钢质管道涂层防腐蚀技术现状及发展趋势
秘志芳
全面腐蚀控制
摘 要：简要介绍了国内外油气输送钢质管道防腐技术现状，以及我国钢质管道防腐涂层的种类、性能、适用范围和发展趋势。
关键词：钢质管道 防腐涂层 现状技术 发展趋势
腐蚀是材料和周围环境发生化学或电化学反应而引起的一种消损破坏，自然环境会造成材料的腐蚀。近年发生的一系列自然灾害和安全事故，都实实在在地证明了腐蚀和腐蚀隐患是这些事故的主要原因，腐蚀引起了世界各国的高度重视，已成为世界性命题。我国每年因腐蚀造成的经济损失约六千多亿元，加强防腐蚀控制，确保我国数十万亿元在役设备、装置、基础设施工程和新建项目的长期安全运行，是防腐蚀行业义不容辞的责任，也是防腐蚀行业发展的极佳机会。
近年来国内外在管道防腐层材料和技术应用方面都取得了快速发展，防腐蚀新材料、新工艺和新设备不断出现并得到广泛应用。防腐层技术是新建钢质管道和在役管道安全运行的保障技术，防腐层的生产制造质量决定着钢质管道的使用寿命，了解国内外解钢质管道防腐层技术应用现状及发展趋势，抓住钢质管道建设快速增长的发展机遇，进一步提高防腐蚀技术应用水平是非常必要的。
1 管道外防腐涂层技术现状及发展趋势
我国钢质管道外防腐层材料和制造应用技术主要经历了石油沥青、煤焦油沥青、煤焦油瓷漆、胶带、夹克、液体环氧涂料、挤压聚乙烯（2PE）、熔结环氧粉末(FBE)、三层聚乙烯(3PE)等发展过程。目前，我国管道防腐层材料生产制造基本实现了标准化，并不断有新品出现，近年来新建的埋地油气输送管道的外防腐层结构根据输送介质温度和施工条件的不同，主要采用熔结环氧粉末(FBE)、（3PP）、(DPS)和三层聚乙烯(3PE)防腐技术，并使用阴极保护技术。
1.1 三层聚乙烯（3PE）防腐技术
3PE的底层为熔结环氧粉末防腐蚀层，中间层为聚乙烯共聚物热熔胶粘剂，面层为聚乙烯专用料保护层。上述三种材料构成的钢管防腐蚀结构层称为3PE防腐，压力管道元件行业称之为“聚烯烃防腐蚀（3PE）管道”。
3PE防腐蚀结构综合利用了三种不同材料各自的优质特性，底层环氧粉末涂层利用其与金属表面形成化学键且有很强的附着力和突出的抗阴极剥离性能作为防腐蚀层；中间层胶粘剂通过改变聚乙烯的分子结构使聚乙烯共聚物产生极性，其活性基团能和环氧树脂形成化学键结合，并能和钢基材形成极性的分子间力结合，其聚烯烃主体能和聚乙烯层形成均相熔融结合，因此，形成极高的粘接强度，具有良好的物理机械性能、电绝缘性能、抗蠕变性能，将内层环氧粉末与外层聚乙烯专用料保护层粘接在一起，使三层连成为一个整体；面层聚乙烯专用料，利用其良好的耐候性、抗机械损伤性作为防腐蚀保护层。这种三层防腐蚀结构（3PE）综合了材料的优质特性，弥补了各自的缺点，从而大大提高了防腐蚀层的使用寿命。
3PE防腐是目前世界范围内广泛采用的钢质管道涂层体系，是我国输油、输气、输水大型管道工程和市政工程的首选防腐蚀结构，西气东输、西南成品油等重大工程全部使用了3PE防腐。
国内外钢质管道防腐层技术发展一直以无污染、无溶剂、省能源、低成本为原则，目前的3PE、FBE涂层基本上符合这一原则。随着我国对环境保护要求的日益严格，对于石油沥青、环氧煤沥青、煤焦油瓷漆等材料的使用限制将越来越多，建设部已明确不推荐使用上述材料。目前，国外的钢质管道外防腐层发展趋势是改进三层PE，发展双层熔结环氧粉末（DPS），国内的管道外防腐层技术发展趋势与国外基本相符合。
1.2 熔结环氧粉末(FBE)防腐层技术
熔结环氧粉末是一种重要的热固性重防腐涂料，熔结环氧粉末(FBE)防腐层技术在我国大规模使用开始于上世纪90年代中期，我国已建成的琉璃河至石家庄、沧州到淄博的燃气输送钢质管线，采用的是FBE防腐技术。 FBE防腐层的特点是附着力强、使用温度范围宽、抗耐阴极剥离性能和机械性能好，管道防腐生产制造工艺简单等。
粉末涂料是一种省能源、省资源、低污染的环保型涂料。目前国外已有关于近红外及紫外光固化粉末涂料的报道，其优点是降低固化温度、提高固化速度。我国在这些方面的相关报道较少，开发可低温固定、高耐候性、装饰性能强及可薄涂的粉末涂料将是今后的主要研究和发展方向。
1.3 液体环氧涂料防腐层技术
液体环氧涂料在我国油气田和城市管网中大量使用，并用于不便于上涂敷作业线的管件、异型件、埋地阀门等的防腐蚀。
应用于弯头及补口的防腐层技术，以使管道安装后拥有一个性能一致的较为完整的防护体系。常使用的液体环氧涂料为环氧煤沥青和环氧无溶剂防腐蚀涂料，环氧无溶剂防腐蚀涂料常用于补口、弯管及FBE防腐层的补伤。它们的主要特点是：施工方便，可刷涂、可喷涂，可现场涂装、可工厂预制；涂层附着力好，耐阴极剥离性能好；成本较低。国内现在较为看好的弯头及补口防腐的新型材料是固体聚氨酯防腐涂料、聚脲防腐涂料。
2 管道内防腐涂层技术现状及发展趋势
管道内涂层技术在国外已被广泛应用，在我国新建天然气长输管道均采用了减阻内涂层技术，如西气东输工程。减阻内涂层技术是一项经济效益显著的高新技术，其主要特点是：改善流动性提高输送能力，防止管道施工期间的腐蚀，减轻钢管内壁腐蚀，减少清管次数，保证输送介质纯度，延长管道使用寿命。国内外文献介绍的相关数据是：应用减阻内涂层技术，钢管内涂表面粗糙度可下降90%；摩擦系数可减少33%；液体输送能力可提高22%；气体输送能力可提高24%；管径可缩小8%，经济效益相当高。目前，内涂层涂料和涂敷工艺技术已在国内防腐行业广泛应用。
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。
2.1 AW-01 天然气管道减阻耐磨涂料
AW-01涂料是新型的内减阻耐磨涂料，是以新型改性树脂为基料的双组份常温固化涂料，具有优良的附着力、耐磨等物理机械性能和良好的化学性能。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“SLF-21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。
2.2 富气型管道内减阻耐磨涂料
富气型管道内减阻耐磨涂料是一种新型涂料，具有优良的施工性和储存稳定性，其涂层具有优良的剪切强度、耐磨性和耐溶剂浸泡性。可用于天然气富气输送管道工程，能大幅度降低管道的输送阻力，提高输送效率。
2.3 高固体份涂料
随着环保要求的日益增高，高固体份(HSC)涂料的制造技术不断提高，国外已有固体份90%的涂料，高固体份涂料市场需求量越来越多。高固体份涂料是目前发展最快，应用量最广的涂料品种之一。近年来，聚有机硅氧烷、聚天门冬氨酸脂、氨基丙烯酸、氨基聚酯及无溶剂环氧涂料等高固体份涂料均已在重防腐领域得到应用，高固体份涂料将是未来主要的防腐涂料品种。由于其施工性能及所需的施工条件与现有溶剂型涂料基本相同，在今后工业防腐领域应用高固体份涂料会越来越广泛。
3 结束语
防腐蚀行业已成为国民经济中一个不可或缺的新兴产业，防腐涂层技术的应用，对于钢质管道建设工程的安全运行起到了很好的保障作用，在几十年的实践中，防腐涂层技术不断的提高和发展，材料方面朝着环保、高性能、适合流水作业施工的方向发展，施工方面朝着自动化生产线发展，正是上述技术的发展进步使得管道的高效建设及投产得到支持。钢质管道防腐蚀技术有着非常广泛的可持续发展前景。
涂料中挥发性有机化合物（VOC）对大气污染越来越受到关注。降低涂料行业VOC排放，发展循环经济，寻找一条适合中国涂料产业的“低碳”经济发展路线，是引领我国涂料产业健康、持续发展的关键措施。工业防腐蚀作为涂料产业的一个重要组成部分，应积极推动节能减排目标的实现。因此，高性能、低能耗和低污染的新型涂料品种仍然是工业防腐蚀行业未来的主要发展方向。
参考文献略
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