CN113357448B - 一种抗静电内减阻天然气输送防腐钢管及其制备方法 - Google Patents

一种抗静电内减阻天然气输送防腐钢管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗静电内减阻天然气输送防腐钢管及其制备方法，由外向内依次包括：外壁防腐涂层、钢管和内壁防腐抗静电涂层，其中，所述外壁防腐涂层为3PE涂层或环氧涂层；内壁防腐抗静电涂层包括内层防腐涂层和外层抗静电防腐涂层，内层防腐涂层位于钢管与外层抗静电防腐涂层之间；所述外层抗静电防腐涂层的材料为导电材料与环氧树脂的混合物，所述导电材料选自导电炭黑、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种。以实现天然气管道内壁良好防腐性能；降低天然气输送管道内壁粗糙度、提高天然气输送效率、降低能耗；天然气输送管道内壁电荷及时导出等目的。

Description

一种抗静电内减阻天然气输送防腐钢管及其制备方法
技术领域
本发明属于天然气输送钢管制备技术领域，具体涉及到一种抗静电内减阻天然气输送防腐钢管及其制备方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
天然气由各种碳氢化合物及非烃类气体组成，主要成分有甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、戊烷和硫化氢、二氧化碳等。天然气在输送前需进行脱硫处理，但在脱硫后硫化氢气体仍然存在，硫化氢与二氧化碳等酸性气体在水的作用下会直接与金属发生化学反应，造成管道内壁腐蚀、结垢，从而使管道流通面积减少，输气能力降低。
为解决天然气输气管道的腐蚀问题，延长管道使用寿命，降低腐蚀速率，相关行业与部门就钢管内外壁防腐工作进行了长期的研究与开发。对于管道外防腐层，目前市场上常为三层结构聚乙烯防腐层和熔结环氧粉末防腐层，对于管道内壁目前有两种选择，一是不做防腐，二是涂敷减阻涂料。
发明人发现，钢管内壁不做防腐的缺点如下：1、硫化氢与二氧化碳等酸性气体在水的作用下会直接与金属发生化学反应，造成管道内壁腐蚀、结垢，从而使管道流通面积减少，输气能力降低；2、管道需定期清管，增加运行维护费用；3、因腐蚀的存在，管道安全运行使用寿命降低。涂敷减阻涂料的缺点如下：1、目前内减阻涂料多为溶剂型，溶剂中的挥发性有机化合物(VOC)对人与环境产生不利影响；2、减阻涂料不具备导电性能，输气过程中因摩擦产生的静电无法及时导出，电荷集聚将产生危险电压，一旦泄露将造成巨大的损失。所以，目前石油、天然气等长输管道都需要辅以阴极保护进行，阴极保护可采用强制电流法、牺牲阳极法或两种方法结合的方式进行，阴极保护应与防腐层联合实施。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种抗静电内减阻天然气输送防腐钢管及其制备方法。以实现天然气管道内壁良好防腐性能；降低天然气输送管道内壁粗糙度、提高天然气输送效率、降低能耗；天然气输送管道内壁电荷及时导出等目的。
为解决以上技术问题，本发明的以下一个或多个实施例提供了如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种抗静电内减阻天然气输送防腐钢管，由外向内依次包括：外壁防腐涂层、钢管和内壁防腐抗静电涂层，其中，
所述外壁防腐涂层为3PE涂层或环氧涂层；
内壁防腐抗静电涂层包括内层防腐涂层和外层抗静电防腐涂层，内层防腐涂层位于钢管与外层抗静电防腐涂层之间；
所述外层抗静电防腐涂层的材料为导电材料与环氧树脂的混合物，所述导电材料选自导电炭黑、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种。
第二方面，本发明提供所述抗静电内减阻天然气输送防腐钢管的制备方法，包括如下步骤：
清除待处理钢管表面的油脂和污垢，并对钢管进行除锈；
对钢管进行加热，然后在钢管的内外壁分别涂覆内壁防腐抗静电涂层和外壁防腐涂层；
内壁防腐抗静电涂层的涂覆方法为：先涂覆内层防腐涂层，再涂覆外层抗静电防腐涂层，或同时涂覆内层防腐涂层和外层抗静电防腐涂层；
外层抗静电防腐涂层的材质为导电材料与环氧树脂的混合物，所述导电材料选自导电炭黑、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明的以上一个或多个技术方案取得了以下有益效果：
钢管的内壁设置有内层防腐涂层和外层抗静电防腐涂层，两层防腐涂层相互配合，可以取得更好的防腐效果。
外层抗静电防腐涂层的材质是导电炭黑、碳纳米管或石墨烯等导电材料与环氧树脂的混合物，可以提高其导电性能，进而可以将钢管内壁的电荷及时导出。此外，该种材料为无溶剂型材料，使用过程中无溶剂排放，安全环保。
内层防腐涂层与钢管之间具有良好的附着力，外层抗静电防腐涂层的基体材料为环氧树脂，与内层防腐涂层的基体材料相同，可以提高外层抗静电防腐涂层在钢管内壁的附着性能，进而提高内壁防腐涂层的使用寿命。
通过对钢管内壁进行预处理、涂覆涂层，可以降低钢管内壁的粗糙度，进而可以提高天然气输送效率，降低能耗。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例的抗静电内减阻天然气输送防腐钢管的横截面剖视图结构示意图。
图2为图1A处的放大图。
图3为本发明实施例抗静电性能的测试示意图。
其中：1、外壁防腐涂层；2、钢管；3、内层防腐涂层；4、外层抗静电防腐涂层。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
第一方面，本发明提供一种抗静电内减阻天然气输送防腐钢管，由外向内依次包括：外壁防腐涂层、钢管和内壁防腐抗静电涂层，其中，
所述外壁防腐涂层为3PE涂层或环氧涂层；
内壁防腐抗静电涂层包括内层防腐涂层和外层抗静电防腐涂层，内层防腐涂层位于钢管与外层抗静电防腐涂层之间；
所述外层抗静电防腐涂层的材料为导电材料、环氧树脂、酚醛固化剂的混合物，所述导电材料选自导电炭黑、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种。
其中的3PE涂层为三层聚乙烯防腐涂层，为常规的防腐涂层。
在一些实施例中，外壁防腐涂层的厚度为2.0～4.2mm。
在一些实施例中，内层防腐涂层的厚度为0.2～0.5mm，外层抗静电防腐涂层的厚度为0.1～0.3mm。
在一些实施例中，导电材料与环氧树脂的质量比为1:99-5:95。
第二方面，本发明提供所述抗静电内减阻天然气输送防腐钢管的制备方法，包括如下步骤：
清除待处理钢管表面的油脂和污垢，并对钢管进行除锈；
对钢管进行加热，然后在钢管的内外壁分别涂覆内壁防腐抗静电涂层和外壁防腐涂层；
内壁防腐抗静电涂层的涂覆方法为：先涂覆内层防腐涂层，再涂覆外层抗静电防腐涂层，或同时涂覆内层防腐涂层和外层抗静电防腐涂层；
外层抗静电防腐涂层的材质为导电材料与环氧树脂的混合物，所述导电材料选自导电炭黑、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种。
在一些实施例中，经过除锈后的等级应达到GB/T8923.1-2011规定的Sa2.5级要求，锚纹深度达到50-100μm。
进一步的，除锈的方法为抛丸或喷砂除锈。
进一步的，除锈结束后，还包括采用清洁、干燥、无油的压缩空气将钢管内部的颗粒物清除干净的步骤。
在一些实施例中，对钢管进行加热的方式为中频加热或链式炉加热。
进一步的，经过加热后的钢管的表面温度为130℃-200℃。
在一些实施例中，导电材料与环氧树脂的质量比为1:99～5:95。
实施例1
一种抗静电内减阻天然气输送防腐钢管，由外向内依次包括：外壁防腐涂层、钢管和内壁防腐抗静电涂层，其中，
所述外壁防腐涂层为3PE涂层，其厚度为2.5mm；
内壁防腐抗静电涂层包括内层防腐涂层和外层抗静电防腐涂层，内层防腐涂层位于钢管与外层抗静电防腐涂层之间；内层防腐涂层的厚度为0.4mm，外层抗静电防腐涂层的厚度为0.1mm。
所述外层抗静电防腐涂层的材料为导电材料与环氧树脂的混合物，所述导电材料为导电炭黑，导电炭黑和环氧树脂的质量比为2:98。
在防腐层涂敷前，先清除钢管表面的油脂和污垢等附着物，然后进行抛丸除锈。除锈等级应达到GB/T8923.1-2011规定的Sa2.5级要求，锚纹深度达到50μm～100μm，表面经除锈处理后，应用清洁、干燥、无油的压缩空气将管道内部的砂粒、尘埃、锈粉等微尘清除干净。将除锈后的钢管通过链式炉进行加热，使钢管表面的温度达到180℃，先在钢管内壁涂敷普通熔结环氧粉末，再采用静电喷涂工艺涂敷抗静电性能的导电炭黑与环氧树脂的混合物粉末，涂覆后进行固化、冷却，最后进行外壁3PE涂敷，经管端处理后完成管材的加工。
防腐层附着力测定使用GB/T 23257-2017附录C中的方法进行测试，测试结果为1级。
防腐层抗阴极剥离性能试验GB/T 23257-2017附录D中的方法进行测试，65℃条件下，进行30天试验，剥离距离为11mm。
抗静电性能的测试实验过程(参照MT 181进行)如下：使用导电胶将铝或铜箔粘附于管材内壁表面，并粘附一周，两电极间距为1000mm，将两电极通过引线接入高阻仪，施加50V电压1min后，读出电阻数据，检测如图3所示；测试值为2.5×108Ω。
实施例2
一种抗静电内减阻天然气输送防腐钢管，由外向内依次包括：外壁防腐涂层、钢管和内壁防腐抗静电涂层，其中，
所述外壁防腐涂层为3PE涂层，其厚度为3.8mm；
内壁防腐抗静电涂层包括内层防腐涂层和外层抗静电防腐涂层，内层防腐涂层位于钢管与外层抗静电防腐涂层之间；内层防腐涂层的厚度为0.4mm，外层抗静电防腐涂层的厚度为0.3mm。
所述外层抗静电防腐涂层的材料为导电材料与环氧树脂的混合物，所述导电材料为导电石墨，导电石墨和环氧树脂的质量比为5:95。
该防腐钢管先进行外三层结构聚乙烯防腐层的加工，后进行内壁防腐涂层的加工。
在防腐层涂敷前，先清除钢管表面的油脂和污垢等附着物，然后进行喷砂除锈。除锈等级应达到GB/T8923.1-2011规定的Sa2.5级要求，锚纹深度达到50μm～100μm，表面经喷砂处理后，用清洁、干燥、无油的压缩空气将管道内部的砂粒、尘埃、锈粉等微尘清除干净。
将除锈后的钢管通过中频加热，使钢管表面的温度达到150℃，进行外壁3PE涂敷，管端处理后，采用高压无气喷涂方式先喷涂普通液体环氧涂料，后喷涂抗静电的液体环氧与导电石墨的混合涂料，经固化、流平后完成管材的加工。
防腐层附着力测定使用GB/T 23257-2017附录C中的方法进行测试,测试结果为1级。
防腐层抗阴极剥离性能试验GB/T 23257-2017附录D中的方法进行测试，65℃条件下，进行30天试验，剥离距离为5mm。
抗静电性能的测试实验过程(参照MT 181进行)如下：使用导电胶将铝或铜箔粘附于管材内壁表面，并粘附一周，两电极间距为1000mm，将两电极通过引线接入高阻仪，施加50V电压1min后，读出电阻数据；测试值为3*104Ω。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种抗静电内减阻天然气输送防腐钢管，其特征在于：由外向内依次包括：外壁防腐涂层、钢管和内壁防腐抗静电涂层，其中，
所述外壁防腐涂层为3PE涂层或环氧涂层；
内壁防腐抗静电涂层包括内层防腐涂层和外层抗静电防腐涂层，内层防腐涂层位于钢管与外层抗静电防腐涂层之间；
所述外层抗静电防腐涂层的材料为导电材料与环氧树脂的混合物，所述导电材料选自导电炭黑、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种；
所述内层防腐涂层的材料为环氧树脂；
所述外层抗静电防腐涂层的材料为非溶剂型材料。
2.根据权利要求1所述的抗静电内减阻天然气输送防腐钢管，其特征在于：外壁防腐涂层的厚度为2～4.2mm。
3.根据权利要求1所述的抗静电内减阻天然气输送防腐钢管，其特征在于：内层防腐涂层的厚度为0.2～0.5mm，外层抗静电防腐涂层的厚度为0.1～0.3mm。
4.根据权利要求1所述的抗静电内减阻天然气输送防腐钢管，其特征在于：导电材料与环氧树脂的质量比为1:99～5:95。
5.权利要求1-4任一所述抗静电内减阻天然气输送防腐钢管的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
清除待处理钢管表面的油脂和污垢，并对钢管进行除锈；
对钢管进行加热，然后在钢管的内外壁分别涂覆内壁防腐抗静电涂层和外壁防腐涂层；
内壁防腐抗静电涂层的涂覆方法为：先涂覆内层防腐涂层，再涂覆外层抗静电防腐涂层，或同时涂覆内层防腐涂层和外层抗静电防腐涂层；
外层抗静电防腐涂层的材质为导电材料与环氧树脂的混合物，所述导电材料选自导电炭黑、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的抗静电内减阻天然气输送防腐钢管的制备方法，其特征在于：经过除锈后的等级应达到GB/T8923.1-2011规定的Sa2.5级要求，锚纹深度达到50～100μm。
7.根据权利要求5所述的抗静电内减阻天然气输送防腐钢管的制备方法，除锈的方法为抛丸或喷砂除锈。
8.根据权利要求5所述的抗静电内减阻天然气输送防腐钢管的制备方法，其特征在于：除锈结束后，还包括采用清洁、干燥、无油的压缩空气将钢管内部的颗粒物清除干净的步骤。
9.根据权利要求5所述的抗静电内减阻天然气输送防腐钢管的制备方法，其特征在于：对钢管进行加热的方式为中频加热或链式炉加热。
10.根据权利要求9所述的抗静电内减阻天然气输送防腐钢管的制备方法，其特征在于：经过加热后的钢管的表面温度为130℃～200℃。
11.根据权利要求5所述的抗静电内减阻天然气输送防腐钢管的制备方法，其特征在于：导电材料与环氧树脂的质量比为1:99～5:95。
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