

(2)优异的耐磨性和耐腐蚀性。环氧树脂中的苯环和固化后涂层的交联密度较高，使涂层坚硬、柔韧性好、抗渗透性强、耐水耐溶剂性好。此外，由于主链结构中的醚键具有较高的化学稳定性，使涂层抗酸、碱性能好。

(3)能够承受压力的变化。由于环氧涂层固化时体积收缩率小，仅为2％左右，而且热膨胀系数小，因此能够耐受温度和应力的变化，另外分子中刚性的苯环和柔性的羟基能够保证固化后涂层坚硬而柔韧，物理机械性能良好

1957年，美国天然气协会(AGA)进行了一项称为NBl4的天然气管道内表面涂层研究，对38种不同类型的用于天然气管道内涂层的材料进行了对比和筛选，最后得出结论，环氧树脂涂料最适于天然气管道。国外目前常用的天然气管道减阻类涂料均采用环氧树脂作为成膜基料，包括横跨欧洲的马格里布管道、世界上最长的海底管道Zeepipe 和新近建成的联盟(Alliance)管道等8条长距离输气管线。

目前国外输气管道减阻涂料产品包括英国伊伍德公司的COPONBP2306HF、德国Permecor 337和丹麦Hempel 85442等产品，它们均属于环氧树脂类的双组分常温固化型涂料，具有附着力好、减阻效果好等特点，在世界各地的管道工程中得到大量应用，其中仅英国伊伍德公司的COPON 2306HF使用量就超过1×104km。

对国内而言，天然气管道减阻耐磨涂层的研究是一个新课题，以前从未进行过系统的研究和开发，也没有进行工业应用的实例，它不仅涉及对涂料成膜基料及颜填料的筛选研究，而且还要对涂层结构及施工技术进行研究，同时对减阻效果的技术经济性评价也是研究的重要内容之一。在中国石油天然气集团公司科技发展部的大力支持下，通过近两年的努力，我们完成了天然气管道减阻耐磨涂料的配方研制、性能测试、减阻效果评价、中试生产和工程

化应用等方面的工作，目前已经研制开发出AW-01天然气管道减阻耐磨涂料，并已开始在"西气东输"工程中得到应用，这是国产减阻涂料的首次工业化应用，此外，中科院金属研究所国家金属腐蚀控制工程技术研究中心也研制开发出"SlF21管道内减阻涂料"这些涂料在性能上已经达到国外同类．产品的水平，通过努力，国内外减阻涂料技术的差距正在逐步缩小。

在减阻效果的评价方面，国内外均进行了一些理论研究、模拟试验和现场测试。在国内，我们联合北京大学湍流国家重点试验室进行了AW-01减阻涂料减阻效果的室内模拟试验，并在港沧线进行了现场减阻效果测试。结果发现，大港现场试验得到输送流量的增加值为20.9％(对应于Re=1.9×106)，而国际上加拿大、意大利、法国、前苏联和荷兰等国报道的数据分别为3.8％、6.2％、10％、12％和30％等。证明AW-01减阻涂料的减阻效果是非常明显的。