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详解超低温防腐蚀涂层体系的选择与应用

作者
中国腐蚀与防护网
来源
中国腐蚀与防护网
发布时间
2016-06-08
关键词
超低温, 防腐蚀涂层体系, 选择, 应用
领域
腐蚀领域
摘要
详解超低温防腐蚀涂层体系的选择与应用
正文
液化天然气（LNG）作为一种能量密度大、储运效率高、清洁高效的能源在国际市场上发展迅速，目前国内已投入运营的LNG接收站有11座，在建和规划的LNG接收站有18座，大部分分布在沿海地区。卸料臂是LNG接收站内的一套关键性设备，处于海边码头的卸料臂长期暴露在含盐较高的潮湿海洋大气环境中，容易遭受腐蚀侵害，尤其是大气中的Cl-会导致不锈钢材质（SUS304或SUS304L）的管道产生点蚀破坏，严重时可导致管道穿孔。因此，需采用防腐蚀涂料对卸料臂表面进行保护。国内某LNG接收站内有5台日本产LNG卸料臂，其输送LNG的不锈钢管道表面采用设备厂家提供的涂层体系（环氧底漆30m+环氧中间漆30m+聚氨酯面漆25m）在工厂涂装后运输到LNG接收站进行安装。然而，由于LNG卸料臂长期处于超低温（-162℃）和常温（60℃）的冷热循环工况中，1a后表面涂层开始剥离，2～3a内涂层大面积脱落，6a后涂层几乎全部脱落，日本LNG卸料臂厂家提供的防腐蚀涂层体系已不能满足工程需要。而目前国内外未见成熟的耐超低温和常温冷热循环、耐紫外线的防腐涂层体系报道，因此，需要探索新的超低温防腐蚀涂层体系。 1、超低温防腐蚀涂层体系选择 无机富锌涂料、环氧富锌涂料和普通环氧涂料（双酚A型）具有优异的耐腐蚀性能，而聚氨酯涂料具有优异的耐紫外线老化性能，但这些涂料能否适应超低温（-162℃）和常温（60℃）冷热循环工况，目前国内外文献尚未有这方面的报道。环氧酚醛涂料具有较高的交联密度，优异的防腐蚀性能和良好的耐化学品、耐热循环开裂性能，常用作石化容器内壁衬里或保温层下高温防腐蚀涂料，国内有将环氧酚醛涂料用作保温层下LNG不锈钢管道长效防腐设计的报道，但其耐低温性能还未经过工程实践考验。另外，环氧酚醛涂料的耐紫外线性能差，在露天的环境下会产生粉化现象而影响涂层的外观和防腐性能，为提高涂层的耐紫外线老化性能，需在其表面涂装聚氨酯涂料作为面漆，而聚氨酯涂料与环氧酚醛涂料之间的粘接力如何目前国内外也尚未有报道。惰性共聚物涂料是涂料厂家新近开发的一种用于保温层下的高温防腐涂料，具有良好的耐腐蚀性能和耐紫外线性能，厂家推荐可适用于-185～540℃的温度循环变化环境，但其性能还未经过工程实践考验。 LNG卸料臂管道为不锈钢材质，无机富锌和环氧富锌涂料不能使用于不锈钢表面，而普通环氧（双酚A型）涂料、环氧酚醛涂料、聚氨酯涂料和惰性共聚物涂料的耐冷热循环性能需进一步现场测试。因此，本研究将普通环氧涂料、环氧酚醛涂料、聚氨酯涂料和惰性共聚物涂料4种涂料组成3种涂层体系，选择与LNG卸料臂同材质、同大气环境、同冷热循环工况的LNG槽车站装车臂表面进行现场涂装试验，1a后检查3种涂层体系的状况见图1，材质为SUS304L不锈钢，非金属磨料喷砂，粗糙度25～85m。 a—环氧酚醛涂料100m+环氧酚醛涂料100m+聚氨酯涂料50m； b—惰性聚合物涂料200m； c—双酚A型环氧涂料100m+双酚A型环氧涂料100m+聚氨酯涂料50m 图1 3种涂层体系现场涂装试验1a后的情况 从图1中可以看出，1a后，涂层体系a外观未见涂层脱落等变化，而涂层体系b和c均出现了涂层局部脱落情况，现场涂装试验的结果表明涂层体系a的综合性能优于涂层体系b和c，且初步判定能满足耐冷热循环（-162～60℃）、耐紫外线和防腐蚀的要求。LNG卸料臂地处海边码头，依据NorsokM501标准，不锈钢表面涂层的干膜厚度至少为225m，结合现场涂装试验结果，设计LNG卸料臂表面超低温防腐涂层体系（见表1）。 表1 超低温防腐涂层体系设计表 2、超低温防腐蚀涂层体系应用 将表1中的超低温防腐蚀涂层体系在LNG卸料臂不锈钢管道表面进行了涂装应用。首先用清洁剂清洗不锈钢管道表面以去除油脂等污垢，然后用36#白刚玉磨料进行喷砂处理，压缩空气吹扫后按照ISO8503-4标准中的要求测量粗糙度（见表2），再按照涂料说明书的要求分别喷涂底漆、中间漆和面漆，采用涡流干膜厚度检测仪按照ISO19840标准中的要求测量涂层干膜厚度（见表2），固化7d后按照ISO4624标准[8]中的要求采用拉开法测试了涂层的附着力（见表3）。整个涂装过程均在相对湿度低于85%，且不锈钢管道表面温度高于露点3℃以上的条件下进行的。 表2 不锈钢管道表面粗糙度和涂层干膜厚度测量 表3 涂层附着力测试 从表2中可以看出，喷砂后不锈钢表面粗糙度为35.2～49.2m，符合设计要求。涂装完成后，涂层总干膜厚度平均值为255.3m，超过设计总干膜厚度（250m），且最小干膜厚度（205m）超过80%的设计总干膜厚度（200m），因此，涂层总干膜厚度符合设计要求。从表3中可以看出，涂层附着力测试的数值分别为9.45MPa和6.53MPa，均大于设计要求的5MPa。由此可见，新型超低温防腐涂层体系的施工符合设计和使用要求。 图2 LNG卸料臂运行1a后不锈钢管道表面超低温防腐涂层外观 在LNG卸料臂运行1a后，对不锈钢管道表面的涂层状况进行了检查，未发现涂层存在脱落、起泡等现象，外观状况良好（见图2），同时还检测了涂层附着力（见表3），分别为7.09MPa和5.82MPa，依然大于5MPa。由此可见，新型超低温防腐涂层经受住了超低温（-162℃）至常温（60℃）冷热循环工况的考验，满足LNG卸料臂工程实践要求。 3、结语 通过对6种常用防腐涂料的性能进行比较，结合现场涂装试验，选择了一种既能满足超低温（-162℃）和常温（60℃）的冷热循环的工况，又具有良好的防腐蚀和耐紫外线性能的新型超低温防腐涂层体系（环氧酚醛涂料+聚氨酯涂料），并在LNG卸料臂表面进行了涂装应用，1a后的新型超低温防腐涂层经受住了-162～60℃冷热循环工况的考验，满足LNG卸料臂工程实践要求，其综合性能优于日本卸料臂厂家提供的涂层体系。新型超低温防腐涂层体系不仅有效地保护了LNG卸料臂免遭Cl-和海洋性大气腐蚀的侵害，可为其他LNG企业的卸料臂维修借鉴，而且还可用于露天的超低温（-162℃）和常温（60℃）的冷热循环的设备表面，如未加保温层的钢质LNG罐及管道的表面上，具有较好的潜在应用价值。 更多关于材料方面、材料腐蚀控制、材料科普等等方面的国内外最新动态，我们网站会不断更新。希望大家一直关注中国腐蚀与防护网http://www.ecorr.org 责任编辑：王元 《中国腐蚀与防护网电子期刊》征订启事 投稿联系：编辑部 电话：010-62313558-806 邮箱：ecorr_org@163.com 中国腐蚀与防护网官方 QQ群：140808414

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