石油儲罐用防腐蝕涂料與涂裝

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0 引言
       隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，石油及石油制品日益成為主要的能源和化工原料。石油從原油開采、運輸、貯存到加工都需要使用大量的儲罐。
       近幾年，隨著儲罐建設工程的開展，儲罐防腐新技術也得到了應用和發(fā)展，如儲罐底板的陰極保護技術，儲罐外壁的熱噴鋅、鋁技術等，但涂料涂裝防護仍然是儲罐防護的一種重要手段，并隨著技術的進步而不斷地發(fā)展。
       石油儲罐的腐蝕環(huán)境大體分 3 類，即土壤腐蝕、大氣腐蝕與油品腐蝕。土壤腐蝕主要發(fā)生在儲罐底板下表面與基礎面接觸的一面；大氣腐蝕發(fā)生在大氣環(huán)境下的金屬表面，如儲罐外壁、儲罐頂外表面等；儲罐內(nèi)部的腐蝕環(huán)境則是油品的腐蝕。因為腐蝕環(huán)境不同，因而儲罐不同部位所用的涂料類型、涂料技術要求也不同。
1.1 儲罐內(nèi)壁的腐蝕環(huán)境及其技術要求
       儲罐內(nèi)壁涂料主要根據(jù)貯存介質(zhì)、儲罐類型、溫度和壓力等進行選用。儲罐內(nèi)壁涂料首先要求有很好的防腐蝕性和良好的耐溶劑性。為了保證油品質(zhì)量，涂層在原油、汽油、航空煤油及烴類溶劑等介質(zhì)中長期浸泡，漆膜應無變化、不起泡、不溶脹、不剝離、不污染油品。另外，液體石油產(chǎn)品在流動、過濾、混合、攪拌、加注、抽提等狀況下，會因摩擦而產(chǎn)生靜電荷，當產(chǎn)生靜電荷速度大于其導出速度時，就會形成靜電荷的積聚，使電壓不斷升高，并產(chǎn)生尖端放電。當放電場中可燃油品蒸汽與空氣的混合物達到爆炸極限時，隨時可能發(fā)生靜電起火、爆炸危害。因此，儲罐內(nèi)壁涂料在耐腐蝕的同時還必須導靜電，以保證油罐的安全使用。
原油儲罐內(nèi)壁腐蝕環(huán)境與腐蝕特征及其技術要求見表1。        儲罐外壁受到的主要是大氣腐蝕，它是因大氣中的水分、氧氣、沿海鹽霧、化工氣體等腐蝕性物質(zhì)而造成的腐蝕，以及紫外線引起的涂層老化破壞等。儲罐底板和邊緣板的腐蝕：儲罐底板由于毛細作用，地下水上升，長期處于潮濕的環(huán)境，而且由于底板焊接，焊縫附近的防腐蝕涂層遭到破壞，該處腐蝕格外嚴重；儲罐底外部埋于地下，處于潮濕環(huán)境中，受土壤中水分和微生物腐蝕。
儲罐外壁的腐蝕環(huán)境及其技術要求見表2。 對于儲罐底部埋地部位和罐區(qū)各種埋地管線外壁涂料，要求具有較強抗潮濕及耐土壤腐蝕性能。底漆主要采用導電的富鋅底漆（環(huán)氧富鋅底漆和無機富鋅底漆）或不含鋅粉的導電底漆；中涂漆主要有云母氧化鐵中涂漆；面漆主要有以炭系導電填料（導電炭黑和石墨等）組成的深色導電涂料，以導電云母、導電氧化鋅等組成的淺色改性環(huán)氧類非炭系導靜電涂料；面漆采用環(huán)氧玻璃鱗片涂料。
罐底內(nèi)表面：由于罐底區(qū)域（通常為罐底至罐底以上1.8 m）會沉積油品中的水等腐蝕介質(zhì)，是腐蝕情況最嚴重的部位，應加強涂層防護，可通過增加底漆或中間漆涂膜厚度的方法，以保證防腐效果。石油儲罐涂料體系配套方案見表3�？筛鶕�(jù)不同的腐蝕環(huán)境來設計涂層的使用壽命，通過規(guī)定金屬的表面處理狀態(tài)、涂裝結(jié)構(gòu)、噴涂道數(shù)、涂層厚度、選用質(zhì)量合格的防腐涂料，嚴格施工管理等幾個方面來保證設計壽命。 3.1 富鋅底漆
       富鋅底漆是重防腐涂料體系中的重要防銹底漆。富鋅底漆的主要防銹機理是漆膜中含有大量鋅粉，其標準電極電位（-0.76 V）比鋼鐵的標準電極電位（-0.44 V）低，在使用過程中，鋅粉可以起到犧牲陽極作用來保護鋼材。當涂膜受到侵蝕時，鋅粉作為陽極先受到腐蝕，而基材鋼鐵為陰極，受到保護；鋅在腐蝕介質(zhì)中起化學反應，生成一層不溶性氫氧化鋅以及堿式碳酸鋅，填充涂膜的空隙，使涂膜緊密地結(jié)合，從而延緩腐蝕，達到防銹目的。
       富鋅底漆主要分溶劑型和水性無機富鋅底漆兩類。溶劑型環(huán)氧富鋅底漆是以鋅粉（鋅粉含量占70%以上）為防銹顏料，環(huán)氧樹脂為基料，聚酰胺樹脂或胺加成物為固化劑，加以適當?shù)幕旌先軇┡渲贫�成，形成連續(xù)致密的涂層，漆膜堅固，機械強度高，屏蔽效果好。水性無機富鋅底漆是以正硅酸鹽為成膜物，金屬鋅（鋅粉含量占85% 以上）為防銹顏料的重防腐涂料，具有良好的環(huán)保特性、附著力、耐候性、耐磨性等性能。水性無機富鋅底漆中的硅酸鹽在與鋅粉反應同時，還會與金屬鐵反應形成很強的化學鍵結(jié)合（硅酸鋅鐵絡合物），附著力好，從而可抵抗水、海水、有機物、氯化物的侵蝕，且自干速度快，2 h 內(nèi)可涂面漆。水性無機富鋅底漆的耐腐蝕性遠優(yōu)于溶劑型環(huán)氧富鋅底漆，它在海洋大氣條件下使用壽命至少為25 a。水性無機富鋅底漆推薦膜厚小于50 μm，若一次噴涂太厚，漆膜會出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象。
       溶劑型環(huán)氧富鋅底漆的施工性較好，對底材的表面處理要求較低，要求表面清潔度達到Sa 2.5 級，個別部位只需手動處理達到St 3 級，粗糙度為40~60 μm ；水性無機富鋅底漆要求鋼結(jié)構(gòu)表面清潔度達到Sa 2.5級，粗糙度為40~80 μm。目前溶劑型環(huán)氧富鋅底漆和水性無機富鋅底漆在石油儲罐的涂裝中都有大量的應用。
3.2 環(huán)氧玻璃鱗片底（面）漆
       環(huán)氧玻璃鱗片底（面）漆是目前世界公認的長效重防腐涂料，以耐蝕樹脂為主要成膜物質(zhì)，薄片狀的玻璃鱗片為骨架形成高固體分涂料。玻璃鱗片通常為鈉堿玻璃類，主要成分為SiO2、Na2O、CaO 等。玻璃鱗片厚度一般為2~5 μm，片徑長度為100~300 μm。由于涂層中的玻璃鱗片上下交錯排列，使涂層形成獨特的“迷宮”式屏蔽結(jié)構(gòu)。在1 mm 干膜中玻璃鱗片可交錯排列100 層，使外界腐蝕介質(zhì)滲透至金屬基體表面的路徑變得曲曲折折，有效延長了滲透時間，大大提高了涂層的抗?jié)B透性與防護壽命。該涂料具有優(yōu)良的抗介質(zhì)滲透性、耐磨性、附著力和良好的施工性能；硬化時體積收縮率低，熱膨脹系數(shù)小，性能十分優(yōu)越，化學性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸、堿、石油溶劑、各類鹽和水的侵蝕，其耐腐蝕性優(yōu)于同類樹脂制成的玻璃鋼，應用于石油儲罐內(nèi)壁水相部分（儲罐底板以上1.8 m）；配套涂料體系為H06-X 環(huán)氧富鋅底漆2 道，環(huán)氧玻璃鱗片面漆4~5 道，總干膜厚度為460 μm。
3.3 環(huán)氧云鐵中涂漆
       中涂漆的主要功能是增加漆膜厚度，在防腐蝕涂料體系中起到承上啟下的作用，使各涂層之間良好黏結(jié)，形成一個整體防護體系。石油儲罐鋼結(jié)構(gòu)防腐一般選用環(huán)氧云鐵中涂漆。云母氧化鐵是一種化學性質(zhì)穩(wěn)定的黑紫色薄片狀結(jié)晶粉末，它用作防銹顏料，在涂膜中形成定向排列的平行疊片層，使涂層具有優(yōu)良的屏蔽性，能滯緩水汽及酸、堿、鹽等腐蝕物質(zhì)的滲透和對溫度變化形成抵抗力，防止附著力下降、起泡、收縮等缺陷，保持漆膜的完整性，減緩大氣對漆膜的影響。云母氧化鐵顏料還具備反射紫外線的性能，大大降低了紫外線對漆膜的破壞作用，防護時間可達10 a 以上。
3.4 脂肪族丙烯酸聚氨酯面漆
       脂肪族丙烯酸聚氨酯面漆漆膜硬度高，堅韌耐磨，機械強度好，對鋼鐵、鋁、鋅等具有良好的附著力，漆膜不易泛黃，保光保色性好，具有優(yōu)異的耐候性和三防性能，廣泛地應用于鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝中，也是石油儲罐外壁最常用的面漆品種。目前應用最多的配套涂料體系是環(huán)氧富鋅底漆1 道/ 環(huán)氧云鐵中涂漆1~2 道/ 脂肪族丙烯酸聚氨酯面漆2 道，總干膜厚度為240~320 μm。
3.5 防靜電涂料
      雖然防靜電技術措施很多，比如提高石油產(chǎn)品的精煉純度，在油品中加入適量的導靜電添加劑，改進裝油方式和接地方式等。但是，在儲罐內(nèi)壁涂覆導靜電涂料是近年來受到重視并大力推廣的方法。導靜電涂料通常由基料、填料、溶劑及助劑組成，其中至少有一種組分具有導電性能，以保證形成的涂層為導體或半導體，即涂層的體積電阻率<1010Ω·m，表面電阻率在105~109Ω 范圍內(nèi)的一種涂料，用以消除靜電災害及由此導致的各類關聯(lián)性生產(chǎn)障礙。
4 結(jié)語
       防腐涂料與涂裝對保證儲罐長期安全、穩(wěn)定運行非常重要，根據(jù)儲罐的具體使用條件，清楚地認識和分析腐蝕環(huán)境，科學選用涂料和配套涂料體系，嚴格施工管理，精心施工，可以保證儲罐較長使用壽命，取得滿意的防護效果。