綜述
管道腐蝕現(xiàn)象的描述腐蝕可以理解為材料在其所處的環(huán)境中發(fā)生的一種化學(xué)反應(yīng),該反應(yīng)會(huì)造成管道材料的流失并導(dǎo)致管線部件甚至整個(gè)管線系統(tǒng)失效。在管線系統(tǒng)中,腐蝕的定義是:基于特定的管線環(huán)境,在管線系統(tǒng)所有的金屬和非金屬材料中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)和微生物的侵蝕,該反應(yīng)可以導(dǎo)致管線結(jié)構(gòu)和其他材料的損壞和流失。除了腐蝕作用對(duì)材料的直接破壞外,由腐蝕產(chǎn)物所引起的管道損壞也可視為腐蝕破壞。管道腐蝕是否會(huì)擴(kuò)散,擴(kuò)散范圍有多大主要取決于腐蝕介質(zhì)的侵蝕力以及現(xiàn)有管道材料的耐腐蝕性能。溫度、腐蝕介質(zhì)的濃度以及應(yīng)力狀況都會(huì)影響管道腐蝕的程度。
應(yīng)用簡(jiǎn)介
適用范圍
本工藝標(biāo)準(zhǔn)適用于民用及一般工業(yè)建筑的設(shè)備、管道的防腐蝕施工操作。金屬在周圍介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)作用下所引起的一種破壞現(xiàn)象。按管道被腐蝕部位,可分為內(nèi)壁腐蝕和外壁腐蝕;按管道腐蝕形態(tài),可分為腐蝕和局部腐蝕;按管道腐蝕機(jī)理,可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕等。
工藝流程

管道防腐(圖1)基面處理 → 調(diào)配涂料 → 刷中間漆 → 刷或噴涂施工 → 養(yǎng)護(hù)
管道防腐分為主體防腐和補(bǔ)口焊口防腐
管道防腐選用什么材料,要根據(jù)主體管道防腐層材料的不同而定。
常用補(bǔ)口方式有石油瀝青補(bǔ)口、環(huán)氧補(bǔ)口、粘膠帶補(bǔ)口、粉末環(huán)氧補(bǔ)口和PE熱縮材料補(bǔ)口等多種方式。
涂層防腐

管道防腐(圖2)用涂料均勻致密地涂敷在經(jīng)除銹的金屬管道表面上,使其與各種腐蝕性介質(zhì)隔絕,是管道防腐最基本的方法之一。70年代以來,在極地、海洋等嚴(yán)酷環(huán)境中敷設(shè)管道,以及油品加熱輸送而使管道溫度升高等,對(duì)涂層性能提出了更多的要求。因此,管道防腐涂層越來越多地采用復(fù)合材料或復(fù)合結(jié)構(gòu)。
1、外壁防腐涂層:管道外壁涂層材料種類和使用條件。
②內(nèi)壁防腐涂層:為了防止管內(nèi)腐蝕、降低摩擦阻力、提高輸量而涂于管子內(nèi)壁的薄膜。常用的涂料有胺固化環(huán)氧樹脂和聚酰胺環(huán)氧樹脂,涂層厚度為 0.038~0.2毫米。為保證涂層與管壁粘結(jié)牢固,必須對(duì)管內(nèi)壁進(jìn)行表面處理。70年代以來趨向于管內(nèi)、外壁涂層選用相同的材料,以便管內(nèi)、外壁的涂敷同時(shí)進(jìn)行。
③防腐保溫涂層:在中、的熱輸原油或燃料油的管道上,為了減少管道向土壤散熱,在管道外部加上保溫和防腐的復(fù)合層。常用的保溫材料是硬質(zhì)聚氨脂泡沫塑料,適用溫度為-185~95℃。這種材料質(zhì)地松軟,為提高其強(qiáng)度,在隔熱層外面加敷一層高密度聚乙烯層,形成復(fù)合材料結(jié)構(gòu),以防止地下水滲入保溫層內(nèi)。
電法保護(hù)

管道防腐(圖3)改變金屬相對(duì)于周圍介質(zhì)的電極電位,使金屬免受腐蝕的方法。長(zhǎng)輸管道電法保護(hù)僅指陰極保護(hù)和電蝕防止法。
①陰極保護(hù):將被保護(hù)金屬極化成陰極來防止金屬腐蝕的方法。這種方法用于船舶防腐已有 150多年的歷史;1928年次用于管道,是將金屬腐蝕電池中陰極不受腐蝕而陽極受腐蝕的原理應(yīng)用于金屬防腐技術(shù)上。利用外施電流迫使電解液中被保護(hù)金屬表面全部陰極極化,則腐蝕就不會(huì)發(fā)生。判斷管道是否達(dá)到陰極保護(hù)的指標(biāo)有兩項(xiàng)。一是最小保護(hù)電位,它是金屬在電解液中陰極極化到腐蝕過程停止時(shí)的電位;其值與環(huán)境等因素有關(guān),常用的數(shù)值為- 850毫伏(相對(duì)于銅-硫酸銅參比電極測(cè)定,下同)。二是保護(hù)電位,即被保護(hù)金屬表面容許達(dá)到的電位值。當(dāng)陰極極化過強(qiáng),管道表面與涂層間會(huì)析出氫氣,而使涂層產(chǎn)生陰極剝離,所以必須控制匯流點(diǎn)電位在容許范圍內(nèi),以使涂層免遭破壞。此值與涂層性質(zhì)有關(guān),一般?。?.20至-2.0伏間。實(shí)現(xiàn)地下管道陰極保護(hù)有外加電流法和犧牲陽極法兩種。

管道防腐(圖4)外加電流法是利用直流電源,負(fù)極接于被保護(hù)管道上,正極接于陽極地床。電路連通后,管道被陰極極化。當(dāng)管道對(duì)地電位達(dá)到最小保護(hù)電位時(shí),即獲得完全的陰極保護(hù)。其接線如圖3。 常用的直流電源均可使用,其中尤以整流器居多。直流輸出一般在60伏、30安以下。新型的直流電源有溫差發(fā)電器、太陽能電池等,多用于缺電地區(qū)。陽極地床是與直流電源正極相連的,與大地構(gòu)成良好電氣接觸的導(dǎo)電體,或稱為陽極接地裝置;常用材料有碳鋼、高硅鐵、石墨、磁性氧化鐵等。陽極地床設(shè)置在土壤電阻率低、保護(hù)電流易于分布、又不干擾鄰近地下構(gòu)筑物的地方。陽極與管道埋設(shè)位置相對(duì)應(yīng),有淺埋遠(yuǎn)距離陽極和深陽極兩種。為測(cè)定陰極保護(hù)參數(shù),鑒定管道陰極保護(hù)效果,沿管道需設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)和檢查片。配套使用的檢測(cè)儀表有高阻伏特計(jì)、安培計(jì)、硫酸銅電極等。70年代以來,開始采用與管道航空巡線相結(jié)合的陰極保護(hù)參數(shù)遙測(cè)系統(tǒng),配以電子計(jì)算機(jī),對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。外加電流陰極保護(hù)單站保護(hù)距離一般可達(dá)幾十公里,長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)多用此法。

管道防腐(圖5)犧牲陽極法是采用比被保護(hù)金屬電極電位更負(fù)的金屬與被保護(hù)金屬連接,兩者在電解液中形成原電池。電位較負(fù)的金屬(如鎂、鋅、鋁及其合金)成為陽極,在輸出電流的過程中逐漸損耗掉,被保護(hù)的管道金屬成為陰極而免遭腐蝕,所以稱電位較負(fù)的金屬為犧牲陽極。其接線如圖4。 地下管道采用犧牲陽極保護(hù),其決定要素是陽極發(fā)生電流、陽極數(shù)量和保護(hù)長(zhǎng)度等。當(dāng)陽極種類確定后,影響上述參數(shù)的是陽極接地電阻和與該陽極保護(hù)管段區(qū)間的漏泄電阻。前者取決于土壤電阻率,后者取決于管道涂層電阻和涂層的施工質(zhì)量。犧牲陽極使用壽命與重量有關(guān),視需要可用幾年至幾十年。犧牲陽有投資省、管理簡(jiǎn)便、不需要外電源、防止干擾腐蝕效果好等優(yōu)點(diǎn),所以在地下金屬管道防腐中得到普遍應(yīng)用。

管道防腐(圖6)②電蝕防止法:一是在雜散電流源有關(guān)設(shè)施上采取措施,使漏泄電流減小到限度;二是在敷設(shè)管道時(shí)盡量避開雜散電流地區(qū),或提高被干擾管段絕緣防腐層質(zhì)量,采用、加裝絕緣法蘭等措施;三是對(duì)干擾管道作排流保護(hù),即將雜散電流從被干擾管道排回產(chǎn)生漏泄電流的電網(wǎng)中,以雜散電流對(duì)管道的腐蝕。根據(jù)應(yīng)用范圍和排流設(shè)備的不同性能,分直接排流、極性排流、強(qiáng)制排流三種。對(duì)交流干擾電壓的防護(hù),不少國(guó)家都制定有技術(shù)規(guī)定,主要是采用安全距離和管道泄流兩類方法使管道免遭損害。
管道陰極保護(hù)與臨時(shí)保護(hù)編輯
由于管道施工周期長(zhǎng),一般要求,如果土壤電阻率小于20Q.m,就要安裝鎂陽極進(jìn)行臨時(shí)保護(hù),并通過測(cè)試樁與管道連接。而當(dāng)外加電流陰極保護(hù)投用后,再拆除臨時(shí)保護(hù)。
鎂陽極的開路電位一般比-l. 55v CSE更負(fù),由于外加電流電位一般控制在一1.55V CSE之上(正于一155v)-所以,鎂陽極的存在不會(huì)對(duì)陰極保護(hù)產(chǎn)生影響。相反,如果管道受到交流電流干擾,鎂陽極還起著排流接地的作用。但值得注意的是,盡管鎂陽極消耗的速度會(huì)因外加電流陰極保護(hù)的存在而變慢,但時(shí)間久了也會(huì)消耗盡,那時(shí),只有鋼芯與管道連接,會(huì)成為管道的漏電點(diǎn)。所以,一般都要求在外加電流陰極保護(hù)投用后,拆除臨時(shí)陰保。臨時(shí)陰保的存在還會(huì)對(duì)日后的管道斷電電位測(cè)量帶來困難。
技術(shù)要求
對(duì)于施加陰極保護(hù)的管道要做到經(jīng)濟(jì)合理跟技術(shù)可行,這就要滿足一定的條件,如下:
①要保證管道縱向連接的導(dǎo)電性
②管道的覆蓋層要保證有足夠的電阻
③要保證管道跟其他低電阻接地裝置的電絕緣性。
常用涂料
環(huán)氧類防腐涂料
1.環(huán)底漆 2.鐵紅高防腐防銹底漆 3.富鋅環(huán)氧防銹底漆 4.富鋅環(huán)氧防銹底漆 5.云鐵環(huán)氧防銹底漆 6.云鐵環(huán)氧防銹底漆 7.環(huán)氧防銹漆 8.鐵紅車間底漆 9.鐵紅環(huán)氧甲板漆 10.環(huán)氧磁漆 11.環(huán)氧防腐面漆 12.環(huán)氧重防腐涂料 13.環(huán)氧防銹底漆 14.黑色耐油底漆 15.黑色耐油面漆 16.無機(jī)硅酸鋅底漆
國(guó)外環(huán)氧樹脂復(fù)合材料涂料體系較為的有美國(guó)莫370管道涂層(AP370PLC),適用于保護(hù)管道免受磨損、嚴(yán)酷的環(huán)境條件及外部腐蝕。AP370PLC是一種長(zhǎng)期的防腐蝕屏障,適用于從土地到空氣中的過渡部分。AP370PLC形成了一道化學(xué)屏障,能阻擋大多數(shù)的化學(xué)品,包括、稀酸、鹽溶液、水、蒸汽及石油。它是一種濕敷產(chǎn)品,因此既能用于直管又能用于彎管、T型管及其它外形結(jié)構(gòu)。由于其耐久性,該體系大大減少了定期維修。
特性:混合比例為1:1(等量混合)
顏色:A部分為白色,B部分為黑色,混合&固化后為淺灰色
AP370PLC套件可提供1夸脫、1/2加侖和1加侖桶裝帶1卷玻纖布膠帶(備注:1加侖套件能夠覆蓋大約25平方英尺的管道表面)
連續(xù)工作溫度:-51°C至91°C
使用時(shí)限/工作時(shí)間:24°C,約45分鐘
固化時(shí)間:29°C,約2小時(shí)
提供UV防護(hù)
國(guó)外管道防腐技術(shù)
從90年始 國(guó)外防腐涂料發(fā)展的特點(diǎn)是涂料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在發(fā)生根本性改變,其改變方向以節(jié)省資源、無污染、經(jīng)濟(jì)、、有利生產(chǎn)為原則,在防腐材料研究中,著眼于發(fā)展復(fù)合材料或復(fù)合結(jié)構(gòu),強(qiáng)調(diào)涂層具有良好的導(dǎo)電性能和物理性能,穩(wěn)定的化學(xué)性能和較寬的溫度適應(yīng)性能,既起到防腐絕緣作用,又能保溫和提高管道強(qiáng)度。
據(jù)防腐們的觀點(diǎn),防腐涂層技術(shù)的發(fā)展應(yīng)為:
(1)發(fā)展試驗(yàn)技術(shù)和完善質(zhì)量控制體系,保證涂料及涂層在預(yù)制廠的出廠質(zhì)量;

管道防腐
(2)進(jìn)一步提高現(xiàn)有管道涂料的粘結(jié)力、柔韌性、耐磨、耐濕氣和氧氣的滲透性;
(3)研制耐熱溫度達(dá)127℃的新型耐熱涂料;
(4)降低涂裝過程中能耗及進(jìn)行管道表面處理的費(fèi)用;
(5)使涂層具有更寬的適應(yīng)范圍,強(qiáng)度更大;
(6)研究和開發(fā)高度自動(dòng)化的噴涂工藝。
這些材料和結(jié)構(gòu)要具有良好的介電性能、物理性能、穩(wěn)定的化學(xué)性能和較寬的溫度適應(yīng)范圍等。對(duì)國(guó)外特別是北美和俄羅斯等國(guó)的管道大修施工技術(shù)水平、防腐技術(shù)、材料和設(shè)備進(jìn)行的系統(tǒng)調(diào)研情況,認(rèn)為調(diào)研結(jié)果對(duì)我國(guó)引進(jìn)國(guó)外的修復(fù)技術(shù)、機(jī)械化修復(fù)設(shè)備和產(chǎn)品,如:莫370 管道涂層(AP370PLC) 、莫385管道維護(hù)涂層(AP385PMC)、諾維克R200(液體級(jí)別)、EA管道修復(fù)、克EE-11、 碳纖維管道纏繞系統(tǒng)-鉆石纏繞帶等,這些的管道防腐技術(shù)對(duì)提高我國(guó)管道的防腐修復(fù)技術(shù)水平、施工質(zhì)量和進(jìn)度,具有重要的指導(dǎo)性作用。
國(guó)內(nèi)管道防腐技術(shù)
我國(guó)歷史上使用最多、時(shí)間最長(zhǎng)的是瀝青防腐涂層,之后是瓷漆、環(huán)氧瀝青涂層,再后來發(fā)展到聚乙烯包覆涂層。聚乙烯涂層的出現(xiàn)推動(dòng)了粉末涂料的迅猛發(fā)展,隨后環(huán)氧粉末涂層以其優(yōu)異的附著性和防腐性開始應(yīng)用于管道防腐。
首先,環(huán)氧漆涂層:具體如下:
1)現(xiàn)場(chǎng)施工中,環(huán)氧樹脂的固化受溫度影響,固化較慢,施工工期長(zhǎng)。
2)由于在施工中添加大批,輕易給某些施工單位提供偷工減料(多加,沖稀涂料,升高造價(jià))的時(shí)機(jī)。
3)由于是雙組份,現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)會(huì)發(fā)生固化劑配比不準(zhǔn)或攪拌不勻,易形成固化不好或固化后質(zhì)量不均。
4)防腐層中采用玻璃布增強(qiáng),玻璃布含蠟,影響層間粘接力,施工進(jìn)程中發(fā)生玻璃纖維,易損傷施工工人皮膚,一般工人不愿意也不好好干。
其次,水泥砂漿內(nèi)襯防腐:管道內(nèi)壁采用此防腐形式容易出現(xiàn)空鼓的情況(容易出現(xiàn)等),抗?jié)B水能力差,整體性不強(qiáng)。對(duì)環(huán)境要求比較高,需要在10℃以上才能施工。由于水泥砂漿中水泥用量較多,收縮性大,當(dāng)水泥砂漿找平層硬化收縮所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力大于砂漿與混凝土的粘結(jié)力時(shí),砂漿找平層與混凝土之間起殼空鼓。如果施工操作不當(dāng),起殼空鼓現(xiàn)象更為嚴(yán)重。久而久之,特別是受振動(dòng)后,起殼空鼓范圍擴(kuò)大,導(dǎo)致防腐層起殼開裂脫落。
再次,聚乙烯涂層:具有很好的韌性,抗彎折,耐沖擊、陰極保護(hù)電流低、耐酸耐堿污染小、適用溫度范圍寬、適當(dāng)改性具有很好的耐候性、涂裝工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但該涂層致密度較低,會(huì)緩慢滲水;聚乙烯分子具有非極性結(jié)構(gòu),決定了它與鋼鐵的附著性相對(duì)差一些。兩重原因致使該涂層在長(zhǎng)期使用過程中有脫落的風(fēng)險(xiǎn)。
再次,環(huán)氧粉末涂層:涂層的致密結(jié)構(gòu)決定了它很強(qiáng)的防腐性,環(huán)氧分子的極性結(jié)構(gòu)決定了它很強(qiáng)的附著性,是一種防腐效果好的涂料。只是涂層薄而脆,在吊裝、運(yùn)輸、堆放過程中機(jī)械碰傷的可能性很大,且環(huán)氧結(jié)構(gòu)抗紫外線能力很差,不適合管道外壁、外表面涂裝。
最后,聚乙烯和環(huán)氧雖然都具有優(yōu)良的耐腐性,但是聚乙烯屬于熱塑性物質(zhì),柔性好,耐磕碰,由于是非極性分子與鋼管附著力的性差;環(huán)氧樹脂屬于極性分子,有基團(tuán)在一定溫度下,易與鋼管發(fā)生反應(yīng),附著力,但是由于是熱固性物質(zhì),不耐磕碰。因此兩種材料的組合屬于目前防腐行業(yè)搭配。
涂塑鋼管行業(yè)由最早的內(nèi)外聚乙烯,由于附著力問題,發(fā)展到內(nèi)外環(huán)氧,但是外環(huán)氧層不耐磕碰,后來發(fā)展到第三代內(nèi)環(huán)氧外聚乙烯,但是單層聚乙烯直接與鋼管結(jié)合還是存在附著力問題,最后升級(jí)到第四代防腐——3PE外防腐熔結(jié)環(huán)氧粉末內(nèi)防腐管道,如右圖所示。

外3PE內(nèi)熔結(jié)環(huán)氧復(fù)合鋼管廣泛應(yīng)用到水利行業(yè),市政行業(yè)以及長(zhǎng)距離輸水管線,例如:南水北調(diào)配套工程,