CN104403536A

CN104403536A - 一种用于输油管道的防结蜡涂料

Info

Publication number: CN104403536A
Application number: CN201410662486.5A
Authority: CN
Inventors: 裴素朋; 韩生; 孙迎新
Original assignee: Shanghai Institute of Technology
Current assignee: Shanghai Institute of Technology
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2014-11-19
Publication date: 2015-03-11

Abstract

一种用于输油管道的防结蜡涂料，由底漆和面漆组成，所述的底漆和面漆的重量比为100:2~5，所述的底漆包含10~30%聚氨酯，5~15%环氧树脂，5~15%不饱和聚酯，1~8%无机填料，2~10%流平剂，0.05~2%消泡剂，溶剂为余量；所述的面漆为全氟聚醚衍生物。本发明还提供了上述一种用于输油管道的防结蜡涂料的制备方法。本发明的防结蜡涂料表面能低、憎水、憎油、耐腐蚀、防结蜡效率高、与底材粘结强度高，可应用于解决储油、炼油设备内壁的防结蜡；还可应用于轮船、赛艇或潜艇的防污、防藻及建筑防污、防藻问题。

Description

一种用于输油管道的防结蜡涂料

技术领域

本发明属于化工领域，尤其涉及一种涂料，具体来说是一种用于输油管道的防结蜡涂料。

背景技术

我国生产的原油大多是高粘、易凝、含蜡量高，据统计，蜡的质量分数超过10%的原油几乎占整个产出原油的90%，而且大部分原油蜡的质量分数均在20%以上，有的甚至高达40~50%。含蜡原油在地层条件下，蜡一般溶解在原油中，但在采出过程中，由于温度和压力的下降和轻质组分的逸出，当温度降低到析蜡点以下，蜡就逐渐从原油中析出，沉积在井下装置的抽油杆表面及储油管道和贮油容器的内壁上，给原油的开采和输送带来许多困扰，如降低油井的出油能力，减少抽油机寿命；在原油储运方面，造成管道有效截面积减小甚至堵塞管道，增加管道运行的能耗，而且还可能造成凝管事故，影响管道的安全运行。世界上每年由于原油生产、运输过程中的结蜡和蜡沉积引起的经济损失多达几十亿美元。

引起管道结蜡的主要原因是原油与管壁间的温差。原油在流动中不断向周围环境散热，以管壁处的油流温度最低，当管壁处的油温降到析蜡点后，蜡开始以粗糙的管道内壁为结晶核心而结晶析出，并形成蜡层，进一步吸附原油中的蜡晶颗粒。常用的防蜡技术包括增加石蜡在原油中的溶解度、磁防蜡、使用防蜡剂防蜡以及改变管材的性质。

我国原油产量的65%以上是靠输油管道输送，为防止原油中蜡析出凝固堵塞输油管道，降低原油流动阻力，大多数输油管道采用沿线逐站加热输送工艺。通过加热增加蜡在原油中的溶解度，促成原油中蜡晶形态结构的相应变化，从而达到改善原油低温流动性的目的。但这种方法燃料消耗量大，设备投资和管理费高，停输后再启动困难。

在原油中添加一定量的降凝剂、降凝减阻剂、蜡晶改进剂等防蜡剂，改变原油中的蜡晶形态和结构，从而降低含蜡原油的凝固点、表面黏度和屈服值，从而达到改善含蜡原油低温流动性及降粘减阻的目的。虽然向原油中添加一定量的化学剂可以改善原油输送过程中的结蜡和流动性的问题，但是将蜡质和胶质乳化分散后，又给原油的分离、炼制等后续加工带来很大的麻烦。

中国专利02123553公开了“含憎水减阻内涂层的输液管”，是在钢管内壁涂有含纳米二氧化钛的内涂层，但是需要停止输送后，利用紫外光照射来清除有机杂质如石蜡的沉积。该技术不能直接阻止蜡的沉积，不适合输油管道条件，无法在输油管道中应用。中国专利1865370A公开了“一种输油管道用防结蜡涂料”，是在改性聚氨酯的粘结体系中添加聚偏氟乙烯为重要防结蜡组分，涂敷在在输油管道内表面使用。但该涂料中的主要防结蜡成分是聚偏氟乙烯，当含量较低时，涂层的耐候性将会下降。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种用于输油管道的防结蜡涂料，所述的这种用于输油管道的防结蜡涂料解决了现有技术中蜡沉积在井下装置的抽油杆表面及储油管道和贮油容器的内壁上，给原油的开采和输送带来困难的技术问题。

本发明一种用于输油管道的防结蜡涂料，由底漆和面漆组成，所述的底漆和面漆的重量比为100:2~5，所述的底漆包含以下质量百分含量的组分，

聚氨酯 10~30%，

环氧树脂 5~15%，

不饱和聚酯 5~15%，

无机填料 1~8%，

流平剂 2~10%；

消泡剂 0.05~2%；

溶剂余量；

所述的面漆为全氟聚醚衍生物。

进一步的，所述的溶剂为丙酮、甲苯、二甲苯、环己烷、或者石油醚中的一种或几种的组合。

进一步的，所述的不饱和聚酯是由顺丁烯二酸酐与丙二醇所合成的聚酯。

进一步的，所述的无机填料为瓷粉、金刚砂、石棉粉、石墨粉、滑石粉、（纳米）二氧化硅、氧化铝、（纳米）二氧化钛、二硫化钼、氟化镧或氟化铈一种或几种的组合，所述的无机填料的粒度为0.05~50 mm。

进一步的，所述的底漆中还含有适量的流平剂和消泡剂，一般地，流平剂采用聚丙烯酸丁酯，消泡剂采用异十三醇。

进一步的，全氟聚醚衍生物化学式为X-(C_aF_2aO)_n-Y表示，式中X，Y能通过加成、缩合或开环反应而形成交联的不同官能团，n为1-500，a为0 – 4的整数。X 和Y 选自酰氟、全氟酮、环氧、羟基、胺、氢、酸、酰亚胺、乙酰乙酸酯、羟基封端的烷氧基硅烷、（甲基）丙烯酸酯、酯、乙烯基醚、丙烯基醚或者异氰酸酯基团。

本发明还提供了上述的用于输油管道的防结蜡涂料的制备方法，按照上述质量百分比称取各物质，先用溶剂将聚氨酯加热溶解，再依次加入环氧树脂、不饱和聚酯、流平剂、消泡剂和填料，搅拌1~15 h，冷至室温，得到底漆，再将全氟聚醚衍生物层粘附于底漆上即可。

所述的全氟聚醚具有耐热、耐氧化、耐腐蚀、粘流性良好、不燃、可与塑料、弹性体、金属相容、只溶于全氟有机溶剂等良好的综合性能。活性全氟聚醚作为面漆，带有活性基团，可与底漆共价键连接，改变底漆的表面性能。

本发明的防结蜡涂料的技术的原理是：输油管道的结蜡现象除了受原油温度这个重要因素影响之外，原油含水量和流速、管壁温差、管道表面材质等因素对输油管道的结蜡也有较大的影响。输油管道内壁的表面自由能对蜡和胶质的粘附起着绝对的作用，蜡晶在吸附力作用下，粘附在输油管道内壁表面，并不断沉积，这种吸附力大小取决于管壁和蜡晶的表面湿润性。物体表面的湿润性和疏水/疏油性随其表面涂敷层性质的不同而发生变化，只要在物体表面上形成一层涂敷层，就可以使表面的这些性质产生变化。本发明从改变输油管道表面湿润性的角度考虑，在输油管道内壁涂敷一层耐磨防粘涂敷层，以改变管道内壁的表面特性，使所输流体与管道内壁之间处于不润湿状态，形成憎油表面，以减少与蜡晶间的粘附，防止从原油中析出的蜡在管道内壁上沉积。另外，涂敷层也减小了管道内壁与原油之间的相互作用力，使流动原油在管壁表面形成滑移，从而明显降低沿程阻力，节省长距离输油管道的输油能耗，甚至使高黏度高含量的沥青质稠油在常温下或适当加温条件下进行正常的管道输送成为可能。

本发明采用聚氨酯或改性聚氨酯、环氧树脂、不饱和聚酯一种或几种组合为粘结体系，加入无机填料、溶剂等材料制成输油管道用防结蜡涂料的底漆；带有活性基团的全氟聚醚衍生物作为该输油管道用防结蜡涂料的面漆。利用涂料中各组分的相互作用和协同效应，使涂料具备了常温固化、表面能底、与基材粘结强度高、耐腐蚀、憎油、憎水等综合性能。涂料使用工艺简单，在常温常压下即可施工，施工方便；底漆喷涂压力0.3 MPa，涂层粘结力、抗冲击强度和柔韧性达到预定要求；面漆全氟聚醚的憎水憎油性和稳定性，达到预期防结蜡功能；涂层材料物理化学性能稳定，能承受输油管道的环境条件。

本发明的涂料防结蜡效果明显，在输油管道使用后，清蜡周期由3个月变为1年，防结蜡效率可达80%以上。

本发明涂料可有效防止输油管道结蜡，憎水，憎油，耐强酸、强碱，耐腐蚀，常温固化，与底材粘结度高，施工方便。还可应用于解决储油、炼油设备内壁的防结蜡；轮船、赛艇或潜艇的防污、防藻及建筑材料的防污防藻等问题。

具体实施方式

实施例1

取20Kg聚氨酯投入反应釜中，加入50Kg丙酮，升温至50度，在1000转/分的转速下，依次加入10Kg环氧树脂、11Kg不饱和聚酯、5Kg聚丙烯酸丁酯、0.1Kg异十三醇、2Kg二硫化钼和2Kg氟化镧，搅拌5小时，冷却至室温，得到约100Kg防结蜡涂料的底漆。然后再称量3Kg带活性基团的全氟聚醚衍生物（结构式为NH₂-(CF₂O)₂₀-NH₂），使用时，先将防结蜡涂料的底漆涂于石油管道的内表面，再将带活性基团的功能全氟聚醚涂于内表面的最外层。

实施例2

取20Kg聚氨酯投入反应釜中，加入50Kg二甲苯，升温至60度，在1000转/分的转速下，依次加入10Kg环氧树脂、11Kg不饱和聚酯、6Kg聚丙烯酸丁酯、0.1Kg异十三醇、4Kg氧化铝，搅拌5小时，冷却至室温，得到约100Kg防结蜡涂料的底漆。然后再称量3Kg带活性基团的全氟聚醚，使用时，先将防结蜡涂料的底漆涂于石油管道的内表面，再将带活性基团的全氟聚醚衍生物（结构式为NH₂-(CF₂O)₁₅-COF）涂于内表面的最外层。

实施例3

取20Kg聚氨酯投入反应釜中，加入50Kg环己烷，升温至40度，在1000转/分的转速下，依次加入10Kg环氧树脂、11Kg不饱和聚酯、5Kg聚丙烯酸丁酯、0.1Kg异十三醇、4Kg二氧化硅，搅拌5小时，冷却至室温，得到100Kg防结蜡涂料的底漆。然后再称量3Kg带活性基团的全氟聚醚，使用时，先将防结蜡涂料的底漆涂于石油管道的内表面，再将带活性基团全氟聚醚衍生物（结构式为FOC-(CF₂O)₂₀-COF）涂于内表面的最外层。

实施例4

取20Kg聚氨酯投入反应釜中，加入50Kg石油醚，升温至50度，在1000转/分的转速下，依次加入10Kg环氧树脂、10Kg不饱和聚酯、6Kg聚丙烯酸丁酯、0.1Kg异十三醇、4Kg氟化镧，搅拌5小时，冷却至室温，得到约100Kg防结蜡涂料的底漆。然后再称量4Kg带活性基团的全氟聚醚，使用时，先将防结蜡涂料的底漆涂于石油管道的内表面，再将带活性基团的全氟聚醚衍生物（结构式为OH-(CF₂O)₂₀-OH）涂于内表面的最外层。

实施例5

取20Kg聚氨酯投入反应釜中，加入50Kg甲苯，升温至50度，在1000转/分的转速下，依次加入10Kg环氧树脂、10Kg不饱和聚酯、6Kg聚丙烯酸丁酯、0.1Kg异十三醇、4Kg纳米二氧化钛，搅拌5小时，冷却至室温，得到约100Kg防结蜡涂料的底漆。然后再称量3Kg带活性基团的全氟聚醚，使用时，先将防结蜡涂料的底漆涂于石油管道的内表面，再将带活性基团的全氟聚醚衍生物（结构式为OH-(CF₂O)₂₀-COF）涂于内表面的最外层。

在温度为20℃、相对湿度为60%的条件下，对实施例2制备得到的防结蜡涂料进行性能测试，结果如下表：

检测项目	检验结果	技术指标	检验方法
				外观	合格	涂层无破损，有光泽	目测
硬度	0.53	0.5-0.6	GB1730
				附着力，MPa	14	不小于10	GB1720
冲击强度，cm	62	不小于50	GB1732
				柔韧性，mm	1	≤3	GB1731
耐盐雾性（3.5%NaCl）	200h以上	100h	GB1771
				耐油性	合格	48h涂层无明显变化	GB1739

Claims

1.一种用于输油管道的防结蜡涂料，由底漆和面漆组成，其特征在于：所述的底漆和面漆的重量比为100:2~5，所述的底漆包含以下质量百分含量的组分，

聚氨酯 10~30%，

环氧树脂 5~15%，

不饱和聚酯 5~15%，

无机填料 1~8%，

流平剂 2~10%；

消泡剂 0.05~2%；

溶剂余量；

所述的面漆为全氟聚醚衍生物。

2.根据权利要求1所述的一种用于输油管道的防结蜡涂料，其特征在于：所述的溶剂为丙酮、甲苯、二甲苯、环己烷、或者石油醚中的一种或几种的组合。

3.根据权利要求1所述的一种用于输油管道的防结蜡涂料，其特征在于：所述的不饱和聚酯是由顺丁烯二酸酐与丙二醇所合成的聚酯。

4.根据权利要求1所述的一种用于输油管道的防结蜡涂料，其特征在于：所述的无机填料为瓷粉、金刚砂、石棉粉、石墨粉、滑石粉、纳米二氧化硅、氧化铝、纳米二氧化钛、二硫化钼、氟化镧或氟化铈一种或几种的组合，所述的无机填料的粒度为0.05~50 mm。

5.根据权利要求1所述的一种用于输油管道的防结蜡涂料，其特征在于：所述的底漆中还含有适量的流平剂和消泡剂。

6.根据权利要求5所述的一种用于输油管道的防结蜡涂料，其特征在于：所述的流平剂采用聚丙烯酸丁酯，所述的消泡剂采用异十三醇。

7.根据权利要求1所述的一种用于输油管道的防结蜡涂料，其特征在于：全氟聚醚衍生物化学式为X-(CaF2aO)n-Y表示，式中X，Y能通过加成、缩合或开环反应而形成交联的不同官能团，n为1 – 500，a为0 – 4的整数，X 和Y 选自酰氟、全氟酮、环氧、羟基、胺、氢、酸、酰亚胺、乙酰乙酸酯、羟基封端的烷氧基硅烷、甲基丙烯酸酯、酯、乙烯基醚、丙烯基醚或者异氰酸酯基团。

8.权利要求1所述的用于输油管道的防结蜡涂料的制备方法，其特征在于：按照上述质量百分比称取各物质，先用溶剂将聚氨酯加热溶解，再依次加入环氧树脂、不饱和聚酯、流平剂、消泡剂、填料，搅拌1~15 h，冷至室温，得到底漆，再将全氟聚醚衍生物层粘附于底漆上即可。