博一建材讯：近年来随着我国石油天然气等能源需求的激增，长输天然气、石油管道、城市天然气管网建设步伐的加快，石油天然气长输管道的建设也随之飞速发展，利用钢制管道运输油、气、水及其它化学品是最安全有效的方式之一。钢制管道必须做好防腐蚀措施。尤其是长输管道由于使用寿命长，在其长期使用过程中，常常发生腐蚀失效，钢材料的防腐蚀工程在管道设计之初就必须加以重视。
一、金属管道的腐蚀
金属管道的腐蚀机理可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀。在化学腐蚀的作用下，管壁厚度的减薄基本是均匀的，与穿孔破坏比较，其危害性相对较小。由于管道金属的化学成分、结构、物理状态不均匀和介质浓度、温度、流速不同，电化学腐蚀一般表现为局部腐蚀，轻者出现砂眼，重者呈现出蜂窝状穿孔或断裂。因此对钢质管道内、外壁都要做好相应的防腐蚀工作。防腐蚀涂料是防腐蚀保护的重要部分，近年来对防腐蚀涂料的研究受到了国内外广泛的关注和重视［１，２］。
二、管道外防腐蚀涂料
（一）埋地管道外防腐蚀涂料
埋地管道外腐蚀主要来自土壤环境，该腐蚀环境要求防腐蚀层具有良好的介电性能和其它物理性能，稳定的化学性能和较宽的温度适应性，满足防腐蚀、绝缘、耐阴极剥离以及足够机械强度等要求。
1. 环氧防腐蚀涂料
环氧树脂成膜后的分子链上含有很稳定的碳－碳键和醚键和苯环，结构致密、屏蔽性好，经固化后抗渗透性能优异，具有耐水性、耐盐雾性、耐油性及优良的耐化学品性能。
（１）熔结环氧粉末涂料（ＦＢＥ）ＦＢＥ是以热固型环氧树脂为主要原料，以空气作为分散介质，借助高速气流和电荷引力将粉末均匀喷射在预热好的钢管表面。在高温作用下，粉末熔融成均匀厚度的防腐蚀层。该涂料无溶剂污染，施工时不用考虑防火措施；固化速度快；厚度可以从几十微米到几百微米，具有良好的韧性，管道弯曲时不产生裂纹；其最大的优点是与金属表面附着力极大，粘接性能、耐阴极剥离性能优秀［３］，具有“失效安全性”；易于修复；抗土壤应力强，适用于高盐、高碱、寒冷等大多数严酷的腐蚀环境。但ＦＢＥ易被冲击破坏，吸水率较大，对钢管表面除锈要求严格。总的来说，ＦＢＥ对于管道防腐蚀来说是一种有效的涂层［４］。
２０世纪８０年代末，ＦＢＥ开始少量用于国内定向钻穿越河流工程。近几年来，施工技术已经逐步成熟，ＦＢＥ的用量逐步增长。民航津京输油管道所经地带水网发达、腐蚀环境恶劣，该工程选择熔结环氧作为防腐蚀层，在施工完成几年后进行管道阴极保护测试，结果表明该涂层具有优越的防腐蚀性能，使得镁阳极和锌阳极的使用寿命得到了相应的延长［５］。该防腐蚀层也已在忠武输气管道、西南成品油管道等大型工程陆续采用。
为了改进单层ＦＢＥ的耐机械损伤能力，提高冲击性能和抗划伤性能，最新发展是双层ＦＢＥ系统和３层ＰＥ系统（３ＬＰＥ）。目前我国采用３ＬＰＥ涂层防腐蚀的油气管道已近万ｋｍ，它融合了熔结环氧粉末（ＦＢＥ）涂层和聚乙烯涂层的优点，不仅绝缘性和抗渗透性好，抗阴极剥离性较强，防腐蚀特性优异，而且在管道运输及吊装过程中损伤较小，是目前公认的质量优良的防腐蚀材料。
（２）液态环氧涂料用于管道防腐蚀的液体环氧涂料是以双酚Ａ型环氧树脂作成膜物，以胺类作固化剂。液体环氧防腐蚀层和ＦＢＥ的性能相似，耐腐蚀性能好，易于修复，抗阴极剥离，和阴极保护配套性好，致密性好于ＦＢＥ，但黏结强度比ＦＢＥ低。在发达国家，无溶剂液态环氧涂料广泛用于ＦＢＥ管线补口、旧管线防腐蚀层大修、站区管线和设备防腐蚀等。近十年，我国在陕京天然气管道穿跨越段、西气东输冀宁联络线、广东ＬＮＧ等管线工程也采用了这种涂料［６］。中石化的榆林－濮阳－济南输气管道工程中，热煨弯管的防腐蚀采用了改性无溶剂高固体份的液体环氧树脂涂料。
2. 聚氨酯防腐蚀涂料
聚氨酯防腐蚀涂料是分子结构中含有氨基甲酸酯重复链节的高分子化合物。其基本特性是漆膜具有良好的附着力、韧性、耐磨性、弹性和高光泽性，且具有优异的防腐蚀性能、抗剥离性能、耐化学浸蚀、耐化工大气。该涂料已被列入国家标准《工业建筑防腐蚀设计规范》和《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》，作为主要的防腐蚀材料之一，应用范围广。
１００％固体份聚氨酯涂料是由多异氰酸酯溶液和多元醇溶液通过化学反应在被保护界面上形成聚氨酯涂层。该涂料正常情况下为液体状态，涂敷后１００％转换成固体涂层，涂料不含有机挥发物，不含胺、煤焦油、异氰酸盐单体等有害物质和可燃物。施工安全便捷，不污染环境；固化速度快，喷涂效率高；温度适应性强；使用寿命长；抗阴极剥离性良好。国外使用１００％固体含量聚氨酯防腐蚀涂料的历史记录为３０年，至今防腐蚀层完好无损［７］。陕京二线输气管道工程中，采用了１００％固体份聚氨酯作为热煨弯管的防腐蚀涂料。在大港油田的港沧输气管线大修工程中应用，涂层外观平整光滑，附着力好。天津市自来水集团在宾西立交桥简阳道处进行顶管敷设ＤＮ２２００水源管道，钢管外壁防腐蚀涂料选择无溶剂聚氨酯。钢管穿越完成后，对探出土层的管道防腐蚀层进行了检验。外观检验未见深达基体的划痕。用电火花（５０００Ｖ）检验穿越后的涂层无漏点。工程结果表明无溶剂聚氨酯涂料不仅能作为大口径钢管的防腐蚀材料，而且在难点及重要部位（如顶管）使用，还具有较高的性价比［８］。
（二）架空管道外防腐蚀涂料
架空管道长期暴露在大气环境中，经受风雨日照自然腐蚀。
该腐蚀环境要求防腐蚀层应具备较好的耐大气老化性，良好的耐化学腐蚀性，良好的耐水性，足够的耐冲击、耐弯曲、耐磨等机械性能，与金属有良好的粘结性、良好耐温性和易修复性。
1. 富锌涂料
富锌涂料利用锌粉的强活性形成电化学阴极保护来阻止钢铁的锈蚀［９］，具有优异的防锈性、耐久性和耐盐雾性，可焊接。一般作为地上架空管道的底漆使用。富锌涂料根据成膜物质的不同，一般分为无机富锌涂料与有机富锌涂料两大类。
（１）无机富锌涂料无机富锌涂料是以无机聚合物（如硅酸盐、磷酸盐、重铬酸盐等）为成膜基液，锌粉与其反应。涂料主要特点是具有优异的防腐蚀性能、干燥快速、覆涂时间短，优异的耐化学品和耐水性能，无开裂问题，可长期在４００℃以上高温环境中使用。据报道，无机锌硅涂层是所有富锌涂料中耐久性最长的一种。使用寿命长达２０～５０年。无机硅酸锌涂料最著名的例子是南澳大利亚Ｍｏｒｇａｎ－Ｗｙａｌｌａ间２５０ｋｍ的管道，经过长达４０年的使用，这些管道仍然处于完好的状态。使用硅酸锌涂料时，钢材表面处理要求严格，钢材表面必须喷砂清理到Ｓａ２．５级，表面平整度达３０～５０μｍ。
（２）有机富锌涂料有机富锌涂料是以合成树脂（如环氧、聚酯树脂等）为成膜物质，以高含量锌粉为填料的防锈涂料。主要特点是良好的电绝缘性，附着力极强，硬度高、韧性好、耐冲击、耐化学品性优良，是防腐蚀工程中应用最广的底漆，常与环氧漆、氯化橡胶漆、环氧沥青漆、聚氨酯漆等配套使用。在输油管道的运行温度较低，且为现场施工时，地上架空输油管道涂覆的底漆常采用环氧富锌涂料。
总之，两种富锌涂料的防腐蚀性能都很出色，在已建的西二线、陕二线等管道工程中进行了应用。但二者也存在差异性，无机富锌涂料在导静电性、耐候性、耐热性、耐溶剂性、防锈等方面都优于有机富锌涂料，它可满足绝大多数管道的运行温度和运行环境；而环氧富锌与金属表面粘接力比无机硅酸锌稍强，且施工性能好于无机硅酸锌。实际工程建设中应根据具体的施工条件和运行环境进行方案比选，设计出最优最经济的防腐蚀方案。
２. 氯化橡胶防腐蚀涂料
氯化橡胶涂料以氯化橡胶为主要成膜物质，通常含氯量为６５％～６８％。由于氯化橡胶是化学惰性成膜物质，水蒸气和氧对漆膜的渗透率低，因此具有良好的耐化学腐蚀性；干燥快，在常温下２～４ｈ后，就可涂履第二道涂料；户外暴晒后物化性能变化小，预计的使用寿命可达１０年；可在－１５℃～＋５０℃的环境温度下施工；易于修补；由于高氯含量，能够抑制毒菌滋长，并具有一定的延燃性能，常与其它涂料配合作为耐候面漆使用，主要用于船舶、管道、化工设备和水下构筑物的防腐蚀，但是该涂层较薄，硬而脆，且附着力差于环氧。
3. 丙烯酸树脂涂料
丙烯酸树脂涂料由丙烯酸树脂加入各种颜料及助剂等配制而成，具有优良的物理机械性能和突出的耐化学腐蚀性、耐磨性、耐日晒、耐候性及较好的附着力，适合在室外应用。丙烯酸聚氨酯涂料是以丙烯酸树脂、聚氨酯树脂为主要成膜物，该面漆可用作地上架空管道耐候面漆。它除了具有聚氨酯涂料的防腐蚀性外，还具备了丙烯酸涂料的优异的耐候性能，从而克服了普通防腐蚀层因太阳照射老化、变色而造成防腐蚀功能失效、美化功能降低的缺陷，大大提高了防腐蚀层的寿命及防腐蚀效果。
我国自从２０世纪９０年代初研发成功后，至今已得到了大面积的推广应用。多年的应用实践表明，丙烯酸聚氨酯涂料只要防腐蚀层结构设计合理，施工质量得到保证，其使用寿命可达８年以上。西二线排气管中露空段采用丙烯酸聚氨酯面漆（１２０μｍ）作为外防腐蚀层的面漆。
4. 氟碳涂料
氟碳涂料由于氟原子本身具有最大的电负性和较小原子半径的特性，具有高度化学稳定性和化学惰性；氟碳防腐蚀涂料中含有大量的Ｆ－Ｃ键，Ｆ－Ｃ键的键长小、键能大，能抗大气中紫外线的照射，所以涂料具有优异的耐候性和极高的化学稳定性；由于Ｆ－Ｃ键极性小，使Ｆ－Ｃ防腐层具有低表面能，表面光滑，粘附性小，具有极佳的抗沾污性和自洁性；耐温范围宽，能在－５０℃～１５０℃下长期使用；可以调配出多种色彩，具有高装饰性。经户外长期使用和人工加速老化试验表明，氟碳防腐蚀涂层在户外使用２０年以上，外观仍完美如初。在国内，奥运“鸟巢”钢结构、武汉天兴州大桥、南京长江三桥等防腐蚀都是采用了氟碳涂料。
氟碳涂料既可以单独使用，也可以与其它涂料配套使用。近几年的管道防腐蚀工程中，氟碳作为架空管道或其它长期暴露在大气环境中的钢结构面漆，与环氧富锌底漆＋环氧云铁中间漆配套使用。由于其优异的耐候性，耐腐蚀性，且使用寿命长，虽然一次投资费用较丙烯酸聚氨酯和氯化橡胶涂料高，但维护和重涂成本低，从整个寿命期考虑，具有良好的综合经济性。该方案已经在西二线、冀宁线、陕二线等大型工程中支、干线工艺场站内和阀室中地上架空管道采用，防腐蚀和装饰效果均比较好。
（三）其他
1. 鳞片涂料
鳞片涂料是以耐蚀树脂和鳞片骨料组成的厚浆型涂料。２０世纪８０年代初，我国开始了玻璃鳞片及其涂料的开发和应用研究［１０］。鳞片涂料由于其高效的阻隔、屏蔽效应，使得它具有优良的抗渗透性，化学性质稳定，耐酸、碱、石油溶剂和水的侵蚀；同时鳞片分散了应力，各接触面的残余应力小，热膨胀系数也小，故硬化时收缩率小，热稳定性好；在物理机械性能方面，大量鳞片填充在树脂基涂料的涂层中，提高了涂层的机械强度、表面硬度和耐磨性；玻璃鳞片的折光率与树脂相差较大，其表面微曲，平行排列于涂层中可反射大量紫外线，从而减缓树脂的老化；施工工艺性较好，常温固化，易于修补；优良的抗渗透性能和抗阴极剥离性能。适用于钢管、各种钢结构、储罐等防腐蚀，也适用于各种混凝土结构的防渗漏，还可作为耐磨、防滑层。
目前玻璃鳞片涂料在钢制煤气管道内壁和储油罐底板防腐蚀方面都有一定的应用。鲁宁管线末站仪征输油泵站，其中３座５万ｍ３的原油储罐内部采用的是环氧玻璃鳞片涂料防护；另外有５座采用Ｇ４－１型防腐蚀涂料（环氧树脂加炭黑），２座采用富锌涂料。储罐的大修期一般为５～７年。目前站内采用富锌涂层的两座储罐都已进行了大修，大修中发现其罐底板腐蚀十分严重，部分区域已有穿孔。而３座采用玻璃鳞片防腐蚀涂料的储罐从１９８９年开始投入使用，到现在仍在正常运行，可见其内部玻璃鳞片防腐蚀层性能十分优异［１１］。
2. 聚脲弹性体
喷涂聚脲弹性体技术是近十年来兴起的无溶剂、无污染的新技术［１２］。
聚脲不仅具有优异的物理化学性质，如拉伸强度和柔韧性、耐磨性、耐冲击性、耐化学品、耐盐雾腐蚀性和耐老化性等；而且喷涂聚脲弹性体具有对水分、湿气不敏感，施工不受环境温度、湿度的影响；具有良好的施工成膜性，可在任意曲面、斜面及垂直面上喷涂成型；固化速度快，涂层无流挂；补口与管道涂层一致性好。中国石油天然气集团防腐保温产品质量监督检验中心进行的剥离强度试验（２３±２℃）表明，聚脲涂层对ＰＥ、钢、ＦＢＥ具有良好的黏结性能［１３］。但要注意聚脲应用介质的界定。一般聚脲在１０％的醋酸、盐酸、磷酸，２０％的硫酸、氨水等条件下，防腐蚀效果较好；在２０％氢氧化钾，５０％氢氧化钠条件下，会变色。对饱和盐水、汽油、煤油、柴油、液压油等防腐蚀效果较好。
将喷涂聚脲弹性体技术应用于长输管道的防腐蚀工程，在国外已经有近十年的历史。美国北部阿拉斯加管道系统及印尼输气管道使用聚脲作为管道外涂层，效果较好，在－４０℃环境中性能稳定。在国内大型长输管道防腐蚀工程中聚脲涂层还没有大面积使用，主要工程建设有大港油田浦海化工公司为港北输气管道涂层１４ｋｍ［６］；经聚脲弹性体涂装的青岛碱业集团股份有限公司钢结构储罐，在三个月后观察效果，ＳＰＵＡ涂层完好无损，而其它涂料则出现了严重的腐蚀。该技术可望为国民经济建设做出重大贡献。
三、展望
防腐蚀涂料正沿着高性能、高效率、低能耗和低污染的方向发展。目前涂层使用寿命与设计寿命有不小差距。因此，在研究开发高耐腐蚀性涂料时，还必须考虑到技术的可操作性、涂料的性价比以及环保等因素，深入研究防腐蚀涂料的老化机理，进一步完善涂料的性能，加强涂料施工性能和涂装工艺研究，完善涂料配套体系和性能评价，以提高防腐蚀涂层的使用寿命，力争更好的经济效益。
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