Профессиональный и комплексный анализ анти-коррозионных покрытий стальных труб

Стальные трубы широко используются в таких основных областях, как транспортировка нефти и газа, муниципальное водоснабжение и канализация, химическое машиностроение и производство электроэнергии. Среда эксплуатации включает почву, атмосферу, водные объекты и высокоагрессивные среды. Электрохимическая коррозия является основной причиной перфорации труб, утечек и поломок.

Анти-коррозионные покрытия, как основное техническое средство защиты стальных труб от коррозии, напрямую определяют срок службы, эксплуатационную безопасность и стоимость полного жизненного цикла трубопровода. Ниже представлен профессиональный анализ по трем направлениям: инженерное значение, общие требования к покрытиям, основные типы и характеристики покрытий.

1. Прервать цепь коррозии и подавить коррозионную реакцию в ее источнике.

Коррозия углеродистой стали преимущественно электрохимическая. Для этого требуется совместное действие трех элементов: электролита, кислорода и анодной-катодной цепи. Анти-коррозионное покрытие создает сплошную и плотную защитную пленку, изолирующую стальную основу от воды, кислорода, кислот, оснований и солей, непосредственно блокируя путь реакции электрохимической коррозии; Покрытия из цинка, алюминия и других металлов также могут активно подавлять коррозию подложки за счет эффекта катодной защиты жертвенного анода, даже если покрытие частично повреждено, оно может предотвратить распространение коррозии.

2. Значительно продлить срок службы и снизить общую стоимость.

Скорость коррозии обычных труб из углеродистой стали без анти-коррозионной обработки может достигать 0.2 - 0.5 мм в год в естественной почве, а перфорация и утечка могут произойти в течение 3 - 5 лет. Соответствующие 3PE, -эпоксидные порошковые покрытия и т. д. анти-антикоррозионные покрытия могут продлить расчетный срок службы труб до 30 - 50 лет, значительно снижая затраты на замену трубопровода, техническое обслуживание и время простоя, а общую стоимость жизненного цикла можно сократить более чем на 40 %.

3. Обеспечьте эксплуатационную безопасность и избегайте рисков утечек.

Коррозионная перфорация может привести к серьезным авариям в области безопасности и общественного благосостояния, таким как взрывы нефти и газа, утечка токсичных химических сред, перебои в водоснабжении и загрязнение окружающей среды.

Анти-коррозионные покрытия могут значительно снизить вероятность коррозионного разрушения и являются основным барьером безопасности для трубопроводов высокого-давления, транспортировки легковоспламеняющихся, взрывоопасных и токсичных сред. Они также являются основными показателями обязательной приемки при проектировании трубопроводов.

4. Оптимизация эффективности транспортировки и снижение энергопотребления в эксплуатации.

Внутреннее анти-коррозионное покрытие может значительно уменьшить шероховатость стенок труб, уменьшить сопротивление жидкости и склонность к образованию накипи, а также повысить эффективность транспортировки среды. Например, трубопровод передачи воды с облицовкой из эпоксидной смолы может повысить эффективность передачи воды на 10–15% по сравнению с обычной трубой без покрытия. Преимущества-экономии энергии при длительной-перекачке просто поразительны.

5. Соблюдайте отраслевые правила и требования по охране окружающей среды.

Существуют обязательные анти-стандарты защиты от коррозии в различных областях, таких как нефть и газ, коммунальное хозяйство и питьевая вода (например, GB/T 23257, SY/T 0315, GB/T 17219 и т. д.). Соответствующий анти-слой защиты является необходимым условием принятия проекта; анти-антикоррозионное покрытие трубопроводов питьевой воды также должно соответствовать требованиям безопасности при контакте с пищевыми продуктами, чтобы предотвратить выщелачивание вредных веществ и загрязнение среды.

Принимая во внимание эксплуатационные и конструкционные характеристики стальных труб, анти-коррозионные покрытия и полученные покрытия должны соответствовать следующим основным эксплуатационным требованиям:

1. Основные защитные характеристики

• Устойчивость к средней коррозиина: Он должен быть совместим с соответствующей операционной средой. При длительном-контакте с почвой, пресной, морской водой, кислотами, щелочами, солями, нефтегазовыми средами не должно возникать таких явлений, как пенообразование, отслаивание или ржавчина.
• Устойчивость к катодному удалению:Для подземных трубопроводов катодная защита обычно применяется совместно. Покрытие должно выдерживать действие катодного тока, чтобы предотвратить отслоение покрытия и образование пузырей от подложки. Это ключевой показатель оценки коррозионной защиты заглубленных трубопроводов.
• Защита от-проникновения: Покрытие должно иметь низкую пористость, чтобы предотвратить проникновение небольших молекул, таких как вода, кислород и ионы хлорида, а также избежать проникновения коррозионной среды через покрытие и контакта с подложкой.

2. Физико-механические свойства.

• Адгезия: Это основа всех свойств. Как правило, адгезия отслаивания должна быть больше или равна 5 МПа, а прочность наплавленного -эпоксидного порошкового покрытия может достигать более 10 МПа; недостаточная адгезия приведет к отслаиванию покрытия листами и полной потере защитной функции.
• Ударопрочность и износостойкость: Подходит для ударов и трения во время транспортировки по трубопроводу, засыпки и монтажа. Например, ударная вязкость покрытия 3PE должна быть больше или равна 10 Дж, чтобы избежать повреждения покрытия в период строительства.
• Гибкость и устойчивость к изгибу:Подходит для гибки стальных труб. Покрытие может деформироваться вместе с подложкой, не растрескиваясь и не отслаиваясь, и обычно не требует образования трещин при изгибе от 1,5 до 3 градусов.

3. Показатели устойчивости к окружающей среде

• Температурная устойчивость: Обычное анти-коррозионное покрытие применимо в диапазоне температур от -от 30 до 80 градусов. Для трубопроводов с высокотемпературной-средой необходимо выбирать термостойкие-покрытия (например, высокотемпературное FBE, 3PP).
• Устойчивость к атмосферным воздействиям и старению:Воздушные трубопроводы должны выдерживать атмосферное старение, такое как ультрафиолетовое излучение, изменения температуры и воздействие дождя. Требуется, чтобы испытание на искусственное ускоренное старение продолжалось не менее 1000 часов без значительного припудривания или обесцвечивания.
• Перепады температур и устойчивость к замерзанию-оттаиванию:Он подходит для сезонных перепадов температур и циклов заморозков-оттаивания. Покрытие не должно иметь таких проблем, как растрескивание, отслаивание или потеря адгезии.

4. Производительность строительного процесса

• Совместимость с промышленными сборочными линиями (электростатическое напыление, экструзионное напыление) или с ремонтом и ремонтом на-площадке (нанесение кистью, безвоздушное напыление);

• Строительство сборочной линии требует быстрого отверждения, тогда как строительство на-площадке требует отверждения при нормальной температуре и низкой чувствительности к температуре и влажности;

• Обладает превосходной способностью покрытия кромок и углов, избегая слабых мест покрытия на концах труб, сварных швах и трубных фитингах специальной-формы;

• Межслоевая адгезия между грунтовкой, промежуточным слоем и верхним слоем хорошая, без проблем с откусыванием грунтовки или межслоевым отслаиванием.

5. Безопасность и экологические показатели

• Покрытие трубопроводов питьевой воды должно соответствовать стандартам материалов, контактирующих с пищевыми продуктами, и в течение срока службы не должно выделяться токсичных или вредных веществ;

• Ограничьте использование покрытий с высоким содержанием -летучих органических веществ и канцерогенных-(таких как традиционные покрытия из каменноугольного пека) и предпочтительно используйте системы на основе воды,-не содержащие растворителей, с высоким содержанием-твердых веществ-;

• Покрытие заглубленных трубопроводов должно иметь высокое удельное сопротивление для уменьшения потерь тока катодной защиты и повышения эффективности защиты.

• 

   

В зависимости от типа материала покрытия и метода изготовления основные анти-коррозионные покрытия для стальных труб можно разделить на шесть основных категорий, каждая из которых подходит для различных сценариев эксплуатации и требований к стоимости:

1. Антикоррозионное-покрытие жидкого типа.
С помощью методов нанесения кистью, распылением или валиком его можно отверждать при комнатной температуре или при низких температурах, что подходит для-строительства на месте и мелко-серийного производства и является наиболее традиционной формой защиты от-коррозии.

(1) Эпоксидное анти-коррозионное покрытие
Он основан на эпоксидной смоле и подразделяется на эпоксидные смолы на-основе,-без растворителей- и на водной-основе.

• Основные функции:
• Отличная адгезия, выдающаяся стойкость к химической коррозии, водостойкость и щелочестойкость; Недостатком является плохая устойчивость к погодным условиям, склонность к рассыпанию на открытом воздухе, в основном используется в качестве грунтовки или заглубленных/водостойких покрытий.

• Подразделенные категории:

1. Эпоксидная грунтовка-с высоким содержанием цинка: Содержит большое количество цинкового порошка, обладает как барьерной, так и катодной защитой, обладает высокой устойчивостью к солевому туману и является предпочтительной грунтовкой для атмосферных и подземных трубопроводов;
2. Эпоксидно-угольное асфальтовое покрытие:Эпоксидная смола + каменноугольный битум, устойчив к почвенной коррозии и превосходной водостойкости, низкая стоимость, когда-то широко использовался в подземном водоснабжении и водоотведении, газопроводах; из-за наличия канцерогенных полициклических ароматических углеводородов постепенно ограничивается в использовании;
3. Эпоксидное покрытие без-растворителей: 100% содержание твердых веществ, ноль летучих органических соединений, может быть нанесено толстое-покрытие за один раз, плотное покрытие без отверстий, подходит для защиты-коррозии внутренних и внешних стенок стальных труб, особенно подходит для трубопроводов транспортировки питьевой воды и химических сред.

(2) Полиуретановое анти-коррозионное покрытие
Его разделяют на два типа: алифатический и ароматический. Основным пленкообразующим-материалом является полиуретановая смола.

• Ключевые особенности:Хорошая гибкость, -стойкость, водо-стойкость, устойчивость к кислотной и щелочной коррозии-; Алифатический полиуретан обладает превосходной атмосферостойкостью и может использоваться непосредственно в качестве верхнего покрытия для поверхностей воздушных трубопроводов, расположенных вне помещений. Адгезия немного уступает эпоксидной смоле, а устойчивость к сильным растворителям средняя.
• Сценарии применения:Верхнее покрытие трубопроводов, химических трубопроводов, трубопроводов, работающих в условиях низких-температур, для защиты от-коррозии.

(3) Антикоррозийное-покрытие из стеклянных чешуек
Добавьте тонкие стеклянные хлопья в эпоксидную или винилэфирную смолу.

• Ключевые особенности:Стеклянные хлопья уложены параллельно в покрытии, образуя «эффект лабиринта», что значительно улучшает характеристики защиты от проникновения-по сравнению с обычной эпоксидной смолой и обладает превосходной устойчивостью к сильным кислотам, сильным щелочам и агрессивным средам; Недостатком является то, что покрытие хрупкое, а его устойчивость к ударам и изгибу средняя.
• Сценарии применения:Трубопроводы химических сточных вод, трубопроводы десульфурации, трубопроводы транспортировки морской воды и т. д. в средах с сильной коррозией.

2. Наплавленное-эпоксидное порошковое покрытие (FBE).

Он относится к системе порошкового покрытия и является основной технологией защиты промышленных трубопроводов от коррозии.

• Процесс строительства: После того как стальная труба подвергается дробеструйной очистке для удаления ржавчины, ее предварительно нагревают до 180-220 градусов. Эпоксидный порошок равномерно наносится электростатическим распылением, а остаточное тепло стальной трубы плавится и выравнивает покрытие, затем оно затвердевает в пленку.

• Ключевые особенности:

1. Чрезвычайно сильная адгезия. Прочность на отслаивание обычно превышает или равна 10 МПа. Обладает превосходной стойкостью к катодному зачистке и отличной совместимостью с катодной защитой;
2. Покрытие однородное и плотное, с очень низким количеством отверстий.Он обладает превосходной устойчивостью к почве, воде и химической коррозии;
3. Не содержит растворителей-и экологически безопасен.Диапазон рабочих температур широк (обычный тип: -30-100 градусов, высокотемпературный тип: до 150 градусов);
4. Хорошее покрытие кромок и углов, равномерная толщина покрытия в сварных швах.

• Ограничения: Плохая ударопрочность и износостойкость, неустойчив к ультрафиолетовым лучам и не может использоваться непосредственно над головой.

• Приложениесценарии:Нефте- и газопроводы,-магистральные трубопроводы, стальные трубы городского водоснабжения и канализации, химические трубопроводы, а также основной слой покрытий 3PE/3PP.

3. Полиолефиновые-анти-коррозионные покрытия (2ПЭ/3ПЭ, 2ПП/3ПП).
Полиолефиновый материал наносится на поверхность стальной трубы с помощью процесса экструзии, который в настоящее время является основным средством защиты от-коррозии для подземных-трубопроводов на большие расстояния. Среди них наиболее широко используется трех-слойная структура.

(1) Трех-слойное полиэтиленовое покрытие (3PE)

• Трех-структура (изнутри наружу):Внутренний слой: плавленый эпоксидный порошок (обеспечивает адгезию и устойчивость к коррозии) + Средний слой: сополимерный клей (обеспечивает межслойное соединение) + Внешний слой: полиэтилен высокой-плотности (HDPE) (обеспечивает механическую прочность, износостойкость, изоляционные характеристики).

• Основные возможности:Наиболее сбалансированная заглубленная антикоррозионная-система, сочетающая в себе высокую адгезию эпоксидной смолы, стойкость к катодному зачистке и высокую механическую прочность, высокую изоляционную, водо- и износостойкость полиэтилена; Расчетный срок службы может достигать 30-50 лет, отличная устойчивость к нагрузкам, ударам и износу почвы, низкая скорость катодного зачистки;
•  
• Ограничения:Высокие инвестиции в строительную производственную линию, высокая сложность ремонта швов на-площадке; Температура длительного-использования Меньше или равна 80 градусам, не устойчив к ультрафиолетовым лучам.
• Сценарии применения:Магистральные-нефте- и газопроводы на большие расстояния, городские подземные системы водоснабжения и канализации, магистральные газопроводы, которые являются предпочтительным вариантом защиты от-коррозии подземных стальных труб в Китае.

(2) Трех-слойное полипропиленовое покрытие (3PP)

Структура такая же, как у 3PE, но внешний слой заменен полипропиленом.

• Функции: термостойкость лучше, чем у 3PE, а долгосрочная-рабочая температура может достигать 110 градусов. Имеет более высокую жесткость и износостойкость; ударная вязкость при низких-температурах низкая, склонен к растрескиванию при -5 градусах или ниже, поэтому не подходит для холодных регионов..
• Сценарии применения: Трубопроводы для транспортировки сырой нефти и горячей воды, работающие при высоких-температурах.

4. Антикоррозионное-покрытие на основе металла-.
Используя металлическое покрытие в качестве анти-коррозионного слоя, оно выполняет двойную функцию: барьерной защиты и протекторной анодной катодной защиты.

(1) Покрытие горячим-оцинкованием

• Процесс: После кислотной промывки стальной трубы и последующей-обработки покрытия ее погружают в расплавленный цинк при температуре около 450 градусов, образуя на поверхности слой сплава цинка-железа и слой чистого цинка.
• Основная функция: Двойной механизм защиты: плотный слой цинка обеспечивает барьерную защиту, а потенциал цинкового электрода ниже, чем у железа, что позволяет защитить поврежденный участок защитным анодом; процесс зрелый, стоимость умеренная, а срок службы в наружной атмосферной среде может достигать 10-20 лет.
• Ограничения: Неравномерная толщина покрытия, тоньше в местах сварных швов; плохая коррозионная стойкость к кислоте, щелочи и почвам с высоким-солем; трудно погружать стальные трубы-большого диаметра.
• Сценарии применения: муниципальные водопроводные трубы малого-диаметра, противопожарные трубы, трубы электропередачи, трубы для теплиц и т. д. Это наиболее часто используемый метод защиты от-коррозии стальных труб малого-диаметра в гражданском и муниципальном строительстве.

(2) Термическое напыление цинка/алюминия.

• Процесс:Цинковая или алюминиевая проволока плавится и распыляется посредством дугового или газопламенного напыления, а затем распыляется на поверхность стальной трубы для образования металлического покрытия. Поверхность заполняется герметизирующей краской для заполнения пор.
• Основные возможности:Длительный-эффект катодной защиты, отличная устойчивость к коррозии в атмосфере и морской воде, срок службы до 20 лет; может быть построен на-площадке, подходит для труб большого-диаметра, неправильной-формы и ремонтных работ.
• Ограничения:Покрытие имеет высокую пористость и должно сопровождаться герметизирующей краской; эффективность конструкции низкая, а стоимость выше, чем у горячего-оцинкования.
• Сценарии применения:Перекрестные-морские трубопроводы, прибрежные наружные крупные трубопроводы и стальные трубы для водоохранного хозяйства.

5. Высокоэффективное-специальное анти-коррозионное покрытие.

(1) Покрытие из напыляемого полиуретанового эластомера

• Процесс:Двухкомпонентные материалы-смешиваются специальным оборудованием, а затем быстро вступают в реакцию и отверждаются, образуя пленку за несколько секунд.
• Ключевые особенности:Скорость отверждения чрезвычайно быстрая, без провисаний при строительстве вертикальной и верхней поверхности, и его можно наносить толстым слоем в один слой; он обладает превосходной гибкостью, выдающейся ударопрочностью, износостойкостью и устойчивостью к растрескиванию; устойчив к воде, кислотам и щелочам, соляному туману, малочувствителен к влажности при строительстве.
• Ограничения:Затраты на материалы и оборудование высоки, требования к обработке базовой поверхности чрезвычайно высоки, а контроль адгезии затруднен.
• Сценарии применения:Защита-коррозионной защиты канализационных трубопроводов, химических трубопроводов, трубопроводной арматуры специальной-формы, а также-ремонт анти-слоев трубопроводов на месте.

(2) Керамическое износостойкое-и-коррозионное покрытие.

Покрытие изготовлено на основе эпоксидной смолы в качестве основного материала и включает керамические микрошарики, карбид кремния и другие твердые наполнители. Он обладает высокой твердостью, отличной износостойкостью и анти-коррозионными свойствами. Он в основном используется для защиты внутренних стенок от коррозии-трубопроводов, транспортирующих среды, содержащие твердые частицы, такие как грязь, минеральные суспензии и угольный порошок.

6. Специальное покрытие для внутренней защиты от-коррозии стальных труб.

Чтобы удовлетворить требования к коррозии внутренней среды и снижению сопротивления, помимо эпоксидной смолы,-не содержащей растворителей, и полимочевины, существуют два основных метода внутренней защиты от-коррозии:

• Облицовка цементным раствором:Нанесенное на внутреннюю стенку стальной трубы центробежным способом покрытие имеет чрезвычайно низкую стоимость, является экологически чистым и гигиеничным, устойчивым к водной коррозии и может защитить качество воды. Это основной метод внутренней защиты от-коррозии водопроводных и дренажных труб-диаметра; однако его недостатком является высокая хрупкость, плохая ударопрочность и легкое растрескивание.
• Облицовка из пищевой-эпоксидной смолы:Соответствует стандартам гигиены питьевой воды, имеет гладкую внутреннюю стенку, низкое сопротивление и меньшее образование накипи. Он сочетает в себе защиту от-коррозии и снижение сопротивления и используется для городского водоснабжения и прямых трубопроводов питьевой воды.

7. Основные принципы отбора
Выбор анти-коррозионного покрытия для стальных труб должен основываться на всестороннем учете условий эксплуатации (подземные/надземные/водные/коррозионные), рабочих параметров (температура, давление, среда), условий строительства и общей стоимости жизненного цикла.

В целом, это следует логике проектирования композитов: «обеспечение адгезии и коррозионной стойкости нижнего слоя, а также обеспечение механической прочности и устойчивости к воздействию окружающей среды на внешнем слое».