FBE(fusion bond epoxy,熔結環氧),廣泛應用于石油化工廠裝置、地下穿越工程、頂管工程,輸油、輸氣、輸水等長輸管線內外壁防腐。FBE按用途可分為:管道內噴涂用粉、管道外噴涂用粉、石油鉆管用粉。管道外噴涂用粉又分為:單層粉、雙層粉、三層結構防腐用粉;按固化條件可分為:快速固化、普通固化兩種類型。快速固化粉末的固化條件一般為230℃/(0.5~2min),主要用于管道外噴涂或三層防腐結構,由于固化時間短,生產效率高,適合流水線作業;普通固化粉末的固化條件一般為230℃/5min以上,由于固化時間長,涂層流平好,適用于管道內噴涂。
FEB粉末一般選擇經表面處理的鈦白粉、鉻綠、鐵紅等無機顏料。這些顏料除具有很好的防腐性能外,對涂膜與鋼管之間的氣泡有很好的消除作用,考慮到陰極保護,顏料的選用應盡量避免磁性及導電性物質的引入。填料主要有超細石英粉、云母、三聚磷酸鋁等惰性功能填料,適當加入有利于降低涂膜的收縮性和膨脹系數,并使涂層防腐性能大大提高。填料一般要用偶聯劑處理,偶聯劑分子一端與無機填料連成一個整體,提高了涂層的致密性及附著力,降低了吸水性,增強了耐鹽霧、耐海水及耐陰極剝離的能力。
FBE粉末的涂敷方法主要有:靜電噴涂法、熱噴涂法、抽吸法、流化床法等。管道內涂敷一般采用摩擦靜電噴涂法、抽吸法或熱噴涂法;管道外涂敷一般采取靜電噴涂法;異型件采用流化床法或靜電噴涂法。這幾種噴涂方法都有一個共同特點,即噴涂之前需要將工件預熱到某一溫度,使粉末一接觸即熔化,余熱使涂膜繼續流動,進一步流平覆蓋整個鋼管表面,特別是在鋼管表面的凹陷處,以及焊縫兩側,熔融的涂料流入填平,使涂層與鋼管緊密結合,最大限度減少孔隙,并在規定時間內固化,最后用水冷卻終止固化過程。
性能特點:
①. 涂層具有良好的耐溶劑性,能夠抵御被傳輸介質中的H2S、CO2、O2、酸、堿、鹽、有機物等物質的化學腐蝕,并能長期接觸含鹽地下水、海水、土壤中微生物產生的各種有機酸等腐蝕性物質;
②. 涂層堅韌耐磨,抗沖擊性及抗彎曲性優良,與鋼管之間有極佳的附著力,能有效防止施工中的機械損壞及使用過程中的植物根系和土壤環境應力的損壞;
③. 涂層具有良好的絕緣性,能在陰極保護作用下抵抗化學腐蝕,達到長期保護的目的;
④. 涂層具有很高的玻璃化溫度,應用溫度范圍寬,能在-30~100℃保持最佳性能;
⑤. FBE施工方便,無需底漆,固化迅速,可實現高效率的流水線作業;
⑥管道檢測和修補簡便,涂層質量容易控制。有關的標準規范有SY/T 0315《鋼質管道單層熔結環氧粉末外涂層技術規范》、DIN 30670《Polyethylen Coatings of Steel Pipes and Fittings;Requirementsand Testing》。
某工程管道內流體為工廠水,是海水淡化水,含有微量的氯離子。在金屬管道材料中,普通碳鋼管、奧氏體不銹鋼管材料均不耐氯離子腐蝕(氯離子對奧氏體不銹鋼會發生晶間腐蝕,氯離子可以破壞奧氏體不銹鋼的表面鈍化膜。受破壞的表面成活性狀態,成為腐蝕電池的陽極,而周圍鈍化膜完整的部分對陰極),而抗氯離子腐蝕性能優良的雙相鋼材料(如UNS 31803)、Monel 合金等材料價格高昂,大量使用必將大大增加項目建設成本。而耐腐蝕性能優異的內襯防腐蝕襯里、內涂防腐蝕涂層管道材料,如內襯橡膠(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)或內涂敷環氧樹脂、熔融環氧粉末(FBE)涂層等管道材料,不僅能有效對抗水質中的氯離子腐蝕,且價格相對低廉,可供本項目合理選用。這其中,FBE內涂敷碳鋼管道,因其涂層的主要成膜物質環氧樹脂和鋼鐵可以產生牢固的化學結合鍵,且無需溶劑,從而使FBE 防腐涂層除具有耐腐蝕性能優異、涂層光潔平整阻力小的優點外,還具有涂層黏結力強、耐冷熱、防腐層堅牢、使用壽命長、環保無污染等優點,因此在本項目中獲得采用。見表8.2.1所示。
FBE內涂敷管道現場施工補口方案設計因焊接預留和焊接時熱影響破壞,FBE內涂敷管道焊接施工時必須進行焊縫、焊口的防腐涂層修補,即補口,而焊縫、焊口處又是腐蝕的高發區域,更容易引起腐蝕穿孔、應力腐蝕開裂,因此,對焊口、焊縫處防腐層的防腐性能要求更加嚴格。補口方案設計是否合理、得當,是FBE內涂敷管子、管件能否成功選擇和應用的關鍵。當前,FBE內涂敷管道系統有兩種比較成熟且應用較廣的補口方式:FBE 環氧粉末補口和LBE(liquid bonded epoxy)液態環氧樹脂補口。FBE 環氧粉末補口技術成熟,但由于FBE補口施工時需要對補口部位加熱,隨后進行粉末噴涂并冷卻,補口工序復雜,用時長,補口效率相對較低。LBE液態環氧樹脂補口技術是近年來剛剛逐步發展完善的新技術,其補口材料主要是高固體分無溶劑液態環氧樹脂。LBE補口可以采用管道內補口機器人通過編程操控實施,如圖8.2.13所示,有效補口距離遠,在管內的補口工作距離可達1000m,效率高。
自動補口機器人除銹及LBE噴涂均為周向環形工作方式,因此不適合進行支管焊縫及其周圍FBE熱破壞區的補口,該部位的補口目前只能采用增加焊接法蘭進行除銹及LBE補口。為此,在進行管道布置設計時,要求在主管上為分支管補口設置法蘭,法蘭端面與分支管中心線距離不宜大于500mm,以便現場采用手持工具為分支管焊縫及周圍的FBE熱影響區進行現場除銹及 LBE補口,見圖8.2.14。為減少支管補口法蘭的設置數量,在進行管道布置設計時,應盡可能將支管設計到靠近主管工藝法蘭附近,同時,工藝條件允許的話,可將多個分支接管集中布置在同一補口法蘭附近。
對于FBE內涂敷管道系統,其管道支架設計應盡量避免在管道系統上進行焊接,宜選用管夾、卡箍等非直接與管道焊接型支架,盡可能減少因支架焊接對管道內FBE防腐涂層的破壞。對于無法避免的焊接式固定支架、彎管支托、假管支托,可適當采用工廠預制的方式,將支架預焊至直管段或管件上,以減少現場焊接導致的FBE內防腐涂層的破壞。見圖8.2.15。