（中石油大庆石化公司  黑龙江大庆 163711）

摘 要：对于LNG储罐二次维修，因盛装天然气体易燃易爆属于一级防火、防爆管理。现场施工不能采用机械喷砂的方法，这样达不到常规涂料要求的金属表面Sa2.5级的质量标准，保证不了防腐涂层的施工质量。本文根据现场的情况，采用了一种免喷砂低表面处理防腐涂料。该材料打破了常规涂料对金属表面处理的标准。该项涂料技术对在用LNG储罐二次防腐施工是唯一选择的方法。介绍了一种高性能体系的“免喷砂长效防腐涂层技术”，通过十几年在成市大气、海洋大气、化工大气钢结构、设备等使用证明防腐效果好，使用寿命长，超出了常规防腐涂料涂层使用寿命1倍以上。消除了现场施工的安全隐患、环境污染。特别是施工成本成倍的减少，该项技术目前国内领先的。

关键词：LNG储罐、二次防腐施工、防火防爆、免喷砂技术涂层、安全、环保、成本低

1 概况

1.1 LNG储罐使用概况

沿海的LNG储备库，因临近海边空气湿度及盐度大，LNG储罐罐体、罐体扶梯、罐顶护栏等保护设施锈蚀严重，罐区内消防管线及部分工艺管线油漆脱落、发生锈蚀等，罐顶法兰、阀门等锈蚀。保护层脱层，影响使用寿命，存在较大安全隐患。需要现场二次防腐蚀施工。

1.2施工场所防爆要求

因LNG石油天燃气属于1级防火防爆区，要求施工中严禁使用产生火花及静电的工具及设施。因采用金属表面处理无论采用机械喷砂，干式或湿式都存在安全隐患，都不能采取。采用其它的安全施工方法，金属表面处理达不到常规防腐涂料要求，工程质量没有保证。

2 LNG储罐腐蚀情况

2.1 LNG储罐腐蚀情况

LNG储罐外罐工作压力17KPa，主要材质为Q345R，外壁的工作温度为环境温度，使用环境为海洋环境。

现场检查，罐体出现多发锈蚀点，说明罐体防腐涂层失效；工艺管路部分涂层失效；盘梯护栏、直梯护栏、罐顶护栏出现明显锈蚀，局部锈断、焊接点脱开；盘梯、直梯及罐顶检修通道部分钢构出现锈蚀；弹簧吊架、部分阀门出现涂层失效、锈蚀；部分混凝土桩基钢筋外露、锈蚀，具体见下图1~4：

3 腐蚀原因

暴露在大气中的钢结构金属表面数量很大，引起的金属损失也很大的。大气腐蚀使许多金属结构遭到严重破坏，工业大气、海洋大气中钢结构腐蚀更加厉害。常见的钢结构、钢制平台表等材料均遭到严重的腐蚀。

3.1一般大气

大气环境下的钢结构受阳光、风沙、雨雪、霜露及一年四季的温度和湿度变化作用，其中大气中的氧和水分是造成户外钢铁结构腐蚀的重要因素，易引起电化学腐蚀^【1】。 

3.2海洋大气

环境中很容易形成含有氯化钠、氯化镁等无机盐成分的水膜，与清洁大气中形成的冷凝水膜比，钢材的腐蚀速度能增加8倍以上。例如，普通碳钢制作的金属结构如平台格栅和楼梯格栅、平台、栏杆等的腐蚀严重，而钢梁、钢支架等出现大面积涂层破损和锈蚀。

总之，大气腐蚀是常见的一种腐蚀现象，据统计，由于大气腐蚀所造成金属损失量约占总的腐蚀量的50％左右。 

4 钢储罐采用的常规防护方法 

钢储罐的防护方法，大部分还是以防腐蚀涂层进行保护。对钢储罐进行防腐施工，特别是长效防腐技术的运用就显得优为重要。如果钢储罐能够在15～50年免维护的话，将节省大量的维护经费，并大大提高储罐的安全性与使用寿命。

4.1目前防腐方法存在的问题

 到目前为止，从储罐的使用企业、设计和施工单位存在对储罐的长效防腐的重要性缺乏足够的重视，依然停留在传统的防腐技术上，后期的维护也跟不上。并且，即使是传统的涂装防腐，由于在施工过程中防腐施工技术不过关，经常造成储罐过早的腐蚀或破坏。

 4.2防腐涂料涂层的失效机理 

涂料的涂层是对储罐等提供的防腐蚀保护为主，涂料涂层的老化、粉化使这种作用减弱或失去作用。其阴极保护作用的锌粉是靠油漆中有机粘合才能与钢铁相结合，随着有机物的裂解、老化使锌粉无法与钢铁相结合，这样阴极保护作用自然消失。    

油漆涂层本身有无数微针孔，长期处在盐雾、潮湿环境下，氯离子、水分子等会透过针孔腐蚀基体金属，在油漆层与基体金属交界处钢铁腐蚀产物体积积聚膨胀，导致油漆层剥落，腐蚀并沿着油漆层剥落处四周迅速扩展，导致整个防腐体系失效。 

由于设备使用等多方面的综合因素。当防腐蚀涂料的选择不当造成过早的失效，没有达到设计的期望值。

5 金属防腐涂层失效原因

5.1金属防腐涂层破损

目前储罐常规防腐蚀涂层的使用寿命，按工业界的要求一般使用6年以上，在城市大气中要求使用10年以上。但是由于防腐蚀涂料的或是金属表面处理不到位的等几种综合的因素影响，往往是达不到我们的设计期望值。   

5.2常规防腐蚀技术存在问题

金属腐蚀是多种因素所引起的，归纳起来主要有：①金属材料本身化学成分和结构；②金属表面光洁度（氧浓度差电池腐蚀）；③与金属表面接触的溶液成分及pH值；④环境温度和湿度；⑤与金属表面相接触的各种环境介质。

5.3常规储罐表面处理要求

储罐防腐施工按GBT8923.1-2011《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等表面》中达到Sa2.5级。常规防腐蚀技术的涂料防腐蚀的效果与表面预处理方法直接有关，表面与处理方法是十分重要的。如果现场施工由现场的条件限制，只能采用手工除锈时， 不能很好地解决好防腐蚀涂层与金属表面的粘结问题。

据有关资料介绍，涂层使用寿命受 3 方面因素制约：表面处理，占 60%；涂装施工，占 25%；涂料本身质量，占 15% 。所以采用常规的涂料防腐蚀必须按要求处理好金属表面。

5.4传统金属除锈存在问题^[2]

现场除锈防腐工艺：抛丸除锈；喷砂除锈；人工打磨除锈。

（1）投资大：抛丸和喷砂除锈都需要事先购买除锈设备投资大；成本高；设备维护高。

（2）影响环境及环境卫生：在使用抛丸和喷砂除锈的同时会产生大量的灰尘，严重污染环境；影响施工人员的身体健康；灰尘对环境也存在着很大的污染。

（3）人工机械打磨：需要工人手动来完成除锈的工艺，而且这些施工基本都是在室外，对施工人员的劳动强度大大的加大了。

（4）施工时间长:现场金属表面处理的工作量占整个防腐蚀施工工作量的60~70%。

6 储罐金属表面腐蚀要解决的问题

6.1目前亟待解决的问题

对于现场金属表面的处理采用机械喷砂有一定的困难。主要是现场环保、安全不允许。

如果采用常规的防腐方法，首先进行金属表面处理存在问题，一是采用机械喷砂处理的方法现场不具备条件；二是喷砂施工对防火、防爆及环境有影响；三是采用常规的防腐蚀涂料金属采用低表面处理工程质量没有保证。

所以大量的在用储罐二次涂装要达到预期的使用寿命，需要一种低表面处理防腐蚀涂料。

6.2低表面处理存在的主要问题

目前低表面处理往往满足不了常规防腐底漆对金属表面处理的要求，一般不推荐使用。

所以，储罐等进行二次防腐蚀修复时，如何保证施工质量这是防腐蚀施工的一个难题。

6.3免喷砂防腐技术解决现场施工问题

通过对我国涂料防腐技术的对比筛选，认为采用带锈涂装可以解决金属表面低表面处理的防腐蚀问题。

6.3.1低表面处理涂料的基本要求^[1]

（1）良好的渗透性与附着力： 涂料首先要具备良好的渗透性，能充分浸润基材表面，不但能够渗透疏松多孔的锈层或闪锈，还要能够渗透经过扫砂/拉毛处理/局部羽化的旧有涂层的微裂纹或微孔，确保涂料与基材接触面积的最大化，同时还要保持漆膜的连续性和成膜性等。

（2）足够的柔韧性：涂层要具有优异的抗开裂性能，即能够容忍涂料与基材之间的膨胀系数差异，如新旧涂层之间的差异、涂料与附着牢固的残锈及氧化皮之间的差异等等。

（3）兼容性：要求低表面处理涂料与旧有涂层之间的匹配性，除此之外，该类型涂料还要容忍相对较差的微气候条件或极端的特定条件：如常见的低温、高湿以及基材表面的潮湿等，甚至待维修设备表面的高温等等。

6.3.2产品性能要求

目前低表面容忍性环氧涂料应用最广、用量最大，根据HG/T 4564-2013行业标准列出几项重要的产品性能要求，见表2：

表2                         几项重要的产品性能要求

7 LNG储罐防腐涂层设计

7.1金属腐蚀等级确认

由于沿海的钢结构长期受海洋大气的腐蚀，使钢结构使用寿命缩短。所以，选择漆膜的抗老化、抗渗透性、耐酸碱的能力及涂料的保光性，是延长涂层使用寿命较好的方法。

涂料选用、施工、验收原则要求参照国际标准《ISO12944色漆和清漆—防护涂料体系对钢结构的保护》，执行《SH3022-1999石油化工设备和管道涂料防腐蚀技术规范》和《SHT3603-2009石油化工钢结构防腐蚀涂料应用技术规程》。根据在沿海工业地区对金属表面采取防腐蚀措施，腐蚀等级按C4高等级进行设计。涂层设计厚度为230μm,设计使用寿命10年以上。

7.2防腐蚀设计

底面处理 —2道底漆 —2道中间漆 —2道面漆。其中：

（1）底面处理：采用高压水射流技术，该方法在有防火、防爆要求时使用是安全的。现场施工复合环保要求，没有粉尘等产生。

（2）底漆：采用低表面处理钛纳米底漆，该底漆可以免喷砂进行涂装。

（3）中间漆：采用耐腐蚀、抗渗透能力强的钛纳米漆。

（4）面漆：采用耐腐蚀、抗老化、耐紫外线的氟碳漆。

8 防腐设计工艺介绍与分析

8.1金属表面处理采用高压水射流技术特点

因为现场施工LNG储罐属于石油化工1级防火防爆场所，防腐材料选择了金属表面低表面处理免喷砂涂料。采用高压水射流技术对金属表面处理较为适合。高压水清洗是一项可靠、经济实用的清洗技术。与化学清洗相比，高压水清洗具有如下特点：

（1）清洗质量好：高压水清洗金属表面锈蚀产物及原有涂层时，可以把附着力不好的清除干净，留下的是具有较好附着力的锈蚀产物及原有漆膜。但对金属没有任何破坏作用。

（2）清洗速度快：由于水射流的冲刷、楔劈、剪切、磨削等复合破碎作用，可迅速将锈蚀物等打碎脱落，比传统的机械及手工方法清洗速度快几倍到十几倍。同时，采用高压水清洗后的部件，无需进行二次洁净处理。

（3）无环境污染：高压水清洗是以清水为介质，因而高压水清洗不像喷砂简单的机械清理那样产生大量粉尘，污染大气环境，损害 人体健康。以清水为介质水射流，无臭、无味、无毒，喷出的射流雾化后，还可降低作业区的空气粉尘浓度，不会造成任何污染。

8.2低表面处理钛纳米底漆防腐涂层技术介绍

采用“免喷砂高性能体系技术“，主要是由钛纳米低表面底漆+钛纳米聚合物涂料面漆+氟碳漆组成。涂层已经达到或超过表2低表面处理涂料的基本要求。

8.2.1 钛纳米低表面处理底漆介绍

通过对国内防腐蚀涂料筛选，钛纳米低表面处理底漆，简称“金属漆“能满足现场低表面处理的要求。

8.2.1.1金属漆原理及施工特点

（1）金属漆的原理：是它与带锈钢材表面有突出的结合力。金属漆发挥了新型聚合物的特殊功能，它具有极大的渗透性，能透入钢材表面还存在锈粒的小孔内，直到生锈部位的根源，开始修复物体，在修复过程中，聚合物内的分子吸收周围水分在固化的过程中产生膨胀，从而堵塞了小孔，使金属漆与生锈物质结合在一起与周围介质隔绝，起到封闭作用。

（2）金属漆施工特点：①对钢结构除锈要求等级低，要求把金属表面浮锈去掉，直接在带锈钢铁表面涂刷；②省工省时，施工工艺简单；③可根据现场施工环境的温度、湿度对产品进行调整。以达到最好的施工效果。

8.2.1.2产品特点

（1）高性能防腐涂层：属于防腐蚀涂料的金属带锈防腐的高性能产品。

（2）试用面广：可直接涂于生锈、金属裸面以及涂过漆的金属表面上，能渗透到锈蚀层内部和增强对金属的保护。可以做为“底面合一“的防护涂层。

（3）施工方便： 无需喷砂和打磨出金属裸面，也无需对光滑的表面进行打磨来提高附着力。

（4）粘结力好：对所有金属、锈迹钢、镀锌金属、热浸镀锌金属，无论其表面是新的、生锈的还是从前涂过漆的，都可直接施工能产生极好的附着力。  

8.2.1.3典型业绩介绍 

该材料成功的在大气、工业大气、海洋大气上应用，提高了设备、钢结构的使用寿命。与目前常规的涂料涂装相比降低了投资成本。特别是在石油化工的钢结构、储油罐的内外壁应用获得了很好的效果。具体如下：

（1）大庆引航石油化工有限公司：外壁防腐：2009年1月投入使用（涂装3道金属漆，防腐涂层120µm），到目前为止经过近12年的使用，效果很好。表面涂层没有老化、粉化、起皮、鼓泡，仍然有原有的漆膜光泽。具体见图21~22。划痕检查漆膜不脆、表现出有一定韧性见图24。

使用12年后的效果                                                                                                               划痕检查

（2）上海东方明珠电视塔钢结^[2]： 2005年上海东方明珠电视塔钢结构及空调管廊急需维护，但要不影响正常工作，由于现场塔高的限制，用原有的防腐除锈方案是很难解决问题，采用金属漆彻底解决了这类难题，随后在上海东方绿舟亦采用了同样方法用于桥上，航空母舰武器上。

详细介绍可见2005年2月《腐蚀与防护》第27卷第2期“封锈漆—维修用新型防腐蚀涂料”。

由东方明珠电视塔有限公司工程部潘文杰、徐国根撰写的论文结论为：此漆表面处理要求不高,可直接刷涂于尚有锈层及旧漆的表面上.处理后的保护性能经中国船舶总公司非金属材料技术检测中心测试,结果良好。防腐效果可以达到喷砂处理价高性能涂料的效果。这种维修用的材料，省时、省工，施工工艺简单，对钢结构维修带来了方便。目前已经使用15年多，效果很好。

⑶大庆石化丙酮氰醇卧式罐：涂装后使用10年情况。

表面处理后涂装前                                                                                                                           使用10年后

从以上使用证明，这类问题采用常规涂料，金属低表面处理根本不能完成的任务。

8.3钛纳米聚合物中间漆使用特点

海洋防腐蚀涂料防护周期短，耐久性提升亟待解决。我国目前大部分海洋防腐蚀涂料还是以传统防腐蚀涂料为主要应用涂料，其防护周期短，耐蚀性欠佳，造成其应用范围大大减少。

8.3.1主要特点  

钛纳米涂料在工业界严酷工况环境下使用解决金属、非金属的腐蚀，优于现有的特种防腐材料。其主要是钛纳米材料的分子结构决定的。

（1）涂层含有钛金属：由于结构中引入了金属钛，使其具备了卓越的防腐蚀性能，可以耐各种严酷环境下的工况腐蚀。

（2）性能稳定：耐自然老化，抗紫外线，耐电化学腐蚀和阴极腐蚀，比传统防腐涂料寿命提供2~5倍。

所以说，钛纳米高分子合金涂料的以上突出特点，更加突出了该材料的①抗渗透性强； ②抗腐蚀性高； ③抗垢性好； ④耐温性好； ⑤耐水性好；⑥导热性好。

通过采用“钛纳米聚合物涂料‘’（简称钛纳米涂料）作防护涂层。解决了部分石油、石油化工、电厂等特别是沿海设备的内部腐蚀，延长了设备的使用寿命。所以在工业界上腐蚀环境比较苛刻的条件下，金属表面需要大量的这样的高性能体系的涂料。

8.3.2应用业绩

钛纳米聚合物涂料通过多年在工业界的应用,解决了设备腐蚀条件比较苛刻情况下的腐蚀问题,提高了设备等使用寿命。一般的常规特种防腐涂料性能优越的多,有些是常规特种防腐涂料不能解决的腐蚀问题,钛纳米聚合物涂料能很好的解决问题。已经解决的问题具体情况如下：

（1）钛纳米聚合物涂料在引风机壳体内壁防腐蚀中的应用^【3】，解决了石油化工加热炉烟气引风机的腐蚀；  

（2）埋地污水管道的腐蚀与防护^【4】，解决了化工污水管道内壁的腐蚀，使用寿命可以在15年以上;

（3）钛纳米聚合物涂料在储油罐上的应用^【5】，在半成品汽油罐使用10年以上没有问题;

（4）硫磺回收装置酸性水罐的腐蚀与防护^【6】解决了石油化工酸性水罐的焊道应力腐蚀;

（5）催化裂化重整换热器的腐蚀与防护，解决了该装置抽提装置换热器管束腐蚀问题;

（6）液化石油气球罐内壁腐蚀与防护^【7】，焊缝涂料成功解决了球罐焊缝的低温湿硫化氢应力开裂问题;

（7）钛纳米涂料在FGD内壁防腐蚀应用^【8】，成功解决了锅炉低温湿烟气对金属设备的腐蚀;

（8）钛纳米涂料与常规预料在储油罐内壁防腐对比^【9】，对过应用对两种涂料体系进行分析对比，钛纳米涂料是一种高性能防腐蚀体系;

（9）钛纳米高分子合金涂层在换热器管束上的应用^【10】，通过节能防腐换热器管束在石油化工换热器上应用证明，该管束是目前换热器管束涂装防腐技术领先的一种技术。

8.4氟碳面漆

由于钛纳米体系涂料的颜色为黑色为主或银色。但是，LNG罐表面要求为白色（隔热效果最好），所以设计选用抗老化、防腐蚀性很好的氟碳漆作为面漆，设计使用寿命10年以上。

根据我国对于钢结构在大气中防腐蚀材料的筛选，采用氟碳漆是目前防腐的主流。无论是用在化工大气、海洋气候还是一般大气中使用寿命长的还是氟碳漆，是一种长效的防腐涂层体系。钢结构氟碳漆在铁路桥梁、城市重要钢结构建筑等已经成为设计推荐用漆，该漆普遍使用寿命达到10年以上，

9 免喷砂涂装体系方案讨论

9.1常规防腐体系

对于二次维修的储罐等要达到Sa2.5级的金属表面处理有较大的难度，达不到常规涂料底面处理的这一点，所以，对于需要二次维修的钢结构金属表面处理是一个比较难以解决的问题。另外，对于有防火、防爆及环保要求的现场限制了机械喷砂施工。

所以说，按照常规的防腐蚀技术的方法，金属表面处理阻碍了涂料涂层的使用寿命。

9.2高性能体系

通过十几年对免喷砂体系的使用有以下特点：

①化学转化底漆：比目前的转化型、稳定型低表面处理涂料性能优越，克服了转化型低表面处理涂料对金属腐蚀的风险和不能单独使用缺点。

②低表面处理：解决了现场难以采用机械、人工机械金属表面的难题。降低了金属表面处理的级别，对金属表面的湿度有一定的容忍程度。

③涂层防腐：防腐蚀涂层耐老化好、不失光、耐腐蚀性好。

④耐低温：防腐涂层具有一定的低温柔度，可以在低温高于 -15℃下施工，特别是适合东北地区防腐施工。

⑤防腐效果：可以达到喷砂处理价高性能涂料的效果。

⑥降低投资：防腐蚀涂层使用寿命长与常规的防腐蚀涂料使用寿命相同时，一次性投资可以降低50%以上。

总之，通过高性能低表面漆在城市及工业界金属设备、钢结构等防腐蚀应用证明，防腐蚀涂层防腐效果好，使用寿命长。降低了金属表面处理安全隐患、空气污染。特别是施工成本成倍的减少。

参考资料

[1] 李善文 低表面处理涂料之浅析.

[2] 潘文杰等 封锈漆—维修用新型防腐蚀涂料[J]. 腐蚀与防护2005年2月第27卷第2期.

[3] 王巍. 钛纳米聚合物涂料在引风机壳体内壁防腐蚀中的应用[J]. 材料保护,2006,10:71-73+5.   

[4] 王巍,王智勇. 埋地污水管道的腐蚀与防护[J]. 石油化工设计,2008,01:58-60+16.

[5] 王巍,薛富津. 钛纳米聚合物涂料在储油罐上的应用[J]. 全面腐蚀控制,2005,04:12-14+18.

[6] 王巍. 浅谈炼油厂硫磺回收装置酸性水罐的腐蚀与防护[J]. 石油化工设备技术,2005,01:59-61+7.

[7] 王巍.液化石油气球罐内壁腐蚀与防护[J].全面腐蚀控制2016年，第5期.

[8] 王巍.钛纳米高分子合金涂料在FGD内壁防腐蚀应用[J].电站信息，2019年，第4期.

[9] 王巍.钛纳米涂料与常规预料在储油罐内壁防腐对比[J].中国海洋石油总公司、中国石油学会海洋石油分会.2018年.

[10] 王巍.钛纳米高分子合金涂层在换热器管束上的应用.《石油化工设备维护检修技术》.2019版／《石油化工设备维护检修技术》编委会.

作者简介：王巍（1955—）、男，辽宁沈阳人，1980年毕业于黑龙江省化工学校化工机械专业，中国石油大庆石化公司炼油厂，中国防腐蚀大师，高级工程师。设备腐蚀与防护管理专业。专业特长，金属腐蚀与防护研究、防腐蚀设计、设备防腐蚀管理等。

发表论文《钛纳米聚合物涂料在储油罐上的应用》等169篇论文分别发表在省、部级、国家级科技期刊上；2011年出版《石油化工设备防腐蚀技术》一书。