第二讲++覆盖层.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,埋地金属管道腐蚀与防护,重庆科技学院,2010.4,第二章 覆盖层,涂层定义,广义定义：用物理的、化学的、或者其它方法，在金属或非金属基体表面形成的一层具有一定厚度、不同于基体材料且具有一定的强化、防护或特殊功能的覆盖层,狭义定义：用物理的、化学的、或者其它方法，在金属或非金属基体表面形成的一层具有一定厚度的（,一般大于,10m,）,的不同于基体材料且具有一定的强化、防护或特殊功能的覆盖层,两者的区别在于对,覆盖层厚度,的限定,油气管道涂层技术发展历史回顾,我国自古就有用生漆保护埋在土壤中棺木的方法，在公元前就已经开始使用油漆来防腐,.,1822,年,Dinglers Polytechnischem Journal,杂志上发表了现代第一篇关于防锈漆的报告，报告建议使用油漆、树脂和植物油喷涂钢表面,涂层技术是伴随着涂料工业的发展而发展起来的,在我国，现代涂料工业的开创距今也只有,80,多年的历史,历史发展阶段,19401960,年管道防腐涂层主要是煤焦油、石油沥青及乙烯基胶带,19601970,年，为煤焦油、沥青、高密度聚乙烯及,PE,胶带,19801990,年为高密度聚乙烯茄克、环氧粉末,1990,年以后主要是环氧粉末和,PE,组成的三层系统,管道外涂层技术进展,国内外涂层应用现状,目前，全世界涂料的种类多达,5000,多种，而我国据粗略估计，防腐蚀涂料品种已超过,1000,多种,经常用于管道防腐的却大致可以分为以下几类：,石油沥青（包括各种改性石油沥青）、煤焦油瓷漆、聚乙烯类（包括聚乙烯胶带、挤出聚乙烯等）、环氧粉末、环氧煤沥青、复合涂层、混凝土和聚氨酯泡沫等,表,1 Pipeline Digest19921996,年度管道涂层用量调查汇总,表,2 19851998,年国内主要长输管道防腐层各种涂层所占比例,注：上表是根据,19851998,年国内建设的,33,条、合计长度约,8100km,管道所用外防腐层统计出来的,从表,1,我们可以发现：,（,1,）在国外，这几年环氧粉末的使用都是排在首位，说明它已经成了各用户的首选涂料，表明它的性能令人满意，我们将在后面讨论；,（,2,）石油沥青的使用在国外已经越来越少了。一方面是处于环境保护的考虑，另一方面则是其自身使用条件的限制所造成的，在发达国家已经基本上不用了，但由于其工艺和技术现在都相当成熟，更重要的是其价格低廉，一次性投入低，而且货源比较广，因此，在第三世界国家还有一定的市场；,（,3,）环氧煤沥青的使用在国外也受到了一定的限制。和石油沥青的情况类似；,（,4,）煤焦油瓷漆尽管也存在环境保护的问题，但由于其优良的防腐性能仍然占据了很大的市场；,（,5,）尽管,3PE,等复合涂层有着优良的防腐性能，但当时还没有得到大力推广，这一方面是由于经济上的原因，另一方面则是由于施工的工艺、技术还没有其它涂层成熟；不过现在,3PE,的应用比较成熟,.,（,6,）聚氨酯类涂层的应用在油气管道中也不够广泛；,从表,2,中我们可以得到如下信息：,（,1,）在过去石油沥青一直都是我们的首选涂层。这主要是我国的经济还相对比较落后，在当时正好能满足我们的要求，比较符合我国的国情；,（,2,）在上个世纪,90,年代后期，煤焦油瓷漆成了国内的首选涂层；,（,3,）在发达国家广泛使用的环氧粉末在我国还没有得到大力推广；,（,4,）,3PE,由于其极佳的防腐性能已在国内开始使用了，这意味着我国的防腐技术和国外的差距已经越来越小了，同时说明我国在防腐层选择上已不再象以前那样急功近利了，考虑的更长远一些，因为,3PE,结构的一次性投入较其它涂层要大得多；,（,5,）我国在选择涂层时，除了经济上的要求外，已经加大了对性能和环保要求的力度。,一 概述,(,一,),覆盖层的作用和分类,金属表面覆盖层能起到装饰,/,耐磨损及防腐蚀等作用,.,对埋地管道来说,防蚀是主要目的,.,覆盖层使腐蚀电池的回路电阻增大,或保持金属表面钝化的状态,或使金属与外部介质隔离出来,从而减缓金属的腐蚀速度,.,覆盖层可分为金属与非金属两大类,如图,2-1,所示,:,第一节 管道外部覆盖层,第二章 覆盖层,第一节 管道外部覆盖层,第二章 覆盖层,覆盖层,非金属涂层,金属镀层,有机涂层,转化膜,无机涂层,塑 料,橡 胶,涂 料,防 锈 油,铬酸盐处理,磷 化,氧 化,搪 瓷,混 凝 土,玻 璃,陶 瓷,压 制 成 复 合 材料,金 属 衬 里,离 子 注 入,化 学 镀,喷 镀,扩 散 镀,热 侵 镀,电 镀,图,2-1,覆盖层的分类,第一节 管道外部覆盖层,第二章 覆盖层,(,二,),管道外覆盖层,覆盖层防腐要求,:,覆盖层完整无针孔,与金属牢固结合,使基体金属不与介质接触,能抵抗加热,/,冷却或受力状态,(,如冲击,/,弯曲,/,土壤应力等,),变化的影响,.,管道外部覆盖层,亦称防腐绝缘层,(,简称防腐层,).,将防腐层材料均匀致密地涂敷在经除锈的管道外表面上,使其与腐蚀介质隔离,达到管道外防腐的目的,.,管道常用外防腐涂层性能特性的基本要求,（,1,）良好的电绝缘性,（,2,）良好的粘接性，耐阴极剥离,（,3,）良好的稳定性。要求耐老化性能好；化学稳定性好；耐化学和微生物腐蚀；耐水性好，吸水率低；有足够的耐热性，确保其在热输（原油）温度下不变形，不加快老化速度；耐低温性能好，确保其在低温下堆放、拉运和施工时不产生龟裂和脱漆现象；要能抵御由于环境介质与涂层反应而导致涂层性能变差，达不到保护要求。,（,4,）足够的机械强度。要求有一定的抗冲击强度，以避免在搬运、安装敷设等施工环节中对涂层的机械损坏；有良好的抗弯曲性，以确保管道弹性敷设或冷弯时不致损坏；能耐土壤应力，以防止土壤、岩石等摩擦而损伤；还要求能抗植物根茎穿透,要将涂层实际应用到工程上，还需满足以下几个要求：,（,5,）能机械化连续生产，满足工程建设需要,（,6,）涂料来源广泛，质量可靠,（,7,）易于现场补口补伤,（,8,）经济上合理,第一节 管道外部覆盖层,第二章 覆盖层,覆现有的防腐层材料有，,石油沥青、煤焦油瓷漆、熔结环氧粉末、聚烯烃胶粘带、挤出聚乙烯。环氧煤沥青,/,硬脂聚胺酯泡沫朔料防腐保温层等在长期使用过程中所表现出的性能和优缺点是不尽相同的,.,由于管道所处环境腐蚀性及运行条件的差异,通常将防腐层分为普通,/,加强和特强三种,.,常用防腐层的特点及其适用条件,（,1,）石油沥青,优点主要是施工技术比较简单、在国内比较成熟、取材容易、造价较低（国内造价约为,70,元,/m,2,左右）,缺点主要是：吸水率高、易老化、机械性能差、耐土壤应力差、绝缘电阻低、耐热性差、不耐微生物、不耐深根作物、使用寿命较短、防腐工劳动条件差、对环境有一定的污染等,可用于对涂层性能要求不高的一般土壤环境，如：沙土，粘土等，适用温度为,-1580,。在碎（卵）石土壤、石方段、土壤含水量高和水下，生物活动频繁，植物根茎发达地区慎用或禁用,（,2,）环氧煤沥青,优点主要为：覆盖层固化后机械强度高、电性能好、化学性质稳定、使用寿命长久，施工方便，可常温冷冻施工、自然固化，可以机械化、半机械化和手工施工，耐土壤应力好，耐水、耐微生物及植物根茎穿透。这种防腐层的抗土壤应力能力仅次于熔结环氧粉末防腐层，其抗外力穿透能力良好。此外，其造价较低廉，在相同除绣条件下，其综合造价（含运输、加工、损耗等）可与石油沥青相媲美,课后作业：,归纳整理常用防腐层的特点及其适用条件,（至少介绍,4,种，手写，可参阅教材或任何资料）？,如何选择沼泽地区管道覆盖层？,简述管道外防腐层的主要施工方法？,涂装前钢管表面怎样进行预处理？（要求掌握每个步骤中的具体内容）,缺点主要是：固化时间长至少需要,24h,，,低温（,0,）下固化时间更长，涂层质量易受天气影响，生产规模受限，北方冬季施工受限；双组分很难保证始终混合均匀，适用期短；施工中溶剂挥发，有一定环境污染；使用过程中（尤其热管道）绝缘性能下降很快，导致阴极保护电流很快上升,可用于规模较小管径较小的管道工程，穿越套管及金属构件的防腐。同时对涂层机械性能要求不高，但要求耐水、微生物及植物根茎的地区。在多石土壤、石方段，强土壤应力区，大规模大口径管道工程慎用或禁用。适用温度为,110,（,2,）环氧煤沥青,（,3,）煤焦油瓷漆,优点主要是：耐石油产品、植物根茎、微生物，粘接力强，吸水率低，绝缘性好，抗土壤应力，抗阴极剥离，价格低廉，使用寿命长,缺点主要是：机械强度较低，使用温度有限，有毒性、环境污染较重。由于环保的要求，在德国、法国、意大利早已停止使用，连美国的一些州也限制使用，澳大利亚从,1977,年起停止使用,可用于人烟稀少的沙漠、戈壁地区和水位高，植物根茎茂盛，生物活动频繁的沼泽或灌木丛生地区。在碎（卵）石土壤、粘质土壤及环境保护要求高的地区慎用或禁用。煤焦油瓷漆有三种型号，其适用温度分别为,A,型：,-1335,；,B,型：,-860,；,C,型：,-380,。,（,4,）环氧粉末,优点主要有：粘接力强，使用温度范围较宽，有良好的热稳定性，涂敷管可冷弯，表面平滑，具有极好的耐土壤应力和耐阴极剥离性能,主要缺点有：较易受冲击破坏，不耐尖锐的碰撞，对吸水敏感，防水性差，长期处于潮湿环境下会生成气泡，涂装过程要求十分严格，耐光老化性能差，防腐层的电阻值随温度升高而明显下降，在潮湿环境里电阻值也较低,可用于大部分土壤环境，特别适用于定向钻穿越段及粘质土。是目前用量最大的防腐层，在北美地区应用最为广泛。在碎（卵）石土壤、石方段、地下水位较高，土壤含水量较高的地区慎用或禁用。适用温度为,-30110,。,（,5,）聚乙烯二层,主要优点有：绝缘性能好，机械强度高，吸水率低、抗透湿性强，耐化学介质浸泡性能好，耐土壤应力好，补口与补伤方便,缺点主要有：粘接力较差，失去粘接后易造成阴极保护屏蔽，与焊缝较高的钢管结合较差，阳光下易老化，严重损伤后修复比较困难,用于大部分土壤环境，特别是机械强度要求高，土壤应力破坏作用较大的地区。在架空管段要慎或禁用，另外由于其对钢管粘接较差，温差较大的地区应慎重考虑。国内的预制价格在,8090,元,/m,2,左右。对于挤压型聚乙烯其使用温度不得超过,70,（,6,）聚乙烯三层,优点主要有：综合性能优异，将环氧粉末和聚乙烯的优点集于一体，具有良好的粘接性能，高度电绝缘性，优良的防水、抗透湿性能、耐化学侵蚀性能以及良好的机械强度、抗冲击性能,主要缺点有：造价高，对钢材表面处理，涂敷工艺，涂敷程序要求很高，补口若与管体同结构，将较复杂，否则与管体不匹配，造价高，对管子焊缝，特别是螺纹管子凸起焊缝的包覆厚度不够,可用于各类环境，特别适用于对涂层机械性能、耐土壤应力及阻力屏障性能要求较高的苛刻的环境如碎（卵）石土壤、石方段、土壤含水量高，生物活动频繁，植物根系发达地区。在架空管段慎用或禁用，另外由于其防腐工艺复杂，造价高，一般土壤环境不推荐使用。对于挤压型聚乙烯其使用温度不得超过,70,第二节 覆盖层的涂装技术,第二章 覆盖层,一、概述,(,一,),常用涂装方法简介,涂装方法有手工刷涂、机械喷涂、淋涂和滚涂等。机械喷涂是金属管道和储罐施工中常用的方法，可分为空气喷涂、高压空气喷涂、静电喷涂和粉末喷涂等。,常用的几种涂装方法的原理、特点和适用范围列于表,2-11,。,第二节 覆盖层的涂装技术,第二章 覆盖层,（,二）管道外防腐层的施工方法简介,就涂装技术而言，管道外防腐层施工大体上分为四种：,1.,热浇涂的同时缠绕内外缠带，主要用于沥青类防腐层；,2.,静电或粉末喷涂，主要用于熔结环氧粉末和熔结聚乙烯粉末的防腐层；,3.,纵向挤出或侧向挤出缠绕法，主要用于易于成膜的聚烯烃类防腐层；,4.,冷缠，主要用于聚烯烃胶粘带或改性石油沥青缠带。,第二节 覆盖层的涂装技术,第二章 覆盖层,不同防腐层的异同点：,相同点：,钢管表面处理、预热、管子传递、管端敷带、冷却、厚度监测、针孔检漏及管端保护等工序是相同的；,不同点：,涂敷工艺不同，,涂敷工艺主要取决于所选涂料的特征,。,防腐层涂装的工艺规程：,材料、防腐层的施工,（工序、技术条件、使用的设备和工具）、,质量检验、防腐管的标志、堆放与运输、补口与补伤、下沟与回填等。,第二节 覆盖层的涂装技术,第二章 覆盖层,二、涂装前钢材的表面处理,表面处理的好坏,直接关系到防腐层与钢质储罐的,粘结性,。防腐层在施工中引起的,起泡、翘起、返锈,等现象，主要原因是表面处理技术未达标。,表面处理要达到规定的除锈标准，同时金属表面要求有一定的粗糙度，,这是,两个关键因素,。,（一）表面处理的基本要求,1.,原材料锈蚀等级的鉴别,2.,钢材表面清理：清除灰尘、油脂、陈旧的衬里、涂料等。,3.,钢材表面除锈质量等级,4.,预处理的表面粗糙度,第二节 覆盖层的涂装技术,第二章 覆盖层,二 涂装前钢材表面的处理,表,2-12,钢材表面原始锈蚀等级,锈蚀等级,锈蚀状况,A,级,覆盖层完整的氧化皮或只有少量锈的钢材表面,B,级,部分氧化皮已松动，翘起或者脱落，已有一定锈的钢材表面,C,级,氧化皮大部分翘起或者脱落，但用目测看不到锈蚀的钢材表面,D,级,氧化皮几乎全部翘起或者脱落，大量生锈，目测时能见到孔蚀的钢材表面,第二节 覆盖层的涂装技术,第二章 覆盖层,（二）钢管外表面的除锈,钢管外表面处理有,机械法和化学法,两种。,管道外表面除锈通常都采用机械法,，即动力或手工工具除锈，主要有喷、（抛）射磨料和手工工具。,工艺流程,检查,除油,清洗,干燥,除锈,去尘,质量检查,等步骤。,第二节 覆盖层的涂装技术,第二章 覆盖层,三 埋地管道防腐层的施工,(,一,),石油沥青防腐层,石油沥青防腐层是在钢管外浇涂石油沥青,中间加缠中碱玻璃布,外包,聚氯乙烯工业膜构成的,下表为石油沥青防腐层的等级与结构,表,2-17,防腐层等级与结构,防腐层 等级,防腐层结构,每层沥青度,mm,防腐层总度,mm,普通防腐,沥青底漆,-,沥青,-,玻璃布,-,沥青,-,玻璃布,-,沥青,-,聚氯乙烯工业膜,1.5,4.0,加强防腐,沥青底漆,-,沥青,-,玻璃布,-,沥青,-,玻璃布沥青,-,玻璃布,-,沥青,-,聚氯乙烯工业膜,1.5,5.5,特强防腐,沥青底漆,-,沥青,-,玻璃布沥青,-,玻璃布沥青,-,玻璃布,-,沥青,-,玻璃布,-,沥青,-,聚氯乙烯工业膜,1.5,7.0,第二节 覆盖层的涂装技术,第二章 覆盖层,1.,石油沥青防腐层施工技术要求,（,1,）,除锈。,必须除去钢管表面的浮鳞层、铁锈及其他物质，然后将表面清理干净，呈现钢灰色。,（,2,）,熔化沥青,。脱净水，不含杂质，达到三项指标（针入度、延度、软化点）合格。,（,3,）,选管。,防腐钢管必须经过挑选，要求无裂纹，管段平直度小于千分之三，管端无扁口。,（,4,）,涂底漆。,底漆的刷涂应均匀，无气泡、凝块、流痕、空白等缺陷。,（,5,）,浇涂成型,，待底漆烘干后浇涂沥青。,（,6,）,成品检验与储运,。,（,7,）,回填前后的检查。,第二节 覆盖层的涂装技术,第二章 覆盖层,2.,石油沥青防腐管工厂预制,在预制厂，在预制厂石油沥青防腐管的生产采用流水作业线，其生产流程见图,2,9,；生产过程的 技术指标见表,2,18,。,第二节 覆盖层的涂装技术,第二章 覆盖层,3.,石油沥青防腐层,现场补口、补伤,施工,（,1,）补口、补伤施工的一般要求。,表面预处理。,材料。,现场补口和补伤所用的材料，必须与钢管原来的防腐层材料相容。,补伤。,补伤时必须小心地从钢管的防腐层缺陷处除去足够面积的防腐层，保留的部分应完好且与钢管粘结牢固。,管道防腐保温补口作业。,应在管道安装严密性试验合格后进行。对施工时的自然环境有如下要求：一般在气温低于,5,及雨、雪、雾、大风天气，又无可靠措施的情况下不能施工；气温低于,15,或相对湿度大于,85,，在未采取可靠措施的情况下也不得施工。冬季施工时应测定沥青的脆化温度，当气温接近脆化温度时，不可进行防腐管的吊装、运输和敷设。,（,2,）石油沥青防腐层的补口与补伤。,沥青热浇涂；,T-,冷涂沥青补口和沥青热烤带补口。,