CN109423162A - 原油管道防结蜡涂料及涂层制备方法 - Google Patents

原油管道防结蜡涂料及涂层制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种原油管道防结蜡涂料及涂层制备方法，属于特殊涂料技术领域。该复合涂料包括底涂涂料和面涂涂料，涂层具有防止原油管道结蜡并对管道提供防腐蚀防护等功能。本发明同时还公开了该涂料的制备方法和涂装工艺。

Description

原油管道防结蜡涂料及涂层制备方法
技术领域
本发明提供一种原油管道防结蜡涂料及涂层制备方法和涂装工艺，属于涂料技术领域。
背景技术
原油，即石油，被称作“工业的血液”，是人类社会发展所依赖的重要能源物资和工业生产原料，是重要的战略资源。石油主要由不同的碳氢化合物混合组成，其中(石)蜡是原油的重要成分之一。多数油田都富含蜡，部分油田甚至含蜡量在40％以上。蜡是由直链饱和烃为主组成的混合物，化学通式CnH2n+2，碳原子个数为18～45。在原油开采或运输过程中随着温度压力等条件的变化，蜡分子会结晶析出并在管道内壁沉积，引起抽油管和输油管道的堵塞，严重制约原油的采集和运输，造成巨大的经济损失。为了减少或消除管道结蜡带来的危害，目前采用的清防蜡措施主要有：机械清蜡、热力清蜡、防蜡剂清防蜡、磁防蜡、生物防蜡、合金器件防蜡等。但是这些方法仍然存在各种各样的问题，如成本高，实施难度大，需要定期停产处理等。在众多石油管道防结蜡方法中，管道内壁功能膜层具有制备简便、应用范围广等优势，已成为实现抽油管和输油管道防结蜡目标的一个重要的手段。
原油结蜡机理
原油结蜡的机理主要有四种，包括：分子扩散机理、布朗扩散机理、重力沉降机理和剪切弥散机理。其中分子扩散机理是原油结蜡的最主要的机理。在管道中原油通常是以层流的方式流动，当原油温度下降时，层流中会出现温度梯度。如果温度低于蜡晶析出的温度，蜡分子以固态形式析出混合在液态原油之中，此时的液态原油是蜡晶的饱和液。由于靠近管道内壁的原油与油流中心的原油存在温度梯度，这就产生了两个区域溶解蜡晶的浓度梯度。油流中心温度高，溶解蜡晶的浓度高，而靠近管道内壁的原油温度低，溶解蜡晶的浓度低，根据扩散原理，油流中心的蜡晶会向管道内壁方向扩散，而管道内壁较低的温度就导致了蜡分子的析出和沉积。
影响原油结蜡的因素
由于原油采集运输是一个复杂的系统，油温、原油与管壁温差，管道压力、原油成分都会影响到原油结蜡过程。
温度 温度是蜡析出和沉积的主要因素，因为温度直接影响着蜡在原油中的溶解度。蜡的溶解度会随着温度的升高而增加，反之，当温度降低时，蜡的溶解度也会随之下降，
原油组成 原油组成是影响蜡沉积的另一个重要因素。原油由饱和烃、芳香烃、沥青和胶质等成分组成。饱和烃通常为链状烷烃，由于其分子链具有较大的柔性，因而易于聚集结晶沉积。而环烷烃则因为其环状结构，分子具有较大的刚性，不易引起蜡沉积。芳香烃可以溶解长链烷烃，可以减小蜡沉积的趋势。对于极性成分，如沥青等则可能成为蜡结晶的形核点，引起蜡沉积。
压力 在原油开采过程中，压力对结蜡过程有较大的影响。原油在地层中受到较大压力的作用，蜡的溶解度也会变大。而采油时，原油从地层中运送到地面，由于压力的减小，会导致蜡溶解度的减小，引起蜡分子的结晶析出。
其他因素除了温度、原油组成、压力三个影响蜡沉积的主要因素以外，还有其他因素会影响蜡沉积，如原油流动速率、原油中气含量、管道粗糙度等。而且，由于抽油和输油过程是一个比较复杂的体系，各种因素综合作用也会影响蜡的沉积。
膜层防结蜡
功能膜层防蜡技术是重要的防蜡措施，通过涂、镀等表面处理技术在采集、输油管道内壁构造具有防蜡效果的功能膜层，具有广阔的应用和发展前景。通常由专用的涂料涂装而形成的防蜡膜层，更具有实用性。另外，防蜡膜层也具有一定的耐蚀效果，可以对管道提供保护作用。由于膜层的防结蜡研究涉及固——液界面的浸润与吸附状态，因此根据膜层所处的体系的不同，又分为单纯原油体系和油——水多相体系。
单纯原油体系中防结蜡膜层在单纯原油体系中的膜层防蜡机制主要是依靠光滑的低表面能膜层不易粘附蜡分子，使析出的蜡分子不易于吸附沉积在管道涂层表面并结晶长大，以达到防结蜡的目的。
制备低表面能膜层(即疏油疏水膜层)的基本途径
一般来说，制备超疏水性表面必须满足两个条件：一是物质的表面具有很低的固体表面能；二是在低表面能物质的表面上构建有一定粗糙度的微米与纳米相结合的阶层结构。其一，表面材料的润湿性是决定亲水和疏水的前提，因此，低表面能物质是是疏水性的最基本条件。其二，表面微细结构是显著提高其疏水性能的关键因素。从接触角方面来看，决定其疏水性的主要是表面基团，形貌仅仅强化这一效果。因此，在低表面能物质上构建微米与纳米相结合的阶层结构和在微米与纳米相结合的阶层结构上修饰低表面能的物质，是研制仿生超疏水性涂层的基本途径。
荷叶本身是不沾水的，这是由于荷叶表面具有粗糙的微观形貌以及疏水的表皮蜡。这种特殊的结构有助于锁住空气，进而防止水将表面润湿。水滴在荷叶上形成一个球形，而不是铺展开来，像这样的表面，就是“超疏水表面”。这种超疏水表面可以有效地防止被污水污染，并且表面的灰尘，杂质也会被雨水带走。这便是荷叶“出淤泥而不染”的原因了。荷叶这种自清洁性能被人们称为“荷叶效应”。近20年来，仿荷叶的人造超疏水表面不断涌现。然而，这项技术由于种种限制，一直未能大规模地应用。现有的很多超疏水表面，都容易被油污染失去超疏水性。而且在超疏水领域里，还有一个重要的问题——强度问题。由于超疏水表面依托于微米/纳米量级的微观结构，这种结构极易磨损，从而导致超疏水表面有着“不结实”的弱点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：
1、提供一种原油管道防结蜡涂料体系，与基体之间具有高的结合强度、耐磨性，能减少或消除原油管道结蜡带来的危害。
2、提供一种原油管道防结蜡涂料的制备方法。
3、提供一种原油管道防结蜡涂料的涂装工艺。
为解决上述技术问题本发明的技术方案是：提供一种原油管道防结蜡涂料涂层体系，包括底面涂料和面涂涂料。
所述底面涂料具有防腐功能包括如下质量份的原料：环氧树脂(E51)49.7～54.9；三聚磷酸铝7.6～8.4；钼改性磷酸锌10.5～11.6；钙离子交换颜料7.6～8.4；活性稀释剂(丁基缩水甘油醚)7.6～8.4；有机溶剂10.5～11.5；分散剂Byk306 0.17～0.84；增稠剂Byk410 0.17～0.84。
所述表面涂层主要包括以下质量份的原料：环氧树脂(E51)8.45～9.35；有机硅改性聚氨酯16.82～18.59；氟碳树脂16.82～18.59；氮化硼1.62～1.79；三氧化二锆1.62～1.79；疏水二氧化硅气凝胶5.04～5.57；氧化铈1.62～1.79；有机溶剂32.59～36.22；消泡剂0.09～0.11；流平剂5.04～5.57；含氟偶联剂4.47～4.94。
涂料制备方法
底面涂料的制备方法：
步骤1成膜树脂组分制备：
取环氧树脂(E51)加入有机溶剂、活性稀释剂稀释至合适浓度，即得到成膜树脂组分。步骤2功能填料组分制备
将三聚磷酸铝、钼改性磷酸锌、钙离子交换颜料、分散剂、增稠剂相结合后，经搅拌分散、研磨分散、制成功能填料分散体系。
步骤3底面涂料制备
将功能填料分散体系组份、成膜树脂组分混合均匀调节粘度、过滤、包装，即得到底涂料。
表面涂层的制备方法：
步骤1将环氧树脂(E51)、有机硅改性聚氨酯、氟碳树脂加入有机溶剂分散均匀，制得成膜树脂。
步骤2将氮化硼、三氧化二锆、疏水二氧化硅气凝胶、氧化铈混合研磨，使其细度＜50nm，得填料混合物。
步骤3将填料混合物缓慢加入成膜树脂中搅拌分散，加偶联剂分散均匀后再加助剂调节粘度、过滤包装制得表面涂层。
涂料的涂装工艺
采用喷涂涂装工艺：
①涂料原料稀释通常将原料稀释4倍后使用。
②底面涂层喷涂在经过处理后的基材上喷涂底面涂料，厚度为100～150μm(环境温度23℃时表干时间20-30min)。
③底面涂层表干后，进行面涂涂料涂装，厚度50～100μm。
④待涂装完成后，涂层干燥养护72小时以上方可使用。
具体实施方式
实施例1
一种原油管道防结蜡涂料涂层体系，包括底面涂料和面涂涂料。
所述底面涂料具有防腐功能包括如下质量份的原料：环氧树脂(E51)49.7；三聚磷酸铝7.6；钼改性磷酸锌10.5；钙离子交换颜料7.6；活性稀释剂(丁基缩水甘油醚)7.6；有机溶剂10.5；分散剂Byk306 0.76；增稠剂Byk410 0.76。
所述表面涂层主要包括以下质量份的原料：环氧树脂(E51)8.45有机硅改性聚氨酯16.82；氟碳树脂16.82；氮化硼1.62；三氧化二锆1.62；疏水二氧化硅气凝胶5.04；氧化铈1.62；有机溶剂32.59；消泡剂0.09；流平剂5.04；含氟偶联剂4.47。
涂料制备方法
底面涂料制备方法：
步骤1成膜树脂组份制备：
取环氧树脂(E51)加入有机溶剂、活性稀释剂稀释至合适浓度，即得到成膜树脂组份。步骤2功能填料分散体系制备
将三聚磷酸铝、钼改性磷酸锌、钙离子交换颜料、分散剂、增稠剂相结合后，经搅拌分散、研磨分散、制成功能填料分散体系。
步骤3底面涂料制备
将功能填料分散体系组份、成膜树脂组份混合均匀调节粘度、过滤、包装，即得到底涂料。
面涂涂料制备方法：
步骤1将环氧树脂(E51)、有机硅改性聚氨酯、氟碳树脂加入有机溶剂分散均匀，制得成膜树脂。
步骤2将氮化硼、三氧化二锆、；疏水二氧化硅气凝胶、氧化铈混合研磨，使其细度＜50nm，得填料混合物。
步骤3将填料混合物缓慢加入成膜树脂中搅拌分散，加偶联剂分散均匀后再加助剂调节粘度、过滤包装制得表面涂层。涂料的涂装工艺
采用喷涂涂装工艺：
①涂料原料稀释通常将原料稀释4倍后使用。
②底面涂层喷涂在经过处理后的基材上喷涂底面涂料，厚度为100～150μm(环境温度23℃时表干时间20-30min)。
③底面涂层表干后，进行面涂涂料涂装，厚度50～100μm。
④待涂装完成后，涂层干燥养护72小时以上方可使用。
实施例2
一种原油管道防结蜡涂料涂层体系，包括底面涂料和面涂涂料。
所述底面涂料具有防腐功能包括如下质量份的原料：环氧树脂(E51)52.3三聚磷酸铝8.0；钼改性磷酸锌11.1；钙离子交换颜料8.0；活性稀释剂(丁基缩水甘油醚)8.0；有机溶剂11.0；分散剂Byk306 0.8；增稠剂Byk410 0.8。
所述面涂涂料主要包括以下质量份的原料：环氧树脂(E51)8.9；有机硅改性聚氨酯17.7；氟碳树脂17.7；氮化硼1.7；三氧化二锆1.7；疏水二氧化硅气凝胶5.3；氧化铈1.7；有机溶剂34.3；消泡剂0.1；流平剂5.3；含氟偶联剂4.7。
涂料制备方法
底面涂料制备方法：
步骤1成膜树脂组份制备：
取环氧树脂(E51)加入有机溶剂、活性稀释剂稀释至合适浓度，即得到成膜树脂组份。
步骤2功能填料分散体系制备
将三聚磷酸铝、钼改性磷酸锌、钙离子交换颜料、分散剂、增稠剂相结合后，经搅拌分散、研磨分散、制成功能填料分散体系。
步骤3底面涂料制备
将功能填料分散体系组份、成膜树脂组份混合均匀调节粘度、过滤、包装，即得到底面涂料。
面涂涂料制备方法：
步骤1将环氧树脂(E51)、有机硅改性聚氨酯、氟碳树脂加入有机溶剂分散均匀，制得成膜树脂。
步骤2将氮化硼、三氧化二锆、疏水二氧化硅气凝胶、氧化铈混合研磨，使其细度＜50nm，得填料混合物。
步骤3将填料混合物缓慢加入成膜树脂中搅拌分散，加偶联剂分散均匀后再加助剂调节粘度、过滤包装制得表面涂层。涂料的涂装工艺
采用喷涂涂装工艺：
①涂料原料稀释通常将原料稀释4倍后使用。
②底面涂层喷涂在经过处理后的基材上喷涂底面涂料，厚度为100～150μm(环境温度23℃时表干时间20-30min)。
③底面涂层表干后，进行面涂涂料涂装，厚度50～100μm。
④待涂装完成后，涂层干燥养护72小时以上方可使用。
实施例3
一种原油管道防结蜡涂料涂层体系，包括底面涂料和面涂涂料。
所述底面涂料具有防腐功能包括如下质量份的原料：环氧树脂(E51)54.9；三聚磷酸铝8.4；钼改性磷酸锌11.6；钙离子交换颜料8.4；活性稀释剂(丁基缩水甘油醚)8.4；有机溶剂11.5；分散剂Byk306 0.84、增稠剂Byk410 0.84。
所述面涂涂料主要包括以下质量份的原料：环氧树脂(E51)9.35；有机硅改性聚氨酯18.59；氟碳树脂18.59；氮化硼1.79；三氧化二锆1.79；疏水二氧化硅气凝胶5.57；氧化铈1.79；有机溶剂36.22；消泡剂0.11；流平剂5.57；含氟偶联剂4.94。
涂料制备方法
底面涂料制备方法：
步骤1成膜树脂组份制备：
取环氧树脂(E51)加入有机溶剂、活性稀释剂稀释至合适浓度，即得到成膜树脂组份。步骤2功能填料分散体系制备
将三聚磷酸铝、钼改性磷酸锌、钙离子交换颜料、分散剂、增稠剂相结合后，经搅拌分散、研磨分散、制成功能填料分散体系。
步骤3底面涂料制备
将功能填料分散体系组份、成膜树脂组份混合均匀调节粘度、过滤、包装，即得到底涂料。
面涂涂料制备方法：
步骤1将环氧树脂(E51)、有机硅改性聚氨酯、氟碳树脂加入有机溶剂分散均匀，制得成膜树脂。
步骤2将氮化硼、三氧化二锆、疏水二氧化硅气凝胶、氧化铈混合研磨，使其细度＜50nm，得填料混合物。
步骤3将填料混合物缓慢加入成膜树脂中搅拌分散，加偶联剂分散均匀后再加助剂调节粘度、过滤包装制得表面涂层。涂料的涂装工艺
采用喷涂涂装工艺：
①涂料原浆稀释通常将原浆稀释4倍后使用。
②底面涂层喷涂在经过处理后的基材上喷涂底面涂料，厚度为100～150μm(环境温度23℃时表干时间20-30min)。
③底面涂层表干后，进行面涂涂料涂装，厚度50～100μm。
④待涂装完成后，涂层干燥养护72小时以上方可使用。

Claims (15)

1.一种原油管道防结蜡涂料及涂层制备方法，其特征在于该涂料包括底涂涂料和面涂涂料：
1.1底涂涂料制备方法
将成膜树脂组份加入适量活性稀释剂和有机溶剂1000rpm搅拌10-15min，再加入功能填料组份混合分散均匀，依次加入助剂调节粘度、过滤、包装，即得到底涂涂料。
1.2面涂涂料的制备方法：
将填料混合物缓慢加入成膜树脂中搅拌分散，加助剂调节粘度、过滤包装制得到面涂涂料。
2.根据权利要求1.1所述的原油管道防结蜡涂料及涂层制备方法，其特征在于，所述成膜树脂为环氧树脂(E51)。
3.根据权利要求2所述的原油管道防结蜡涂料及涂层制备方法，其特征在于，所述环氧树脂(E51)的质量份为：49.7～54.9。
4.根据权利要求1.1所述的原油管道防结蜡涂料及涂层制备方法，其特征在于，所述的功能填料组份为：三聚磷酸铝、钼改性磷酸锌、钙离子交换颜料。
5.根据权利要求4所述的原油管道防结蜡涂料及涂层制备方法，其特征在于，所述的功能填料组份的质量份为：三聚磷酸铝7.6～8.4、钼改性磷酸锌10.5～11.6、钙离子交换颜料7.6～8.4。
6.根据权利要求1.1所述的原油管道防结蜡涂料及涂层制备方法，其特征在于，所述的活性稀释剂为丁基缩水甘油醚。
7.根据权利要求6所述的原油管道防结蜡涂料及涂层制备方法，其特征在于，所述丁基缩水甘油醚的质量份为：7.6～8.4。
8.根据权利要求1.1所述的原油管道防结蜡涂料及涂层制备方法，其特征在于，所述助剂及质量份为：分散剂Byk306 0.17～0.84，增稠剂Byk410 0.17～0.84。
9.根据权利要求1.2所述的原油管道防结蜡涂料及涂层制备方法，其特征在于，所述成膜物质为：环氧树脂(E51)、有机硅改性聚氨酯、氟碳树脂。
10.根据权利要求9所述的原油管道防结蜡涂料及涂层制备方法，其特征在于，所述成膜物质质量份的为：环氧树脂(E51)8.45～9.35、有机硅改性聚氨酯16.82～18.59、氟碳树脂16.82～18.59。
11.根据权利要求1.2所述的原油管道防结蜡涂料及涂层制备方法，其特征在于，所述填料混合物为：氮化硼、三氧化二锆、疏水二氧化硅气凝胶和氧化铈。
12.根据权利要求11所述的原油管道防结蜡涂料及涂层制备方法，其特征在于，所述填料混合物的质量份为：氮化硼1.62～1.79、三氧化二锆1.62～1.79、疏水二氧化硅气凝胶5.04～5.57、氧化铈1.62～1.79。
13.根据权利要求1.2所述的原油管道防结蜡涂料及涂层制备方法，其特征在于，所述有机溶剂及质量份为：二甲苯32.59～36.22。
14.根据权利要求1.2所述的原油管道防结蜡涂料及涂层制备方法，其特征在于，所述助剂及质量份为：消泡剂异十三醇0.09～0.11、流平剂聚丙烯酸丁酯5.04～5.57。
15.根据权利要求1.2所述的原油管道防结蜡涂料及涂层制备方法，其特征在于，所述含氟偶联剂质量份为：4.47～4.94。
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