Professionele en uitgebreide analyse van corrosiewerende coatings voor stalen buizen

Stalen buizen worden veel gebruikt in kerngebieden zoals olie- en gastransport, gemeentelijke watervoorziening en -afvoer, chemische technologie en energieopwekking. De serviceomgeving omvat bodem, atmosfeer, waterlichamen en zeer corrosieve media. Elektrochemische corrosie is de voornaamste oorzaak van leidingperforatie, lekkage en falen.

Anti{0}}corrosiecoatings, als het belangrijkste technische middel om stalen buizen tegen corrosie te beschermen, bepalen rechtstreeks de levensduur, de operationele veiligheid en de volledige levenscycluskosten van de pijpleiding. Het volgende biedt een professionele analyse vanuit drie dimensies: technische betekenis, algemene vereisten voor coatings, reguliere coatingtypen en kenmerken.

1. Onderbreek het corrosiecircuit en onderdruk de corrosiereactie bij de bron

De corrosie van koolstofstaal is voornamelijk elektrochemisch. Het vereist de gecombineerde werking van drie elementen: elektrolyt, zuurstof en anode-kathodecircuit. De anti{3}}corrosiecoating creëert een continue en dichte beschermende film die het stalen substraat isoleert van water, zuurstof, zuren, basen en zouten, waardoor het reactiepad van elektrochemische corrosie direct wordt geblokkeerd; zink-, aluminium- en andere metaalcoatings kunnen ook actief de corrosie van het substraat remmen door het kathodische beschermingseffect van de opofferingsanode. Zelfs als de coating gedeeltelijk beschadigd is, kan dit voorkomen dat de corrosie zich verspreidt.

2. Verleng de levensduur aanzienlijk en verlaag de totale kosten

De corrosiesnelheid van gewone koolstofstalen buizen zonder anti{0}}corrosiebehandeling kan in natuurlijke grond oplopen tot 0.2 - 0.5 mm per jaar, en perforatie en lekkage kunnen binnen 3 - 5 jaar optreden. Gekwalificeerde 3PE, fusion-bonded epoxypoeder, etc. anti-corrosiecoatings kunnen de ontwerplevensduur van de leidingen verlengen tot 30 - 50 jaar, waardoor de kosten van vervanging, onderhoud en stilstand van pijpleidingen aanzienlijk worden verlaagd, en de totale levenscycluskosten kunnen met meer dan 40% worden verlaagd.

3. Zorg voor operationele veiligheid en voorkom lekkagerisico's

Corrosieperforatie kan leiden tot grote veiligheids- en welzijnsongevallen, zoals olie- en gasexplosies, lekkage van giftige chemische media, onderbreking van de watervoorziening en milieuvervuiling.

Anti{0}}corrosiecoatings kunnen de kans op falen door corrosie aanzienlijk verminderen en vormen de belangrijkste veiligheidsbarrière voor hoge- druk-, ontvlambare en explosieve en giftige mediumtransportleidingen. Ze zijn ook de kernindicatoren voor verplichte acceptatie in de pijpleidingtechniek.

4. Optimaliseer de transportefficiëntie en verminder het operationele energieverbruik

De interne anti{0}}corrosiecoating kan de ruwheid van de buiswand aanzienlijk verminderen, de vloeistofweerstand en de neiging tot aanslag verminderen, en de efficiëntie van mediumtransport verbeteren. De watertransmissiepijpleiding met epoxyharsvoering kan bijvoorbeeld de watertransmissie-efficiëntie met 10% tot 15% verhogen in vergelijking met de gewone kale buis. De energie-besparende voordelen van pompoperaties op de lange- termijn zijn opmerkelijk.

5. Voldoe aan de industriële regelgeving en eisen op het gebied van milieubescherming

Er zijn verplichte anti{0}}corrosienormen op verschillende gebieden, zoals olie en gas, gemeentelijke diensten en drinkwater (bijv. GB/T 23257, SY/T 0315, GB/T 17219, enz.). Een conforme anti-corrosielaag is een noodzakelijke voorwaarde voor projectacceptatie; de anti{9}}corrosiecoating van drinkwaterleidingen moet ook voldoen aan de veiligheidseisen voor voedselcontact om te voorkomen dat schadelijke stoffen uitlogen en het medium vervuilen.

Rekening houdend met de gebruiks- en constructiekenmerken van stalen buizen, moeten de anti-corrosiecoatings en de resulterende coatings voldoen aan de volgende kernprestatie-eisen:

1. Kernbeschermende prestaties

• Weerstand tegen gemiddelde corrosieop: Het moet compatibel zijn met de overeenkomstige besturingsomgeving. Bij langdurig contact-met bodem, zoet water, zeewater, zuren, logen, zouten en olie- en gasmedia mogen er geen storingsverschijnselen optreden zoals schuimvorming, afbladderen of roesten.
• Weerstand tegen kathodisch strippen:Voor ondergrondse pijpleidingen wordt kathodische bescherming meestal in combinatie gebruikt. De coating moet bestand zijn tegen de werking van kathodische stroom om te voorkomen dat de coating loslaat en van het substraat borrelt. Dit is een belangrijke beoordelingsindicator voor de corrosiebescherming van ondergrondse pijpleidingen.
• Anti-permeatieprestaties: De coating moet een lage porositeit hebben om de penetratie van kleine moleculen zoals water, zuurstof en chloride-ionen te voorkomen, en om te voorkomen dat het corrosiemedium door de coating dringt en in contact komt met het substraat.

2. Fysische mechanische eigenschappen

• Hechting: Dit is de basis van alle eigenschappen. Over het algemeen moet de afpelhechting groter dan of gelijk zijn aan 5 MPa, en de fusie-gebonden epoxypoedercoating kan meer dan 10 MPa bereiken; Bij onvoldoende hechting zal de coating in vellen loslaten en zijn beschermende functie volledig verliezen.
• Slagvastheid en slijtvastheid: Geschikt voor de impact en wrijving tijdens pijpleidingtransport, opvulling en installatie. De slagsterkte van 3PE-coating moet bijvoorbeeld groter zijn dan of gelijk zijn aan 10 J om schade aan de coating tijdens de bouwperiode te voorkomen.
• Flexibiliteit en buigweerstand:Geschikt voor het buigen van stalen buizen. De coating kan samen met het substraat vervormen zonder te barsten of afbladderen, en vereist gewoonlijk geen scheuren bij een buiging van 1,5 tot 3 graden.

3. Prestaties op het gebied van omgevingsbestendigheid

• Temperatuurbestendigheid: De conventionele anti{0}}corrosiecoating is toepasbaar binnen het temperatuurbereik van -30 tot 80 graden. Voor mediumpijpleidingen met hoge- temperatuur moeten temperatuur-resistente coatings (zoals hoge temperatuur FBE, 3PP) worden geselecteerd.
• Verwering en verouderingsbestendigheid:Bovengrondse pijpleidingen moeten bestand zijn tegen atmosferische veroudering, zoals ultraviolette straling, temperatuurveranderingen en blootstelling aan regen. Het is vereist dat de kunstmatige versnelde verouderingstest langer dan of gelijk aan 1000 uur duurt zonder noemenswaardige poedervorming of verkleuring.
• Temperatuurschommelingen en bevriezing-Dooiweerstand:Het is geschikt voor seizoensgebonden temperatuurverschillen en vries--dooicycli. De coating mag geen problemen vertonen zoals barsten, afbladderen of verlies van hechting.

4. Prestaties van bouwprocessen

• Compatibel met de geïndustrialiseerde constructie van lopende banden (elektrostatisch spuiten, extrusiecoating) of reparatie- en reparatieconstructies op locatie- (borstelcoaten, airless spuiten);

• De constructie van assemblagelijnen vereist een snelle uitharding, terwijl de constructie op locatie- een normale temperatuuruitharding en een lage gevoeligheid voor temperatuur en vochtigheid vereist;

• Beschikt over uitstekende rand- en hoekdekkingsmogelijkheden, waarbij zwakke coatingpunten aan buisuiteinden, lasnaden en speciaal-gevormde buisfittingen worden vermeden;

• De hechting tussen de primer, tussenlaag en toplaag is goed, zonder problemen met het bijten van de primer of het loslaten van de tussenlagen.

5. Veiligheid en milieuprestaties

• De coating van drinkwaterleidingen moet voldoen aan de normen voor materialen die met voedsel in contact komen, en er mogen tijdens de gebruiksperiode geen giftige of schadelijke stoffen vrijkomen;

• Beperk het gebruik van coatings met een hoog-VOS- en kankerverwekkend--gehalte (zoals traditionele koolteerpekcoatings) en gebruik bij voorkeur oplosmiddel-vrije, hoog-vaste, water-systemen;

• De coating van ondergrondse pijpleidingen moet een hoge weerstand hebben om het verlies aan kathodische beschermingsstroom te verminderen en de beschermingsefficiëntie te verbeteren.

• 

   

Op basis van het type coatingmateriaal en de constructiemethode kunnen de reguliere anti-{0}}corrosiecoatings voor stalen buizen worden ingedeeld in zes hoofdcategorieën, die elk geschikt zijn voor verschillende servicescenario's en kostenvereisten:

1. Anti-corrosiecoating van het type vloeibare coating.-
Door middel van borstel-, spuit- of rolcoatingmethoden kan het worden uitgehard bij kamertemperatuur of bij lage temperaturen, geschikt voor constructie ter plaatse en productie in kleine- batches, en is het de meest traditionele vorm van anti-corrosie.

(1) Epoxy-anti-corrosiecoating
Het is gebaseerd op epoxyhars en is onderverdeeld in epoxytypes op basis van oplosmiddel-, niet-oplosmiddel- en water-.

• Kernfuncties:
• Uitstekende hechting, uitstekende chemische corrosieweerstand, waterbestendigheid en alkalische weerstand; nadeel is de slechte weersbestendigheid, vatbaar voor poedervorming buitenshuis, meestal gebruikt als primer of ondergrondse/waterdichte coatings.

• Onderverdeelde categorieën:

1. Epoxyzink-rijke primer: Bevat een grote hoeveelheid zinkpoeder, met zowel barrièrebeschermings- als kathodische beschermingsfuncties, met een sterke zoutsproeiweerstand, wat de voorkeursprimer is voor atmosferische en ondergrondse pijpleidingen;
2. Epoxykoolteer-asfaltcoating:Epoxyhars + koolteerasfalt, bestand tegen bodemcorrosie en uitstekende waterbestendigheid, lage kosten, ooit veel gebruikt in ondergrondse watertoevoer en -afvoer, gaspijpleidingen; vanwege de aanwezigheid van kankerverwekkende polycyclische aromatische koolwaterstoffen is het gebruik ervan geleidelijk aan beperkt;
3. Niet-oplosmiddel-epoxycoating: 100% vaste stof, nul VOC, kan in één keer dik- worden gecoat, dichte coating zonder gaatjes, geschikt voor anti-corrosie van binnen- en buitenwanden van stalen buizen, vooral geschikt voor transportleidingen voor drinkwater en chemische media.

(2) Anti-corrosiecoating van polyurethaan-
Het is verdeeld in twee soorten: alifatisch en aromatisch. Het voornaamste film-vormende materiaal is polyurethaanhars.

• Belangrijkste kenmerken:Goede flexibiliteit, slijtvast-bestendig, water-bestendig, zuur- en alkalicorrosie-bestendig; Alifatisch polyurethaan heeft een uitstekende weersbestendigheid en kan direct worden gebruikt als toplaag voor bovengrondse pijpleidingoppervlakken buiten. De hechting is iets minder dan die van epoxy en de prestaties bij het weerstaan ​​van sterke oplosmiddelen zijn gemiddeld.
• Toepassingsscenario's:Topcoat van bovengrondse pijpleidingen, chemische pijpleidingen, pijpleidingen in omgevingen met lage- temperaturen voor anti- corrosie.

(3) Anti-corrosiecoating met glasschilfers-
Voeg dunne glasvlokken toe aan epoxyhars of vinylesterhars.

• Belangrijkste kenmerken:De glasvlokken worden parallel in de coating gestapeld om een ​​"doolhofeffect" te vormen, dat de anti-permeatieprestaties aanzienlijk verbetert in vergelijking met gewone epoxy, en uitstekend bestand is tegen sterke zuren, sterke basen en corrosieve media; het nadeel is dat de coating bros is en dat de weerstand tegen stoten en buigen gemiddeld is.
• Toepassingsscenario's:Chemische afvalwaterpijpleidingen, ontzwavelingspijpleidingen, zeewatertransportpijpleidingen, enz., in omgevingen met sterke corrosie.

2. Fusion-gebonden epoxypoedercoating (FBE)

Het behoort tot het poedercoatingsysteem en is de belangrijkste onderliggende technologie voor de corrosiebescherming van industriële pijpleidingen.

• Bouwproces: Nadat de stalen buis is onderworpen aan gritstralen om roest te verwijderen, wordt deze voorverwarmd tot 180-220 graden. Het epoxypoeder wordt gelijkmatig aangebracht door middel van elektrostatisch spuiten, en de restwarmte van de stalen buis smelt en egaliseert de coating, waarna deze stolt tot een film.

• Belangrijkste kenmerken:

1. Extreem sterke hechting. De afpelsterkte is gewoonlijk groter dan of gelijk aan 10 MPa. Het heeft een uitstekende kathodische stripweerstand en uitstekende compatibiliteit met kathodische bescherming;
2. De coating is uniform en dicht, met een zeer laag gaatjespercentage.Het heeft een uitstekende weerstand tegen grond, water en chemische corrosie;
3. Oplosmiddel-vrij en milieuvriendelijk.Het bereik van de bedrijfstemperatuur is breed (conventioneel type: -30-100 graden, type voor hoge temperaturen: tot 150 graden);
4. Goede dekking aan randen en hoeken, en de laagdikte bij lasnaden is uniform.

• Beperkingen: Slechte slagvastheid en slijtvastheid, niet bestand tegen ultraviolette stralen en kan niet direct worden gebruikt in omgevingen boven het hoofd.

• Sollicitatiescenario's:Olie- en gaspijpleidingen-over lange afstanden, stalen leidingen voor gemeentelijke watervoorziening en -afvoer, chemische pijpleidingen, en het is ook de onderliggende kernlaag van 3PE/3PP-coatings.

3. Polyolefine-gecoate anti-corrosiecoatings (2PE/3PE, 2PP/3PP)
Het polyolefinemateriaal wordt via het extrusieproces op het oppervlak van de stalen buis aangebracht, wat momenteel de reguliere anti{0}}corrosieoplossing is voor ondergrondse pijpleidingen over lange- lange afstanden. Hiervan wordt de structuur met drie-lagen het meest gebruikt.

(1) Polyethyleencoating met drie- lagen (3PE)

• Structuur met drie-lagen (van binnen naar buiten):Binnenlaag: gesmolten epoxypoeder (zorgt voor hechting en weerstand tegen corrosie) + Middelste laag: copolymeerkleefstof (zorgt voor hechting tussen de lagen) + Buitenlaag: polyethyleen met hoge-dichtheid (HDPE) (zorgt voor mechanische sterkte, slijtvastheid en isolatieprestaties).

• Kernfuncties:Het meest uitgebalanceerde ondergrondse anti{0}}corrosiesysteem, dat de hoge hechting van epoxy, kathodische stripweerstand en de hoge mechanische sterkte, hoge isolatie en water- en slijtvastheid van polyethyleen combineert; De ontwerplevensduur kan 30-50 jaar bedragen, uitstekende weerstand tegen bodemspanning, schokken en slijtage, lage kathodische stripsnelheid;
•  
• Beperkingen:Hoge investeringen in de productielijn voor de bouw, grote problemen bij reparatie van verbindingen ter plaatse-; Gebruikstemperatuur op lange- termijn Minder dan of gelijk aan 80 graden, niet bestand tegen ultraviolette straling.
• Toepassingsscenario's:Olie- en gastransportpijpleidingen over lange- afstanden, gemeentelijke ondergrondse wateraanvoer en -afvoer, gashoofdpijpleidingen, die de voorkeur- anticorrosievorm hebben voor ondergrondse stalen buizen in China.

(2) Polypropyleencoating met drie- lagen (3PP)

De structuur is hetzelfde als 3PE, maar de buitenlaag is vervangen door polypropyleen.

• Functies: De temperatuurbestendigheidsprestaties zijn beter dan die van 3PE, en de bedrijfstemperatuur op de lange- termijn kan 110 graden bereiken. Het heeft een hogere stijfheid en slijtvastheid; de taaiheid bij lage-temperaturen is slecht en het is gevoelig voor barsten bij -5 graden of lager, dus het is niet geschikt voor koude gebieden.
• Toepassingsscenario's: Transportleidingen voor hoge- ruwe olie en warm water.

4. Op metaal-gebaseerde anti-corrosiecoating
Door gebruik te maken van een metalen coating als anti{0}}corrosielaag, heeft het de dubbele functie van barrièrebescherming en kathodische bescherming via een opofferingsanode.

(1) Thermisch verzinkte coating-

• Proces: Na het zuurwassen van de stalen buis en de na-coatingbehandeling wordt deze ondergedompeld in gesmolten zink bij een temperatuur van ongeveer 450 graden, waardoor een laag-ijzerlegering en een zuivere zinklaag op het oppervlak wordt gevormd.
• Kernfunctie: Dubbel beschermingsmechanisme, de dichte zinklaag biedt barrièrebescherming en de elektrodepotentiaal van zink is lager dan die van ijzer, waardoor het beschadigde gebied kan worden beschermd door de opofferingsanode; het proces is volwassen, de kosten zijn gematigd en de levensduur in een atmosferische buitenomgeving kan 10 tot 20 jaar bedragen.
• Beperkingen: Ongelijkmatige laagdikte, dunner bij lasnaden; slechte corrosieweerstand tegen zure, alkalische en hoog-zoute grond; moeilijk om stalen buizen met een grote-diameter onder te dompelen.
• Toepassingsscenario's: Gemeentelijke watertoevoerleidingen met een kleine- diameter, brandbeveiligingsbuizen, elektriciteitsleidingen, kasbuizen, enz. Het is de meest gebruikte anti-corrosiemethode voor stalen buizen met een kleine- diameter in civiele en gemeentelijke toepassingen.

(2) Thermisch gespoten zink/aluminiumcoating

• Proces:Zink- of aluminiumdraden worden gesmolten en verneveld door middel van boogsproeien of vlamsproeien, en vervolgens op het oppervlak van de stalen buis gespoten om een ​​metalen coating te vormen. Het oppervlak wordt gevuld met afdichtingsverf om de poriën te vullen.
• Kernfuncties:Langdurig kathodisch beschermingseffect-, uitstekende weerstand tegen atmosferische en zeewatercorrosie, met een levensduur van maximaal 20 jaar; kan ter plaatse- worden gebouwd, geschikt voor grote-diameter, onregelmatig-gevormde buizen en reparatieprojecten.
• Beperkingen:De coating heeft een hoge porositeit en moet vergezeld gaan van afdichtingsverf; de constructie-efficiëntie is laag en de kosten zijn hoger dan bij thermisch verzinken.
• Toepassingsscenario's:Dwars-zeepijpleidingen, grote pijpleidingen langs de kust en stalen pijpleidingen voor waterbescherming.

5. Hoog-speciale anti-corrosiecoating

(1) Spuit polyurethaan-elastomeercoating

• Proces:De twee- materialen worden gemengd door speciale apparatuur en reageren vervolgens snel en harden uit, waarbij binnen enkele seconden een film wordt gevormd.
• Belangrijkste kenmerken:De uithardingssnelheid is extreem snel, zonder uitzakken tijdens de verticale constructie en de opbouw van het bovenoppervlak, en kan in één laag dik worden aangebracht; het heeft een uitstekende flexibiliteit, uitstekende slagvastheid, slijtvastheid en scheurweerstand; het is bestand tegen water, zuur en alkali, zoute mist en heeft een lage gevoeligheid voor vocht tijdens de bouw.
• Beperkingen:De materiaal- en apparatuurkosten zijn hoog, de vereisten voor de behandeling van het basisoppervlak zijn extreem hoog en de controle van de hechting is moeilijk.
• Toepassingsscenario's:Anti-corrosie voor rioolpijpleidingen, chemische pijpleidingen, speciaal-gevormde buisfittingen en on-reparatie ter plaatse van- corrosielagen voor pijpleidingen.

(2) Keramische slijtvast-bestendige en anti-corrosiecoating

De coating is gemaakt met epoxyhars als basismateriaal en bevat keramische microkralen, siliciumcarbide en andere harde vulstoffen. Het heeft een hoge hardheid, uitstekende slijtvastheid en anticorrosie-eigenschappen. Het wordt voornamelijk gebruikt voor de anticorrosie van de binnenmuren van pijpleidingen die media transporteren die vaste deeltjes bevatten, zoals modder, minerale slurries en steenkoolpoeder.

6. Speciale coating voor interne anti-corrosie van stalen buizen

Om te voldoen aan de vereisten van interne mediumcorrosie en vermindering van weerstand, zijn er naast oplosmiddel-vrije epoxy en polyurea twee reguliere interne anti- methoden voor corrosie:

• Cementmortelvoering:Gecoat op de binnenwand van de stalen buis door middel van een centrifugaalproces, heeft het extreem lage kosten, is het milieuvriendelijk en hygiënisch, bestand tegen watercorrosie en kan het de waterkwaliteit beschermen. Het is de reguliere interne anti-corrosiemethode voor watertoevoer- en afvoerleidingen met een grote- diameter; Het nadeel is echter de hoge brosheid, de slechte slagvastheid en het gemakkelijke scheuren.
• Voering van epoxyhars van voedsel-kwaliteit:Voldoet aan de drinkwaterhygiënenormen, met een gladde binnenwand, lage weerstand en minder kalkaanslag. Het combineert anti-corrosie en weerstandsvermindering, en wordt gebruikt voor gemeentelijke watervoorziening en directe drinkwaterleidingen.

7. Kernprincipes van selectie
De selectie van anti{0}}corrosiecoatings voor stalen buizen moet gebaseerd zijn op een uitgebreide afweging van de gebruiksomgeving (begraven/bovengronds/watergedragen/corrosiekwaliteit), bedrijfsparameters (temperatuur, druk, medium), constructieomstandigheden en de totale levenscycluskosten.

Over het algemeen volgt het de samengestelde ontwerplogica van "het garanderen van hechting en corrosieweerstand aan de onderste laag, en het garanderen van mechanische sterkte en omgevingstolerantie aan de buitenste laag".