近日，由河北石油職業(yè)技術大學和海油發(fā)展珠海管道工程有限公司在《涂料工業(yè)》上聯(lián)合首發(fā)的論文《熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料研究進展和在管道防腐上的應用》對外發(fā)表。

該論文介紹了熔結(jié)環(huán)氧(fusion-bonded epoxy,FBE)粉末涂料作為一種防腐材料的特點,包括其良好的耐腐蝕性、與金屬的黏結(jié)性能以及環(huán)保特性。通過對近5年來FBE粉末涂料領域的研究成果進行了總結(jié)和分析，梳理了相關的標準、組分、工藝和工程應用等方面的最新研究進展。指出提升FBE涂料在管道防腐涂料領域的研究水平和應用水平,有助于減少管道失效事故的發(fā)生,確保輸送油氣等資源的安全可靠。

研究人員指出，管道運輸已成為油氣輸送等領域的主要運輸方式。無論是已經(jīng)開展的西氣東輸工程，還是目前我國在開展的圍繞中亞-俄羅斯、中東、非洲、拉美和亞太等國際油氣合作區(qū)項目，都離不開管道運輸。

然而，在管道運輸中，金屬材料腐蝕是造成經(jīng)濟損失及安全事故的一大重要因素。據(jù)美國管道和危險材料安全管理局（PHMSA）統(tǒng)計分析，2010 年以來美國油品、天然氣管道事故，排名前三位的失效原因分別為腐蝕、管體/焊縫材料失效和設備失效。在大慶油田管道失效的成因分析的文章中提到，腐蝕占到失效原因的90%。因此，對管道防腐材料的不斷深入研究與開發(fā)是至關重要的。

由于金屬材料本身防腐能力的改善具有一定的局限性，通常難以同時實現(xiàn)高防腐性、高強度和低成本。因此，在管道防腐中常采用在金屬材料表面涂敷防腐涂料的方式。管道防腐涂料通過阻止腐蝕性介質(zhì)、氧氣、水等會引起腐蝕的物質(zhì)進入金屬表面，以達到防腐的目的。這要求防腐涂料具備抗沖擊性、抗?jié)B透性、絕緣性等關鍵特性，并與金屬具有出色的黏結(jié)性能。

在滿足這些要求的管道防腐涂料中，經(jīng)歷了從最早的石油瀝青到環(huán)氧煤瀝青、煤焦油瓷漆的發(fā)展，最終演變?yōu)榫邆淇箾_擊性、抗?jié)B透性、絕緣性和與金屬黏結(jié)性等綜合性能更優(yōu)越的熔結(jié)環(huán)氧（fusion-bonded epoxy，F(xiàn)BE）粉末涂料。目前，F(xiàn)BE粉末涂料已成為新建管道使用最普遍的防腐材料之一。

FBE粉末涂料概述

FBE粉末涂料是一種防腐材料，最初在20世紀50年代被開發(fā)用于電氣絕緣領域，隨后被應用于管道外防腐領域并一直沿用至今。隨著技術的不斷發(fā)展，F(xiàn)BE粉末涂料還被廣泛用于補口防腐、管道內(nèi)防腐和彎管防腐等領域。在管道外防腐技術中，F(xiàn)BE粉末涂料已經(jīng)發(fā)展出多種不同的防腐技術，例如單獨作為單涂層、雙涂層以及三涂層的底層防腐層等。

FBE粉末涂料在管道防腐領域廣泛應用的原因是它具備良好的耐腐蝕性和與金屬優(yōu)異的黏結(jié)性能，同時滿足生產(chǎn)、存儲、涂敷工藝、管道運輸及施工、成本等方面的所需條件，生產(chǎn)商能夠接受。此外，F(xiàn)BE粉末涂料具有環(huán)境友好的特性，符合現(xiàn)代社會對環(huán)境保護的需求。且屬于無溶劑涂料，揮發(fā)性有機化合物（VOCs）含量較低。

Knudsen等的調(diào)查表明，粉末涂料在21世紀10年代的世界涂料市場占有率達到11%。并且在涂料工業(yè)“十四五”規(guī)劃中，無溶劑防腐涂料、粉末涂料等產(chǎn)品將在工業(yè)防腐領域逐步擴大應用。因此，F(xiàn)BE粉末涂料的優(yōu)越性和環(huán)保特性使其成為管道防腐領域中不可或缺的一種材料。

FBE涂層相關標準研究

FBE粉末涂料作為防腐涂料領域中市場份額較大的一種，用其制備涂層的相關技術標準在我國和歐美發(fā)達國家持續(xù)出臺和更新。在我國，2020年頒布了針對FBE外涂層的國家標準 GB/T 39636—2020《鋼質(zhì)管道熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層技術規(guī)范》。在此之前，我國采用的是行業(yè)標準SY/T 0315—2013《鋼質(zhì)管道熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層技術規(guī)范》。李東陽等對GB/T 39636—2020 進行了詳細解讀，并將其與SY/T0315—2013 標準進行了逐條對比。研究表明，新標準在 FBE及其涂層的附著力、粘接面孔隙率、斷面孔隙率、抗沖擊、陰極剝離和熱特性等指標要求上有所提高。

此外，針對管道外涂層防腐技術規(guī)范，加拿大CAS Z245. 20-18《鋼管外熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層》、美國NACERP0394-94《工廠應用的熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂管道涂層的應用、性能和質(zhì)量控制》、API RP 5 L9—2001（2015）《管道外熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層》、德國DIN30670—2012《鋼管和管件的聚乙烯涂層-要求和測試》、澳大利亞 AS/NZS 3862—2002《鋼管外熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層》等標準對單層環(huán)氧粉末、雙層環(huán)氧粉末和三層聚乙烯涂層提出了詳盡的技術要求。

張圣光等對這一系列的國內(nèi)外環(huán)氧粉末外涂層標準進行了對比分析，吳希革對 SY/T 0315—2013標準進行了詳細解析，韓冰等則系統(tǒng)梳理了國內(nèi)外FBE粉末涂料相關標準。這3篇文章均發(fā)表于國家標準GB/T39636—2020頒布之前，主要針對SY/T0315—2013標準展開研究，并指出了SY/T 0315—2013 相對于國際標準存在的先進性和不足之處。他們的研究成果為外涂層技術的進一步發(fā)展提供了寶貴的經(jīng)驗和建議，也進一步推動了行業(yè)進步以及新標準的頒布。

綜合以上文獻，GB/T39636—2020 是以 SY/T 0315—2013為基準，提高、細化并增加了對FBE涂料及涂層性能指標的要求，適用的引用環(huán)境和流域的變化并不大，2個標準都適用于鋼質(zhì)管道單層和雙層結(jié)構的FBE外涂層的設計、生產(chǎn)、施工和檢驗。

在標準GB/T39636—2020中，增加了陰極剝離和附著力測試28d的條目，以及界面雜質(zhì)污染率指標條目。此外，耐磨性測試方法也由落砂法改為砂輪法。還增加了對管道涂層長期性能檢驗要求和界面雜質(zhì)污染百分率指標的規(guī)定，并對原材料抽檢批次、涂層面層和底層的指標要求進行了細化。

值得一提的是，新標準使用的檢測方法與國際標準ISO 21809-2：2014 和 CSAZ245. 20-18 的要求更加接近。然而，仍存在一些差異，比如缺乏統(tǒng)一的吸水率、硬度等檢測方法。

針對FBE內(nèi)涂層，我國采用的是行業(yè)標準SY/T0442-2018《鋼質(zhì)管道熔結(jié)環(huán)氧粉末內(nèi)防腐層技術標準》。國際上 FBE內(nèi)涂層采用的標準包括：材料測試標準NACE RP0394-94、 CSA Z245. 20-18和ANSI/API 5L7-88；內(nèi)涂層材料測試標準NACETM0185-93，NACE RP0394-94 等。國際上內(nèi)涂層的涂敷標準參考了 FBE 外涂層等涂敷標準。與外涂層相比，內(nèi)涂層的發(fā)展起步時間較晚，近5年還沒有對SY/T 0442-2018與國際標準比較的相關研究。

然而，需要指出的是，由于FBE相關技術仍在不斷進步，同時其應用領域也在不斷拓寬，工程實踐中仍可能出現(xiàn)標準無法覆蓋的情況。此外，標準僅對材料要求進行了最低限度的規(guī)定，無法涵蓋個性化材料和新材料的特殊性。因此，張國慶指出，國內(nèi)外所有防腐涂層標準都基于較為常見的使用環(huán)境，標準文件通常會聲明類似于“本標準規(guī)定了常規(guī)的最低技術要求”。法國道達爾石油公司根據(jù)項目實際情況在其項目技術規(guī)格書中增加了自制的檢測方法和技術要求，為項目安全提供了保障，這種做法值得借鑒和學習。

FBE粉末涂料工程

案例研究

根據(jù)FBE在不同工程中的實際應用情況，相關領域的工程師進行了研究。通過總結(jié)近5年的文獻工程案例，介紹了 FBE涂層在特殊和復雜環(huán)境（灘海油田和柴達木盆地等）下的使用研究，以及FBE涂層作為輸油管道的內(nèi)涂層以及輸水管道的內(nèi)外涂層等相對較新的領域的應用研究。

在灘海油田，由于存在自然保護區(qū)且敷設環(huán)境較差，地表植被的根系變化可能導致管道外防腐層的破損。此外，大面積放水可能導致管道淹沒，這對管道的外防腐要求提出了更高的要求。針對這種情況，楊風斌等提供了可采用3PE防腐技術進行防護，該技術以FBE涂層作為底層，使用中間層膠黏劑將底層FBE與上層聚乙烯黏結(jié)在一起，可在保持FBE防腐特性的基礎上，提高保護層的強度。

類似地，李春雨等分析了柴達木盆地的鹽漬土對腐蝕性的影響，并指出FBE涂層損壞的主要原因是防腐層的損傷。根據(jù)對土壤的分析，選擇具有較高強度的3PE防腐涂層技術更具優(yōu)勢。

此外，趙向東針對熱煨彎管防腐的實際工程問題，闡釋了3PE彎管防腐與常用防腐方式，并通過改進的機械化方式解決了直管3PE涂覆工藝無法直接應用于彎管的問題。竇宏強等則采用多層粉末噴涂和縱向整體包覆的方法解決了彎管3PE涂覆的問題。

FBE涂層作為輸油管道的內(nèi)涂層以及輸水管道的內(nèi)外涂層仍然屬于相對較新的領域，在這2個領域中的研究主要集中在驗證FBE涂層作為防腐方案的可行性以及與其他防腐方案相比的優(yōu)勢。例如，有研究論證了喇嘛甸油田注聚金屬管線穿孔與FBE內(nèi)涂層質(zhì)量之間的相關性，并提出了進行廠內(nèi)內(nèi)涂層自檢的建議。通過調(diào)整參數(shù)和優(yōu)化節(jié)點控制，該廠家成功將 FBE 內(nèi)涂層質(zhì)量從存在漏點和40μm的厚度提高到無漏點且厚度達到400μm。

此外，一項研究通過比較沙特對FBE內(nèi)涂層的標準與國內(nèi)行業(yè)標準的差異，闡釋了沙特阿美石油公司預制管線FBE內(nèi)涂層施工的關鍵要點。這項研究為類似工程的施工單位提供了有價值的參考樣本。此外，還有研究論證了 FBE 涂層在珠三角水資源配置工程中應用于大直徑帶加勁環(huán)管道的內(nèi)防腐方案的可行性，并進行了實踐驗證。還有研究論證了FBE涂層在長江取水工程中用于內(nèi)涂層的有效性，以及對大口徑熱水長輸管道內(nèi)涂層使用FBE涂層的可行性進行了討論。

然而，對于大口徑熱水長輸管道內(nèi)涂層應用FBE涂層的問題，這些研究還停留在討論層面，尚未解決FBE涂層如何應用于大口徑熱水長輸管道內(nèi)涂層的問題。

結(jié)語：

從標準的發(fā)展情況可以在一定程度上了解行業(yè)的發(fā)展趨勢，眾多研究學者對FBE涂料的管道外涂層的標準進行了詳細解讀和對比，并提供了寶貴的經(jīng)驗和建議，然而，對于FBE內(nèi)涂層的標準研究尚不充分。盡管標準不斷進步，但仍無法覆蓋所有工程實踐情況，因此根據(jù)項目需求靈活運用標準并借鑒其他公司的自制檢測方法和技術要求是必要的。

FBE涂料可通過組分調(diào)整來改善防腐性能、力學性能和熱特性等，是其能夠作為管道涂層進行防腐的關鍵。目前我國的技術團隊已經(jīng)具備一定的FBE涂料配方開發(fā)能力，開發(fā)的配方中有的滿足了國家標準的要求，有的已經(jīng)被用于實際工程中。

同時，開發(fā)利用膠囊化技術制備自修復功能的涂料、二維材料或納米粒子等的復合涂料的研究方向有望為管道防腐涂料領域帶來創(chuàng)新解決方案，滿足不斷增長的工況需求。涂層的失效因素和挑戰(zhàn)也得到了詳細討論，并指出了具有前景的研究方向，如附著力評價方法的改進和表面處理技術的應用。

針對一些更具挑戰(zhàn)性的工程應用，如在灘海油田和柴達木盆地等復雜環(huán)境，熱煨彎管和大口徑熱水長輸管道的防腐問題等，3PE防腐技術作為先進的防腐方案，相比于單層FBE或雙層FBE防腐技術，已經(jīng)成為一種具有競爭力的方案，但3PE技術的底層涂料仍使用的是FBE。

此外，對于FBE涂層作為輸油管道的內(nèi)涂層和輸水管道的內(nèi)外涂層，研究集中在驗證其可行性和優(yōu)勢。這些研究對于進一步推動 FBE 涂層的應用和改進具有重要意義，并為類似工程提供了有益的經(jīng)驗和參考。