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無溶劑環氧涂料在儲罐與管道防腐涂裝的應用

作者:廊坊森卓化工有限公司 來源:本站 發表時間:2018-07-13 07:27:43 查看:
無溶劑環氧涂料在儲罐與管道防腐涂裝的應用



介紹了無溶劑環氧涂料的主要組成、性能特點、施工方式及其在石化行業儲罐及管道防腐涂裝工程中的應用前景。
關健詞:無溶劑;環氧;涂料;防腐涂裝;儲罐與管道
 
1無溶劑環氧涂料的組成                           
無溶劑環氧涂料是采用低粘度環氧樹脂、顏填料、助劑等經高速分散和研磨而制成漆料,以低粘度改性胺作為固化劑而組成的雙組份反應固化型防腐涂料。
無溶劑環氧涂料的主要組成如下表:
組份
主要原材料
說明
漆料組份
低分子量低粘度環氧樹脂
雙酚A或雙酚F環氧樹脂,分子量越低越易制得低粘度的無溶劑環氧涂料。
反應型活性稀釋劑
一些低粘度環氧化合物,參與成膜反應;
活性稀釋劑的添加雖然可以降低無溶劑環氧涂料的粘度而便于施工,但會導致交聯密度降低而降低涂層的性能
用于調配所需的顏色,用于無溶劑環氧涂料的著色顏料應考慮對其所接觸的介質的穩定性。
功能性顏填料

不使用活性稀釋劑的無溶劑環氧涂料粘度很高,而只能采用雙管進料加熱無空氣噴涂方式施工。
著色顏料
一些吸油量低的顏填料特別適合用于無溶劑環氧體系。如采用石英粉為主要填料制成無溶劑環氧石英漆,加入片狀玻璃鱗片可增加涂層的抗滲透性和機械性能,加入金屬氧化物系導電介質可制成用于可燃液體儲罐內壁的無溶劑環氧導靜電涂料。
功能助劑
包括防沉劑、消泡劑、分散劑、流平劑、偶聯劑及其它一些具有特殊功能的助劑。
固化劑組份
低粘度胺類固化劑
固化劑的粘度影響混合后無溶劑環氧涂料的粘度和施工性能;
固化劑的凝膠時間(反應活性)決定了無溶劑環氧涂料的操作期(Pot Life)和干燥時間;
一些特種固化劑還能賦予涂層特殊性能。
目前世界各大知名防腐涂料制造商均推出了自已的無溶劑環氧涂料產品,具有代表性的品種如杜邦Permacor 2807/HS-A灰色無溶劑熱噴涂導電環氧儲罐漆,采用雙進料熱噴涂施工,單道膜厚最高可達2500μm;Permacor 128/A黑色無溶劑導電環氧儲罐漆和Permacor 128/P無溶劑環氧(絕緣)儲罐漆可采用輥刷及無空氣噴涂施工。葡萄牙EURONAVY公司出推出了了ES系列無溶劑環氧涂料,其中ES301無溶劑耐潮濕型環氧涂料可帶濕、帶閃銹瞬銹涂裝,對干、濕表面都具有卓越的附著力。其它還有IP公司Interline925無溶劑型環氧儲罐/液艙漆、式瑪卡龍7753無溶劑環氧導靜電漆、佐敦JOTACOTE 412脂肪族胺固化無溶劑環氧漆等等。
2無溶劑環氧涂料的特性
無溶劑環氧涂料與溶劑型環氧涂料產品的最大區別,在于涂料制造及施工應用過程中不需采用揮發性有機溶劑作為分散介質,低粘度的胺固化劑、液態的環氧樹脂經交聯反應固化而形成的涂層具有非同一般的特性。
2.1施工安全和環保節能
由于普通溶劑型環氧漆含有超過30%以上的可揮發性有機溶劑,即使是高固體份的環氧漆,可揮發的有機物含量(VOC)也有10%以上。這些有機溶劑在涂裝和干燥過程中揮發,與空氣混合可形成了爆炸性混合氣體。一些密閉場所(如儲罐內壁等)進行涂裝施工作業時,必須進行強制大量通風,安全管理部門需定期測量施工過程中罐內壁的氧氣含量和可燃氣體濃度,氧含量在18%以上,可燃氣體濃度低于爆炸下限10%方可進行涂裝作業,這樣方能避免獨山子儲油罐爆炸類似事件的發生①。而使用無溶劑環氧漆由于揮發性溶劑極少,對通風量的要求大大降低。
另外,有機溶劑多數是有毒有害物質,對人體均有不同的毒害作用,為了保證施工人員的身體健康,必須限制其在空氣中的含量。在涂料中有機溶劑含量越高,需要補充新鮮空氣的量也越多,即要求通風量越大,使用無溶劑環氧漆就意味著可以減少這部分通風量。
     必須強調的是使用無溶劑環氧涂料最突出的優點,能夠減少有機溶劑揮發對空氣的污染。當前世界各國對環境的要求越來越高,尤其是一些發達國家,對涂料中的揮發性有機化合物的含量(VOC)均給予了限制,對揮發性有機化合物的排放也給予了限制。我國作為一個發展中國家,為了趕超世界先進水平,走可持續發展的道路,避免少走先污染后治理的彎路,越來越重視環境保護。因此嚴格限制涂料中的VOC,以至最大程度的減少對環境的破壞,達到零排放將是今后的方向。在重防腐涂料中,涂料的無溶劑化、水性化都將是未來的發展方向,而無溶劑環氧涂料在當前條件下更具有實用性。
2.2優異的物理機械性能
由于環氧樹脂分子結構中含有大量的羥基和醚基等極性基團,加之在固化過程中活潑的環氧基能與界面金屬原子反應形成極為牢固的化學鍵,這保證了涂層與基材的優異附著力,特別值得一提的是無溶劑環氧防腐涂層具有極佳的濕附著力,這保證了涂層在液態介質腐蝕環境下優異的耐久性。
無溶劑環氧涂料在交聯固化后能夠形成類似瓷釉一樣的光潔涂層,由于交聯密度高和分子鏈中的苯環結構,使涂層堅硬且柔韌性好、耐磨性優、抗劃傷性好、耐撞擊性優。
無溶劑環氧涂料在反應固化過程中收縮率極低,具有一次性成膜較厚、邊緣覆蓋性好、內應力較小,不易產生裂紋等特點。

2.4優異的防腐性能
無溶劑環氧涂料由于不含揮發性有機溶劑,在干燥成膜過程中不會形成因溶劑揮發留下的孔隙,且成膜厚,涂膜致密性極佳,能有效抵擋水、氧等腐蝕性介質透過涂層而腐蝕鋼材。
2.3優異的耐化學品性
高度交聯的無溶劑環氧防腐涂層具有優異的耐化學品性,能耐海水、中度的酸、堿、鹽、各種油品、脂肪烴等化學品的長期浸泡。
2.5經濟性

目前無溶劑環氧涂料的單價雖然略高于溶劑型環氧涂料,但衡量防腐涂料的經濟性不能只憑單價,無溶劑環氧涂料的固體份近100%,在達到相同的涂膜厚度的情況下,所需要的涂料量比采用溶劑型環氧涂料要少;另外,由于無溶劑環氧涂料一道可達高膜厚,可減少施工道數,從而降低涂裝施工費用。
附:典型的無溶劑環氧防腐涂層的主要性能指標見下表:
項目
性能指標
檢驗方法
無溶劑環氧導靜電油罐漆
無溶劑環氧涂料
漆膜顏色和外觀
灰色,漆膜平整光滑
各色,漆膜平整光滑

3.1管道防腐
埋地管道外壁常用防腐層有煤焦油瓷漆涂層、環氧煤瀝青防腐涂料+玻璃纖維布復合涂層、3PE防腐層、熔結環氧防腐粉末涂層等,采用無溶劑環氧涂料的優勢在于可現場施工、修補方便,而又避免了煤焦油瓷漆涂層和環氧煤瀝青防腐涂料那樣在施工時產生健康危害和涂層對地下水的污染。
中國石油天燃氣管道局企業標準QCNPC-GD-0291-2006《埋地鋼質管道無溶劑液體環氧防腐層技術規范》規定了適用于輸送原油、成品油、天燃氣和水的埋地鋼質管道外壁用無溶劑液體環氧防腐層的最低要求,包括涂料性能、涂層技術指標、表面處理及施工質量控制要求等等,鋼質儲罐、輪船、鋼結構采用無溶劑環氧涂料時,也可參照該標準。
該標準根據不同腐蝕環境對防腐層的要求,將無溶劑環氧防腐層分為普通級和加強級,其中普通級干膜厚度≥400μm,加強級≥550μm。
   中國石油天燃氣行業標準SY/T0457-2000《鋼質管道液體環氧涂料內防腐層技術標準》規定了應用于鋼管內防腐的無溶劑液體環氧涂料的技術指標、涂層性能、涂敷工藝、質量檢驗、涂層修復、現場補口等。連云港堿廠原料調整項目淮安采輸鹵工程175KL輸鹵管線內壁采用了無溶劑環氧涂料,采用離心噴涂工藝一次涂裝達到300μm干膜厚②。
無溶劑環氧涂料用于管道補口,施工十分方便快捷,但冬季低溫時不便采用。
 
3無溶劑環氧涂料在石化行業的應用推薦
目前,我國石化工業發展正處于高峰期。從原油運輸、儲存中轉、管道運輸、煉油生產到成品油的儲存,都需要建設大量儲罐、鋪設大量管道,這些儲罐和管道如采用無溶劑環氧涂料,和傳統的溶劑型防腐涂料相比,具有厚涂性好、防腐性佳、施工安全等優勢,符合“高效、經濟、環保、安全、節能”原則,具有十分廣闊的應用前景。

3.2儲罐內壁
儲罐內壁的防腐涂裝通常都在安裝完畢,試壓結束,表面噴砂處理后進行,涂裝環境比較密閉,自然通風條件很差,而采用不含VOC的無溶劑環氧涂料則可以降低通風量要求,消除爆炸危險。
據杜邦公司宣傳資料顯示,其產品Permacor2807HS/A灰色無溶劑熱噴涂導靜電環氧貯罐漆1981年用于德國北部某煉油廠5052號原油罐罐底板上表面和1米以下罐內壁,采用雙進料加熱噴涂設備噴涂一道,平均干膜厚度753μm,經21年使用后漆膜仍然完好,預計還可使用10年。
中海殼牌新設施涂料與涂裝技術規范《DEP 30.48.00.31 CSPC:CNOOC AND SHELL PETROCHEMICALSCOMPLEX PROJECT -TECHNICAL SPECIFICATION-PAINTING AND COATING OF NEW EQUIPMENT》推薦在原油和和工業水儲罐內壁采用不低于500μm的胺固化無溶劑環氧涂層③。
目前國內一些大型儲罐項目亦設計采用了無溶劑環氧涂料。如大慶南山油庫2007年新建的1臺10萬m3和2臺15萬m3原油儲罐、罐底板上表面及2米以下罐內壁(包括罐內附件)設計采用了無溶劑環氧防腐底漆200μm+無溶劑環氧玻璃鱗片涂料200μm的防腐涂層配合犧牲陽極保護的防腐方案;中國石化股份有限公司白沙灣油庫二期工程4臺15萬m3雙浮頂原油儲罐罐底板上表面及0.6米以下罐內壁(包括罐內附件)設計采用了環氧底漆50μm+無溶劑環氧防腐面漆2X150μm的防腐涂層配合犧牲陽極保護的防腐方案;黃島國家戰略儲備庫10萬m3原油儲罐罐底板上表面及0.6米以下罐內壁推薦采用環氧底漆50μm+無溶劑環氧漆300μm(1-3道)的防腐涂層配合犧牲陽極保護的防腐方案。
4 無溶劑環氧涂料的施工
由于使用的無溶劑涂料是一種不含溶劑的環氧涂料,漆固體份含量高達98%以上,與溶劑型環氧涂料相比,在施工性能方面亦有一定差異,其最大的差異在于粘度的增大與操作期的縮短。
無溶劑環氧涂料的粘度較高,這對噴涂設備提高了較高的要求。以往產品使用的傳統有空氣噴涂工藝及老的無空氣噴漆泵,根本不能將此涂料正常噴出,所以需添置壓力比更高的新型無空氣噴漆泵。但在施工過程中,由于它不含溶劑,其干燥、固化過程中不是靠溶劑的揮發,而完全依賴于自身的固化反應,其反應過程較快,且受溫度影響較大,因此,雙組份混合后具有較短的使用期。雖然涂料的使用期可以通過配方中固化劑的選用而進行調整(一般可調整范圍為25℃—5-120 分鐘),但相對于傳統溶劑型環氧漆2—8小時的操作期,仍然是大大縮短了,而且涂料的操作期越長,所需的干燥時間亦越長,這就增加了施工的難度。為解決這一難題,應注意采取以下措施:
①. 無溶劑環氧涂料選購時應注意所具備的施工條件,施工條件包括現場可行的施工方式(雙進料熱噴涂、單進料無氣噴涂、輥刷等)和施工環境溫度,根據施工條件選擇合適的無溶劑環氧涂料品種或要求涂料廠家調整其施工性能以滿足現場施工條件要求。通常在低于10℃時不適宜選用無溶劑環氧涂料;20℃以下時,建議選用冬用型無溶劑環氧涂料;20℃以上時,選用夏用型無溶劑型環氧涂料,這有利于獲得適宜的操作期和涂膜干燥時間。
②. 涂料配制時必須考慮在使用期內的施工能力,在這段時間內能用完多少就配多少,以免配料太多來不及用而導致凝膠浪費。
③. 如采用單管進料的高壓無空氣噴涂方式施工,宜選用壓力比大的無空氣噴泵,適當的噴嘴管長度,提高總輸出流體壓力以保證順利進料和霧化良好,選用合適口徑和流量的噴嘴以保證能在操作期內用完所混合好的涂料。另外,冬季施工由于溫度較低,油漆的粘度大大增加,按以往的經驗是用增加稀釋劑的方法來降低粘度,但在使用無溶劑環氧時,如果僅依靠這種方法將失去使用無溶劑環氧的意義。因此在使用過程中盡量將油漆存放在室內或適當預熱,使涂料本身的溫度不低于15℃,以提高涂料的溫度來降低粘度,達到能噴涂的要求,并且適當的提高涂料泵的壓力,盡量縮短噴漆皮管的長度,以使涂料能正常的噴涂。
④. 采用帶加熱裝置的雙管進料高壓無空氣噴涂裝置進行施工是最佳方式,如美國GRACO公司Xtreme Mix & XTR產品及重慶長江涂裝機械廠SZD2電子配比雙組份噴涂機,這種裝置的特點是:a、對于高粘度的無溶劑環氧涂料可預先對甲乙組份分別進行預熱,再粘稠的無溶劑環氧涂料如預熱到40-70℃即可獲得較低的粘度以適合進料和霧化。b、由于涂料甲乙組份分別進料,按比例在混合腔中混合后很快噴涂出去,這就解決了因無溶劑環氧漆預先混合后的操作使用期(Pot Life)太短而造成的施工難題,而且可以施工快干型無溶劑環氧涂料,達到2小時內實干,12小時內完全固化,單道膜厚甚至可達到2500μm。
同樣,無溶劑環氧涂料粘度的提高對于輥刷施工來說,油漆工人可能感覺比較費力,可能會降低效率,在低溫時因粘度太高甚至無法進行輥刷,且對于平面來說容易超出設計厚度,對于立面則要防止出現流掛現象,宜采用硬的刷子或短毛輥筒用力,盡量不要涂得太厚,單道涂膜通常可控制在150-300 微米范圍內,以防止流掛現象發生。
有些特別粘稠的無溶劑環氧漆,在小面積修補施工時,如管道補口,可采用刮涂的方式,單道刮涂施工可達500μm,通過選用快速反應固化劑,可達到2小時實干。
5 結語
     無溶劑環氧防腐涂料在制造及施工應用過程中不需采用揮發性有機溶劑作為分散介質,具有安全、環保、高效、經濟、節能等優點,如果了解了其施工性能,配備了相應的施工條件,解決施工過程中的一些難題,則可以在儲罐和管道防腐涂裝中發揮極大作用
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