0引言

對(duì)地下幾千米深的原油或天然氣的開(kāi)采,地質(zhì)情況和腐蝕介質(zhì)的成分非常復(fù)雜,由于高溫(80～150℃)及高壓(>3mpa)熱蒸氣的強(qiáng)力滲透作用,加之原油及污水中的各類(lèi)腐蝕介質(zhì)(如so2-4、no-3、cl-、cn-、ba+、ca+等)和有害細(xì)菌的侵蝕,加速了油氣井下管柱、管道和地上輸油、輸氣管線、容器貯罐的化學(xué)腐蝕和沉積結(jié)垢,不但縮短了開(kāi)采設(shè)備的使用壽命,造成油氣田開(kāi)采成本增高,并且嚴(yán)重影響企業(yè)的正常生產(chǎn)。如何有效解決地下原油開(kāi)采所造成的鋼制管道的腐蝕,成為當(dāng)今世界緩解原油危機(jī)、加速能源工業(yè)發(fā)展的難題。

為攻克這一難題,各國(guó)都在努力研究各種解決辦法。例如,含鈦聚合物涂料、金屬熱噴涂熱浸鍍、合金滲鍍表面處理、合金化納米復(fù)合涂層等技術(shù)的應(yīng)用,對(duì)油氣田開(kāi)采用管道設(shè)施和生產(chǎn)貯運(yùn)設(shè)備的保護(hù),均起到了積極有效的作用,延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命,降低了生產(chǎn)維修成本,提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,有力地促進(jìn)了石油工業(yè)的蓬勃發(fā)展。

本研究采用納米復(fù)合改性高聚物技術(shù)制備納米瓷膜特種涂料,在油田采油管道防腐蝕試驗(yàn)中獲得成功的應(yīng)用,有效防止了高溫高壓水蒸汽的強(qiáng)滲透腐蝕,涂層在惡劣環(huán)境條件下耐各種化學(xué)介質(zhì)的腐蝕、高壓氣體和泥砂石流的沖刷磨蝕,防止各種雜質(zhì)粒子的沉積結(jié)垢現(xiàn)象,起到了提高原油、天然氣采輸管道的使用壽命和效率,達(dá)到了降低成本提高效益的目的。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1原料

基體樹(shù)脂[1]:納米雜化聚芳醚酮預(yù)聚樹(shù)脂:自制;功能樹(shù)脂:jn9803樹(shù)脂,常州嘉諾有機(jī)硅材料公司;a325交聯(lián)樹(shù)脂、a303交聯(lián)樹(shù)脂:首諾公司;功能顏料:y908復(fù)合防銹顏料等,國(guó)產(chǎn);顏料:色素炭黑,市售;涂料助劑:市售;hg9561(底面合一型)油田管道用納米改性高聚物瓷膜涂料:自制;x-2000靜電專用稀釋劑:自制。

1.2儀器設(shè)備

標(biāo)準(zhǔn)試棒、試板;氣壓噴槍;高壓無(wú)氣噴涂機(jī);隧道式烘房;恒溫烤箱;麥考特漆膜測(cè)厚儀;劃格器;不干膠帶;中華牌鉛筆(硬度h～6h);沖擊儀;漆膜磨耗儀;鹽霧試驗(yàn)箱;自配模擬腐蝕介質(zhì)(化學(xué)試劑);自制密閉式耐高壓不銹鋼蒸煮缸。

1.3試驗(yàn)條件

1.3.1試棒制備與測(cè)試

將涂料用專用稀釋劑調(diào)整黏度至50～60s(涂-4杯),將試棒浸涂一道,吊掛在恒溫烤箱中,升溫至180～200℃烤干;再浸涂一道烤干后直接升溫至250℃固化30min。測(cè)試涂層厚度應(yīng)≥100μm,放入加有自來(lái)水的耐高壓不銹鋼蒸煮缸內(nèi)(加水量為缸容積的三分之一),旋緊缸蓋密封后放入恒溫箱,150℃保溫24h,減壓開(kāi)蓋檢驗(yàn)。

1.3.2試板制備

噴板檢測(cè),兩道噴涂后要求干膜厚度達(dá)到≥100μm,按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)理化項(xiàng)目。

1.4涂料配制工藝

1.4.1配方設(shè)計(jì)

配方設(shè)計(jì)如表1所示,表中所用原料均為質(zhì)量份。

表1納米改性瓷膜涂料配方設(shè)計(jì)

*:底面合一型涂料,干燥條件:250℃,15～30min,適于流水線涂裝。

1.4.2制備工藝

先稱取配方量三分之二的溶劑,然后加入一半配方量的樹(shù)脂,加入分散劑、防沉劑等助劑,混合均勻后,加入顏填料,上分散機(jī)高速分散20～30min,移至三輥機(jī)或砂磨機(jī)研磨至要求細(xì)度,用配方中剩余的樹(shù)脂和溶劑調(diào)整至要求黏度,待檢測(cè)用。

2結(jié)果與討論

2.1基體樹(shù)脂的選擇

基體樹(shù)脂關(guān)系到涂料成膜后涂層性能的優(yōu)劣,是項(xiàng)目成敗的主要因素。本研究之所以選擇原本應(yīng)用于航天航空工業(yè)領(lǐng)域的高強(qiáng)度、高性能、耐高溫、耐腐蝕的聚合物新材料,目的是為了將這些新技術(shù)及成果迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力,從高尖端的科技領(lǐng)域推廣到石油、化工、冶金、能源、制造,乃至民用等工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用中,以便解決結(jié)構(gòu)性腐蝕的老大難問(wèn)題。本研究采用自制的納米氧化鋁改性聚芳醚酮雜化聚合物作為基體樹(shù)脂,通過(guò)配方設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),開(kāi)發(fā)出石油氣田采輸管道防腐蝕專用納米改性瓷膜特種涂料,并且與目前應(yīng)用于油氣田采輸管道的幾種優(yōu)秀防腐蝕涂料進(jìn)行了性能試驗(yàn)比較,從而證明了本研究成果的可行性。

2.2涂料性能檢驗(yàn)

石油氣田采輸管道防腐蝕專用納米改性瓷膜特種涂料的檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表 2 　納米改性瓷膜涂料的綜合性能

*:為底面漆復(fù)合涂層配套后的檢測(cè)結(jié)果;底面合一漆同面漆檢驗(yàn)。

2.3涂層性能對(duì)比試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)本涂料涂層性能,我們?nèi)∮吞锬壳八褂玫墓艿婪栏?font color="blue">涂料和適用于管道防腐的幾種涂料作測(cè)試比較,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3幾種適用于油田管道防腐蝕涂料的性能比較

注:以上涂料性能均為復(fù)合涂層測(cè)試,使用同一底漆(即環(huán)氧改性有機(jī)硅富鋅底漆)。①②為自制產(chǎn)品;③為參照配方[2]仿制產(chǎn)品;④為某公司

產(chǎn)品。●—優(yōu)異;◎—良好;○—一般。

從試驗(yàn)結(jié)果分析,自然干燥的有機(jī)鈦涂料、聚脲彈性體涂料在熱氧老化性試驗(yàn)中,拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度不降而升,而斷裂伸長(zhǎng)率下降的原因,可能是在高溫環(huán)境下促進(jìn)了涂層的熟化過(guò)程,使固化程度更加完全,導(dǎo)致剛性增強(qiáng)、彈性減低的緣故。只有納米改性瓷膜涂料能通過(guò)了150℃,30mpa的耐高溫高壓熱蒸氣穿透性模擬試驗(yàn)。

2.4涂裝方法與施工性

2.4.1涂裝方法

高壓無(wú)氣噴涂:多道涂裝2～3道,采用“濕碰濕”原廠漆黏度(涂-4杯,80～100s)噴涂,涂裝間隔10～15min,25～30℃環(huán)境下閃干,濕膜厚度不小于200～250μm,一次烘干成膜,干膜厚可達(dá)到150～200μm。本法適合于隧道梯式溫度烘房流水線作業(yè)。

吊掛浸涂法:暫無(wú)流水生產(chǎn)線的企業(yè)可采用浸漆槽吊掛式浸涂和“面包爐”(間歇式烤漆房)方法施工。浸涂施工黏度可控制在60～80s,一道濕膜厚度可達(dá)200μm以上,常溫閃干30min后,即可入爐烘干。浸涂的優(yōu)點(diǎn)是一次性作業(yè),內(nèi)外一起涂裝,省時(shí)省力,缺點(diǎn)是對(duì)稀釋劑有嚴(yán)格要求,若調(diào)整不好,烘干過(guò)程容易起泡,出現(xiàn)針孔等漆病。

2.4.2成膜條件

本產(chǎn)品為熱塑-熱固混合型涂料,經(jīng)試驗(yàn)表明,固化溫度低于200℃時(shí)雖然可以干燥,但難于形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的涂膜。最佳固化溫度為220～250℃。固化溫度與烘干時(shí)間呈反比關(guān)系。

2.4.3層間影響

納米改性瓷膜漆由于具有低表面能不粘附特性,故每道固化后的漆膜層間結(jié)合不是很好。為了提高漆膜的層間附著力,通過(guò)試驗(yàn),選擇“濕碰濕”的涂裝方法,可以使?jié)衲娱g融合為一體,固化后的涂層不存在層間剝離現(xiàn)象。這是解決層間剝離的最有效途徑。

2.4.4稀釋劑

“濕碰濕”涂裝惟一值得注意的是選擇適當(dāng)?shù)南♂寗?span lang=en-us>,否則,在烘干過(guò)程容易發(fā)生起泡、針孔等現(xiàn)象。反復(fù)試驗(yàn)后,確定使用溶解力比較強(qiáng)的高沸點(diǎn)溶劑,如環(huán)己酮、異氟爾酮、n-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺等,完全可以消除。

3經(jīng)濟(jì)分析

用納米氧化鋁改性聚芳醚酮雜化聚合物配制的瓷膜涂料,其優(yōu)越的性價(jià)比展示了它的市場(chǎng)前景。

性價(jià)比指數(shù)表示如下:

性價(jià)比指數(shù)越低,經(jīng)濟(jì)受益越好,產(chǎn)品就有生命力。通過(guò)考核計(jì)算,納米改性瓷膜漆m=0.37;有機(jī)鈦涂料m=0.44;聚脲彈性體涂料m=0.58;納米改性環(huán)氧防腐漆m=0.60。從中可以預(yù)測(cè)出納米改性瓷膜涂料應(yīng)用市場(chǎng)的樂(lè)觀前景。

4結(jié)語(yǔ)

引入納米復(fù)合技術(shù),開(kāi)發(fā)適用于石油氣田采輸管道防腐蝕專用納米改性瓷膜特種涂料,滿足地下深層石油管道的防腐蝕要求,經(jīng)濟(jì)分析表明,納米改性瓷膜涂料應(yīng)用市場(chǎng)較好。