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无溶剂环氧导静电防腐涂料的研制及性能测试(上),根据国家相关部门对储油罐导静电防腐涂料的新的要求
2019年11月15日    阅读量:2367     新闻来源:中国建材网 cnprofit.com    |  投稿

1 概述

随着我国现代石化工业建设的迅速发展,我国石油石化防腐工业对油品储罐内部导静电防腐及其涂装工艺在“环保、安全、性能和成本”等方面都提出了新的更高的要求。


本文针对溶剂型导静电涂料在油品储罐防腐工程中存在的“溶剂挥发严重污染环境;低闪点的溶剂型导静电涂料在密闭的油品储罐中涂装存在易燃易爆风险;喷砂后粉尘对钢表面造成二次污染、水溶性盐对钢表面的附着清洗以及空气湿度对涂装质量的影响”等一系列难题,展示了一种创新的优龙无溶剂环氧导静电防腐涂料涂层体系和先进环保的超高压水射流表面处理新工艺。


优龙无溶剂环氧导静电涂料以其“生态环保、安全施工、可在100%潮湿带闪锈瞬锈钢表面直接涂装并产生大于10 MPa 的超强附着力”的优异特性,从根本上解决了长期困扰我国石油石化工业油品储罐防腐中环保、安全、长效防腐的技术难题中国建材网cnprofit.com


2 溶剂型导静电涂料与涂装存在的问题

据《中国腐蚀调查报告》介绍,全球每90 s 就有1 t 钢铁腐蚀成铁锈。我国2008 年腐蚀损失接近2 万亿元人民币,其中海洋工程、船舶以及石油石化等行业是腐蚀的重灾户,直接经济损失约占全行业生产总值的6%。国内外专家调查分析,产生如此巨大的腐蚀损失,其主要原因是传统的防腐涂料,其涂层防腐寿命完全取决于理想化的表面处理级别,即Sa2.5~3 级。然而,目前国内普遍使用的严重污染环境的喷干砂的方法是无法达到上述严格的表面处理标准的,由于喷干砂产生的粉尘对钢表面的二次污染、水溶性盐的超标及空气湿度的影响等多种原因,国内绝大多数的防腐工程其表面处理质量均达不到涂装标准要求。据统计,国内有75%以上的重防腐工程都不同程度地产生防腐涂层提前失效的现象,使得重防腐工程有名无实。金属和混凝土的严重腐蚀,给我国经济建设造成巨大的损失。

传统的溶剂型涂料与涂装存在以下问题:

⑴表面处理必须达到Sa2.5 级涂装标准;

⑵金属表面粗糙度必须保证在40 ~ 90 μm 之间;

⑶涂层附着力低,一般只有3 ~ 5 MPa;

⑷喷砂后粉尘飞扬,造成涂装钢表面二次污染,没有好的办法清洁;

⑸空气中水溶性盐等腐蚀介质含量要求小于7μg/m2,又不能用水清洗;

⑹钢表面不能有闪锈、瞬锈和微锈;

⑺不能直接在潮湿的钢表面涂装施工;

⑻有露点限制;

⑼边棱和焊缝涂装困难,是涂层最易损坏的部位;

⑽溶剂的挥发使涂层表面产生针孔;輥輯訜闪点低(23 ℃),密闭环境下施工有易燃易爆的风险。

从上述存在的问题可以看出,国内目前普遍使用的喷砂处理方法和简单的吹吸扫除尘工艺,是不可能实现传统溶剂型涂料要求的表面处理必须达到Sa2.5~ 3 级的涂装标准的。国内外的防腐专家和工程师们都在积极思考并迫切希望解决上述问题。


3 对防腐新需求和发展新趋势的评价

随着我国政府制定并颁布执行“环保、安全、节能减排”等工业经济建设可持续发展战略,以及国际海事组织对中国船舶工业强制执行的“IMO”新的涂装标准,我国防腐工业对防腐涂料与涂装提出了新的需求,这些新需求推动了防腐涂料与涂装的创新趋势。

3.1 新需求

3.1.1 性能

人们在研究涂料的高性能和涂层长效防腐的过程中,往往忽略如上所述的传统溶剂型涂料存在的问题,这些问题恰恰就是导致防腐涂层提前失效的主要原因,所以应从性能上加以改进。

3.1.2 环境

我国政府颁布实施“环保、安全、节能减排”的工业发展战略,制订了一系列新的法律法规和环保强制规定,如限制粉尘排放、减少溶剂挥发和废弃物处理等。为了保护我国的生态环境,造福于子孙后代,环境友好型涂料是研发的主要方向。

3.1.3 成本

防腐工程是由涂料与涂装两个部分组成的,人们往往只关心防腐涂料的价格,却忽视了涂装成本。涂料是半成品,只有经过“涂装”形成涂层才能得到最终成品。我国防腐业有一句俗话:“三分涂料,七分施工”,这足以说明防腐工程施工的困难。据《中国腐蚀调查报告》介绍,涂料与涂装的费用比例如下:海洋工程和船舶为1 ∶ 8;石油化工为1 ∶ 5;一般钢结构为1 ∶ 3。从上述费用比例可以看出,在防腐工程中,涂料的成本占总成本的15% ~ 30%。涂装成本包括表面准备成本、时间成本、环境成本、废物处理成本、安全程序成本等,占总成本的70%~ 85% 。通过提高涂料的各种技术性能指标,可以大大简化表面处理与涂装标准和工序、减少时间成本和环保、安全以及废弃物处理成本,从而可以大幅度降低防腐工程的综合成本。

3.1.4 安全

⑴干喷砂和机械打磨除锈容易产生火花,在易燃易爆环境里进行表面处理(如压载舱、油舱、储油罐等密闭环境),要做安全程序风险评估。

⑵在涂装施工中要考虑低闪点溶剂的挥发会产生积聚爆炸,要做好充分的通风保证措施,确保施工安全万无一失。

⑶基于以人为本,要更多地关注喷干砂粉尘飞扬和在涂装中有害溶剂挥发对操作工人身体健康的影响;尤其是在密闭环境下喷干砂的粉尘对操作工人身体健康会产生严重的伤害。

在我国防腐工业关注“环保、安全、性能、成本”的防腐涂料与涂装发展的新需求中,环保与安全是防腐工业发展的前提条件,综合成本的降低和防腐涂层寿命的提高是防腐业追求的目标。然而,高性能的防腐涂料与涂装技术的创新研究是解决我国防腐工业发展的新需求的关键。


3.2 新趋势

由于油品储罐内防腐涂装是在密闭、通风不良的环境下施工,环保安全的超高压水射流表面处理新工艺的推广应用以及研制可在潮湿带锈钢表面直接涂装、超强附着力和高边棱涂装率等高性能的无溶剂环氧导静电涂料已成为我国石化油品储罐防腐领域发展的新趋势。



3.2.1 超高压水射流表面处理新工艺

使用超高压水射流进行钢结构表面处理有许多优势:工作压力达到250 MPa 以上的超高压水射流装备,其高速射流在喷嘴出口的速度达到3 倍的音速;超高压水射流用来清洗钢板表面的“氧化皮、铁锈、破损的漆膜”所向披靡,在瞬间清洗到金属发白基体;经超高压水处理的金属表面没有喷干砂的粉尘二次污染,表面洁净,水溶性盐等腐蚀性介质含量几乎为零,对环境无污染,降低了安全风险,不会破坏原有的表面粗糙度,涂装区域无需再次糙化。


基于对环保和安全问题的关注,超高压水射流表面处理工艺更能符合正在运行、不能停产的海洋工程、船舶工程及石化工程的防腐涂装需要,这一点已经形成普遍共识。


但是,先进环保的超高压水射流表面处理技术的使用,也随之带来金属表面产生的潮湿、闪锈和瞬锈等不利因素。为了建立可靠的超高压水射流表面处理涂装标准,要对喷砂超过Sa2.5 级的涂层性能和在潮湿有闪锈环境下的涂层性能进行附着力和防腐保护性能的对比。


过去,有大量的关于在严酷的海洋腐蚀环境下,使用超高压水射流表面处理进行海洋工程设施维护防腐的报告,这些防腐工程在高度潮湿环境中施工,却没有在潮湿环境下能够直接涂装施工的涂料,而为了干燥涂装表面,又导致了施工间隔时间延长,在涂装表面最终干燥时经常出现过多的闪锈和大量危险的水溶性盐。


这又需要重新进行喷砂和除盐处理,而这一循环可能永远地重复下去,最终的结果只能是放弃这一涂装工作或者降低涂装标准继续施工。


水溶性盐含量和粉尘二次污染的问题是必须认真对待的,它直接影响到涂层质量和防腐寿命。实际上,在经过超高压水处理后,能够立即达到SC-1 的条件,但在海洋环境条件下,表面上含盐的污染物将很快出现,干燥后风险超过SC2(7 μg/m2 氯化物)。如果可能在无需干燥、只经过喷砂或超高压水清洗后马上涂装,就很容易达到氯化物含量小于3 ~ 4 μg/m2 的水平。


然而,目前我国海洋工程与船舶维修防腐工程的水溶性盐及各种腐蚀介质含量却大大超过200 μg/m2。从上述分析可以看到,超高压水射流表面处理技术的推广使用,必须要研制可以在100%潮湿带闪锈表面直接涂装的高性能涂料。图1 是电子显微镜下干喷砂表面处理的金属表面。


图中下部用线圈起来的是未喷砂前的放大的水溶性盐;上部分用线圈起来的是喷砂后藏在金属坑凹不平处的放大的水溶性盐和残留在金属针孔中的水溶性盐,用喷砂方法是不能把金属针孔和坑凹不平处水溶性盐清除干净的。


图2 表示的是用超高压水清洗后的金属表面,用线圈起来的放大的金属表面针孔清晰可见。超高压水以其3 倍超音速冲击金属表面,无孔不入的超高压水可以把金属针孔和坑凹不平处的水溶性盐彻底清除干净。干喷砂可以解决钢结构表面的粗糙度,但却不能解决水溶性盐在钢表面的超标附着。

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3.2.2 无溶剂环氧导静电涂料

无溶剂环氧导静电涂料是环保的,固体含量100%,无有害气体挥发,施工安全,尤其是涂层经过原油或各种油品浸泡后,其防腐导静电性能非常稳定,这是其它溶剂型导静电涂层无法比拟的。


无溶剂环氧涂层消除了溶剂型涂料在金属针孔中存留的溶剂所引发的涂层缺陷,同时克服了由于溶剂挥发造成漆膜表面产生针孔,破坏了涂层的屏蔽和防水汽渗透等问题。国内外重防腐涂料专家的研究表明,防腐涂料可以在潮湿表面涂装,并且产生的附着力越高,其防腐寿命越长。


众所周知,传统的溶剂型涂料的防腐能力主要依赖于钢表面的粗糙度和清洁度,涂装表面粗糙度和清洁度越好,其涂层的附着力越高。超高压水射流处理的钢表面只有清洁度,没有粗糙度,钢表面还会迅速产生瞬锈和闪锈。在这种情况下,要提高无溶剂环氧导静电涂层的附着力,必须要解决“无溶剂环氧导静电涂料在潮湿带锈表面直接涂装以及漆料与金属基体、氧化铁和水通过化学反应,产生大于10 MPa 以上的涂层附着力”等重大技术问题。


3.2.3 边棱和焊缝保持率

众所周知,腐蚀损坏都是从涂层最薄弱的部位开始的,在任意钢结构防腐工程中,钢板的焊缝和边棱呈现尖角,由于涂层的表面张力,在焊缝和边棱处的涂层厚度与平面涂层相比,往往只有20%左右。


随着焊缝和边棱部位涂层的破坏并露出钢铁,就会产生电化学腐蚀。电化学腐蚀是由于金属与电解质溶液接触时,金属表面各个部分存在一定的电位差所引起的。在潮湿的环境中,钢铁表面会吸附一层薄薄的水膜,这层含有氢离子和氢氧根离子并溶解了氧气等气体的水膜就是电解质溶液,它跟钢铁里的铁和碳形成无数微小的原电池。在这些原电池里,铁是负极,碳是正极,铁失去电子而被氧化成铁锈。


电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。因此,必须高度重视焊缝和边棱的涂装质量。具有增强边缘保持率性能的涂层能够更好地保护焊缝、钢板边棱等区域。这一涂层的优势在于它对压载舱和复杂钢结构的保护尤为重要(如压载舱和桥梁)。


典型的无溶剂环氧涂层,可使用高压无气喷涂在90°的尖角涂装使用,与相接的平面表面涂层厚度相比,固化后边缘的干膜厚度可以达到平面厚度的90%左右。根据美国海军/ NAVSEA 对压载舱涂料的要求(防腐年限20 年)具有良好边棱保持率的涂料的涂覆比率应超过90%(见图3),而普通涂料在边棱和焊缝处涂层厚度仅有20%左右。


使用这一高边棱涂料,简化了涂装程序。对于船舶压载舱,边角修圆在钢结构表面准备涂装标准方面通常是必须遵循的。如果使用边缘保持率性能好的涂层系统,在对性能没有显著影响的情况下,可减少这一成本高昂的操作。通常边缘保持率性能好的无溶剂环氧涂料都具有很高的黏度和低表面张力,这个问题告诉我们在涂装无溶剂环氧涂料时,使用高压无气喷涂设备(68 ∶ 1)可以得到高质量的涂层。

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通过上述对防腐涂料与涂装存在问题的分析得知,满足防腐新需求的发展新趋势包括以下内容:研发高性能无溶剂环氧重防腐涂料体系和先进环保的超高压水射流表面处理新工艺。


这一环保创新的高性能防腐涂料体系应是“无溶剂环氧、超强附着力、适合在潮湿有闪锈表面施工,高边棱保持率、表面处理和施工简单、适用期长、涂层质量好,在超高压水射流处理到WJ2 级的钢表面直接涂装所产生的附着力,要大于喷干砂达到Sa 2.5 ~ 3 级时的附着力”。表1 列出符合防腐创新发展新趋势的高性能无溶剂环氧涂料、超高压水表面处理工艺和边棱焊缝高保持率在性能、环境、成本、安全等方面的优势

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