舟山储罐外防腐涂层结构设计及评价

舟山储罐外防腐涂层结构设计及评价摘 要 通过对舟山大气的腐蚀因素的调研，得出其腐蚀因素主要为：大气中的水分、空气中的污染物与盐类物质、紫外辐射，且具有较强的腐蚀性的结论。根据这一结论，设计了相应的防腐蚀涂层体系，即选用环氧富锌涂料作为底漆，环氧云铁涂料作为中间漆，分别以氯化橡胶、丙烯酸聚氨酯和氟碳树脂作为面漆。针对体系所用五种涂料的基本力学性能和三种面漆涂料的耐盐雾性、耐紫外光老化性和耐腐蚀介质性，分别进行了基本力学性能试验和耐盐雾性试验、耐紫外光老化性试验和耐腐蚀介质性试验，得出结论：五种涂料都具有较好的基本力学性能，三种面漆涂料中，氯化橡胶的各种性能都要相对较差。该结论对今后沿海环境中储罐的外防腐蚀涂层的设计具有指导性意义。关键词：原油储罐；大气腐蚀；防腐蚀涂层；性能评价Structure design and evaluation of anticorrosive coating of storage tank of ZhouShanAbstractIn this Paper, though the investigation of the atmospheric corrosion factors in ZhouShan, discover that the main factors of effect corrosion are high air humidity, the pollutant and the salts material in the air are higher, the strong ultraviolet radiation. Made evaluation on the atmospheric corrosion, discover that the atmosphere in Zhoushan has strong corrosive. Design the corresponding anti-corrosion coating structure according to its corrosivity of atmospheric, choosing Zinc-rich epoxy as primer coat, choosing epoxy micaceous iron oxide as intermediate coat, choosing chlorinated rubber, acrylic polyurethane and fluorocarbon resin as finishing coat respectively. To evaluate the basic performance of five coatings through the basic performance test respectively. To evaluate the salt fog resistance, the ultraviolet aging resistance and the resistance to corrosion medium of three paint coatings through salt spray resistance test, ultraviolet aging resistance test and corrosion resistance test. Draw the conclusion: the five coatings have a good basic performance, for the three paint coatings, various performance of chlorinated rubber are relatively worse than the other two. The conclusion has guiding significance to external anticorrosion coating design of storage tank in coastal environments for the future. Keywords：Oil tank；Atmospheric corrosion；Anticorrosive coating；Capability evaluation目 录第1章 前言11.1 储罐腐蚀研究现状11.1.1 储罐腐蚀研究意义11.1.2 储罐的防护措施21.2 防腐蚀涂料发展及研究现状21.2.1 防腐蚀涂料的发展21.2.2 常用防腐蚀涂料的种类3第2章 储罐外表面防腐蚀涂层概述42.1 防腐蚀涂层的防腐机理42.2 储罐外表面防腐蚀涂层的涂装工艺42.2.1 涂装前金属储罐外表面的处理52.2.2 涂层的厚度52.2.3 涂装现场环境因素的控制62.2.4 涂料的涂装间隔控制62.3 储罐外表面防腐蚀涂层的结构62.4 影响储罐外表面防腐寿命的因素72.5 储罐外表面防腐涂料应具有的特性及选择原则72.5.1 基本力学性能72.5.2 疏水疏油性82.5.3 耐候性82.5.4 选择原则9第3章 舟山大气腐蚀因素调查及防腐蚀涂层的设计103.1 舟山大气环境条件调查103.2 舟山大气腐蚀的影响因素113.3 舟山大气腐蚀性评价113.4 防腐蚀涂层的结构设计123.4.1 大气环境对储罐外防腐涂层的要求123.4.2 涂层结构的确定133.5 舟山储罐外防腐层性能评价方法的建立143.6 本章小结15第4章 储罐外防腐涂层的性能评价164.1 防腐蚀涂层基本性能的测定164.1.1 涂料细度的测定164.1.2 涂料粘度的测定164.1.3 涂料各涂层间附着力的评价184.1.4 涂层柔韧性的评价194.1.5 涂层耐冲击性的评价204.2 面漆涂层耐盐雾性的评价214.3 面漆涂层耐紫外光老化性的评价214.4 面漆涂层耐腐蚀介质的稳定性评价224.4.1 面漆涂层耐盐水稳定性的评价224.4.2 面漆涂层酸、碱性溶液稳定性的评价234.5 本章小结24第5章 结论25致 谢26参考文献27第1章 前言第1章 前言石油储罐是石油开采、运输、存储和加工过程中重要的基础设施，是石油化工企业的基础设备，它的正常运作对整个石油石化系统的安全稳定运行起着至关重要的作用。尤其是在近海环境中，由于雨量丰沛，空气湿度大，年平均湿度在70%-90%之间，远远高于内陆地区，且由于海风的作用，空气中夹杂着大量的盐类物质，导致储罐的外壁腐蚀情况非常严重。原油储罐的腐蚀不但会带来经济上的直接损失，而且可能会引起环境的严重污染甚至一些后果极其严重的事故，可见，储罐的防腐蚀与石油石化企业的正常生产运行和经济效益有着密切的联系。因此，开展石油储罐及其附属钢结构的防腐蚀技术研究是非常必要的。现如今存在着种类繁多的腐蚀防护技术，其中涂层保护技术能够起到很好地隔绝腐蚀介质、提供阴极保护和减缓腐蚀的作用，是目前钢制材料普遍采用的相对经济的防腐方法。1.1 储罐腐蚀研究现状1.1.1 储罐腐蚀研究意义近年以来，石油工业的发展不断加速，各种储罐的数量不断增多，在其服役过程中由于腐蚀的发生也在不断产生各种各样的问题1。原油储罐的腐蚀不仅会缩短其正常运行的年限，而且腐蚀生成的腐蚀产物进入油品后，也会使后期的炼油过程中使用的催化剂变性失效。美国环境保护署（EPA）对储罐的泄漏情况进行过调查，在1988-1990年间所报告的6000多个泄漏事故中，油品泄漏总计有五千三百万升。欧美大多数国家的储罐使用年限已过20年，均有不同程度的腐蚀发生2。国内各地区储罐的腐蚀情况也很严重。2009年9月扬州某石油化工厂的清V-101储罐在检查时发现，罐壁有轻微腐蚀发生，罐底钢板的腐蚀程度十分严重，出现多处大范围片状腐蚀及点蚀坑洞，蚀坑深度大多在4-5mm上下3。据相关统计显示，正常使用2-3年后的原油储罐罐体全都发生了一定腐蚀，其中有超过三分之一的储罐因腐蚀而造成穿孔以致油品泄露，还有大约三分之二的油品因为腐蚀产物中细菌的进入而造成深度污染4。因此，开展对油罐群及其附属钢结构的防腐技术的研究，不仅能为近海石油储备战略基地的防腐设计提供科学依据，而且对于减少由近海环境腐蚀造成的经济损失及环境污染也具有重要意义。1.1.2 储罐的防护措施在实际生产中最经常使用的原油储罐的防腐技术可大致归结为合理选材、喷涂抗静电涂料防腐、热喷涂铝技术等7个种类5。（1）合理选材根据腐蚀环境，选择相应的处理过的耐腐蚀钢材。（2）喷涂抗静电涂料防腐喷涂抗静电涂料可以有效减少电荷在原油储罐中的堆积。（3）刷涂涂料结合阳极保护两者结合，不但可以更好的防腐蚀，而且更加经济，是经济有效的防腐蚀方法5。（4） 热喷铝技术喷涂的铝涂层可以在大气中氧化形成结构紧密的氧化膜，其稳定性很高，能够很好地将腐蚀介质与基体材料相隔离。这层氧化膜可以有效避免罐体与O2和H2S接触，阻止原油储罐腐蚀的发生。（5） 添加缓蚀剂添加缓蚀剂是有效减轻石油化工行业中各类储罐内腐蚀的防腐方法6。 （6）合理的结构防腐蚀设计所设计的储罐除了要满足工艺上的要求，还需要考虑尽可能地减少容易发生腐蚀的因素。 （7）开发新型石油脱硫技术研发新型石油脱硫技术可以有效地减少储罐内壁腐蚀的发生。对于石油行业的储罐的外壁及其附属钢结构，目前采用较为广泛的防腐方法是涂层防护的方法。1.2 防腐蚀涂料发展及研究现状1.2.1 防腐蚀涂料的发展随着国外越来越重视环境保护, 他们的所生产的涂料也越来越偏向于无污染、无公害、经济高效、节省能源的方向, 得到迅速发展的是少公害或无公害的涂料及具有优良防腐性能的重防腐涂层7。我国的涂料的研发也在朝无毒(或低毒)、无污染、节省能源、经济高效的方向发展, 这是与国外涂料发展方向一致的, 在化工、石油化工行业的应用中, 重防腐涂料以其优异的防腐性能、较长的使用寿命、简便的施工和易修复等优点, 得到越来越广泛的研究与应用。1.2.2 常用防腐蚀涂料的种类经过了几十年的发展，面漆的种类可谓是种类繁多，性能也各有不同。根据涂料的防护年限，可以将防腐蚀面漆大致划分为普通型和长效型两种8。普通型面漆多采用丙烯酸、醇酸、氯化橡胶（或其改性体）、高氯化聚乙烯、热塑型有机硅丙烯酸9等，再配以铝粉、云铁、鳞片石墨粉等颜料；长效型面漆以氯醚、有机硅醇酸10、脂肪族聚氨酯、有机硅丙烯酸11、环氧脂肪族、氟碳树脂12等为主。普通型面漆的应用有比较长的历史，其优点是防护成本低，但一般不能维持较长的使用周期，再加上诸如机械性能较差、污染环境等原因，在钢结构的长效防腐领域逐渐被长效型面漆所取代。长效型面漆的特点是力学性能十分优异，耐候性较好。目前户外钢结构的防腐性能较好的就是脂肪族聚氨酯、氟碳树脂以及有机硅类这三大类面漆。且脂肪族聚氨酯和氟碳树脂面漆已在国内外的桥梁防腐等领域有较多的应用案例。对于有机硅类防腐蚀涂层由于树脂的制备技术控制和掌握在国外几家公司手中13，因此在国内对其耐蚀性的研究报道及应用案例较为鲜见。2第2章 储罐外表面防腐蚀涂层概述第2章 储罐外表面防腐蚀涂层概述2.1 防腐蚀涂层的防腐机理人们在30年前就认为在被保护金属的表面形成一层隔绝涂层来防止水和氧与被保护金属表面接触是涂料防腐蚀的机理。但是大量试验研究证明，涂层总会有一定的孔隙，不可能将腐蚀介质与基体材料完全隔绝。Funke认为涂料防止腐蚀的机理14是：金属表面存在着某些聚合物的官能团，是它们的存在阻止了水在其表面的吸附；如果水和氧气很难渗透进入涂层，就其防腐蚀性能就可以得到进一步的提升。通常认为涂料防腐蚀机理有15：（1）屏蔽作用（物理原理）刷涂在被保护物件上的涂层可以在一定程度上防止基体材料与外界腐蚀影响因素发生接触。屏蔽作用是现在人们常用涂料都具有的基本作用。（2）缓蚀作用（化学原理）防腐底漆中的一些防锈颜料不仅可以通过自身的反应形成碱式络合物，也可以与涂料基体中的极性官能团发生进一步的络合，所生成交联络合物具有稳定的化学性质，这样不仅使涂层与基体材料的结合力以及阻隔水的能力得到增强，同时在基体材料表面所形成的铁-锌-磷酸盐络合物也十分牢固的，可以有效阻止生锈、腐蚀的生产和进一步发展，从而减缓钢铁发生腐蚀的速度。（3）阴极保护作用（电化学原理）涂料中所含的大量锌粉与基体材料紧密贴合，由于钢铁的腐蚀电位比锌高，腐蚀电流就会从锌流向钢铁，锌粉首先发生腐蚀从而达到了保护钢铁的目的。但是，这种涂层仅能防止腐蚀的发生，却很难使控制已经发生的腐蚀，有的甚至可能会使已经发生的腐蚀变得更加剧烈。2.2 储罐外防腐蚀涂层的涂装工艺涂装金属储罐外表面外防腐蚀涂层的工艺主要包括：涂装前对金属储罐外表面的处理（包括打磨、清洗和干燥等）、选取合适的涂层涂装方法、确定并保证涂层的厚度、现场工作环境条件的控制(温度、湿度等)和涂装过程中个涂层的时间间隔的控制等15。2.2.1 涂装前金属储罐外表面的处理对被刷涂物件表面要进行仔细而认真的表面处理，主要包括打磨、清洗和干燥。总的来说，漆前表面处理要达到的目的是16：（1）使被刷涂工件呈现出干燥整洁的表面；（2）是被刷涂工件的表面具有一定的粗糙度，其中较常使用的方法是喷砂、抛丸和磷化处理。磷化还具有显著的防腐功能；（3）加强被刷涂工件表面与涂层之间的粘结力。2.2.2 涂层的厚度 防腐蚀涂层只有具有一定的厚度，才能在腐蚀环境中达到所要求的防止腐蚀作用。据经验总结普通涂层一般刷涂厚度在15-200m，而要求具有耐磨耐腐蚀性质的涂层厚度应该在250-300m为好。经过人们的长期反复的实际生产实践，针对所处腐蚀环境的不同防腐目的归纳总结出了防腐蚀涂层所要求达到的涂装厚度17，如表2-1所示。表2-1 不同防腐目的的涂层所应控制的厚度Table 2-1 Controlled thickness of the coating for different anti-corrosion purpose涂层用途应控制的厚度（m）一般性防护涂层50-100装饰性防护涂层100-150防腐蚀涂层150-200重防腐蚀涂层200-300耐磨防腐蚀涂层250-300超重防腐蚀涂层300-500高固体组分涂层700-10002.2.3 涂装现场环境因素的控制在室外露天施工时，应无风无雨，气温至少应该高于5，相对湿度应当低于85%。霜露、雨水、尘土等对于还未彻底固化的涂层上来说都是非常有损伤的，应当采取措施尽量避免发生。现场的施工环境应该通风良好，空气流通进入施工作业区时不能过量或者引起气旋，因为这些都会使涂层表面产生皱纹。在施工作业区及其相关所有设备，要求都应尽可能地处于洁净状态，避免有尘土、粉尘、纤毛和其它能够污染涂层的外界物质的干扰。喷涂涂料前，被喷物件应作接地处理，以避免喷涂过程中应静电放电导致爆炸和火灾的发生。喷涂所用的压缩空气必须经过过滤，以免水、油污和其他污染物污染漆膜。2.2.4 涂料的涂装间隔控制在涂装工件时，若只是刷涂一层涂料一般是不能够满足保护和装饰的目的。因此，一般来说，防腐蚀涂层都是由几层涂料组合的体系。当在工件的底层刷涂的涂料上准备刷涂下一层的涂料前，所需等待的时间称之为涂装间隔18。不同涂料之间所需的涂装间隔是不一致的，涂装间隔也有最短涂装间隔与最长涂装间隔的区别。两次刷涂工序之间的时间应该比最长涂装间隔短并且比最短涂装间隔长，随着环境温度的变化同一种涂料所用的涂装间隔也是发生改变的。除此之外，还应当注意两次涂层之间产生的重涂适应性。重涂适应性是所刷涂得下一层涂料，本身不会对先前刷涂的涂层产生刮伤或者带来其它损伤作用，而且能使新旧两层涂层能够牢固的结合在一起，从而能够形成具有良好结合力与保护性的涂层体系。2.3 储罐外防腐蚀涂层的结构防腐蚀涂层可分为三层结构：底漆、中间漆和面漆。针对原油储罐所处的腐蚀介质环境和其所要具有的使用特点，储罐的外壁所用的防腐蚀涂料应当主要满足耐气候老化性、耐大气腐蚀性和具有良好外观形貌等目的；可选择的涂料范围相对较广，可根据所要求得保护年限和计划所用的防护成本等情况来决定。目前，选用较多的底漆和中间漆主要是环氧富锌、环氧云铁类涂料，面漆涂料的选择主要是氯化橡胶、脂肪族聚氨酯和丙烯酸等种类。在本文的试验中选用环氧富锌涂料作为底漆，环氧云铁涂料作为中间漆，分别考察氯化橡胶、丙烯酸聚氨酯、氟碳树脂三种面漆的防腐蚀涂层体系的防腐蚀性能。2.4 影响储罐外防腐涂层寿命的因素储罐外表面的寿命主要决定于环境因素、材质因素和技术因素19。其中环境因素是人们目前无法或很难改变的，所以为了提高储罐外表面的使用寿命，人们只能从材质和技术上入手。影响储罐外表面使用寿命的环境主要因素有：温度湿度、结露和腐蚀介质的影响；材质方面的主要因素有：储罐本身的材质、储罐表面处理的状态、涂料的性能和涂层的配套情况；涂装技术方面的主要影响因素有：施工过程中的刷涂方法和完成质量19。本文主要考察的就是所选五种涂料的性能和不同面漆涂料对涂层体系的防腐蚀寿命的影响。2.5 储罐外表面防腐涂料应具有的特性及选择原则储罐本身是暴露在自然环境中的，必定会经受阳光曝晒、雨水浸湿、风蚀作用、自然结露、温差变化、紫外辐射等影响，因此保护储罐的涂层必定具有相应的优良性质，才能起到相应的保护作用。总的来说涂层应具有的性质有：2.5.1 基本力学性能作为起保护作用的涂料，经常会受到外界环境中各种力的作用，比如摩擦力、冲击力等，因此，要求刷涂的涂层应当具有相应的力学性能20。其中比较基本的力学性能有：硬度、抗冲击性、附着力、耐磨性等。（1）硬度硬度是表征涂层机械性能强度的重要指标之一，刷涂成型后的涂层应该具有一定的机械强度，才能在受到外界物理性损伤之后仍能起到保护被刷涂物件的作用。（2）抗冲击性 抗冲击性也可称为是冲击强度，表征的是涂层抵抗外界冲击的能力，即涂覆在地才上的涂层在经受外界突然作用后发生快速变形但未发生开裂或脱落的能力，它在一定程度上也表现了涂层的延展率、经他强度和对底材的附着力。（3）附着力附着力是涂料的重要性质之一，只有涂层与底材结合牢固才能发挥出自身的保护作用，阻止外界腐蚀介质对基体材料的腐蚀作用。在实际过程中可能有些涂料具有很好的防腐性质但附着力却不是甚好，这就要求我们选择一种具有一定防锈能力且附着力良好的涂料作为底漆与之配套使用，若底漆与面漆的附着力不好，还可以选取能够把两者粘合在一起的中间漆作为过渡。这样就能把两者的优良性能结合起来使之发挥出更好的防腐作用。（4）耐磨性 耐磨性是表征材料的耐磨损的性能指标，其优劣可以用磨耗量或耐磨指数来表示。涂层在自然环境中必定会受到很多外来因素的影响，比如风沙、雨雪都会对涂层带来一定的磨损，因此涂层必定要具有一定的耐磨性，才能保证其使用寿命。2.5.2 疏水疏油性疏水疏油性可以从两个方面描述，一方面是水和油在涂层便面的渗透很小，另一方面是涂层与底材之间的附着力不因涂层表面水和油的存在而减小，良好的疏水疏油性还可以使涂层具有很好的隔绝大气的作用20。钢铁的大气腐蚀是由水和空气的共同作用造成的，归结为其本质就是水和氧气相对较快穿过涂层与金属底材发生反映。因此一种具有优异防腐性能的涂层必须要具有良好的疏水疏油性和致密性，这样既可以减少水和油在涂层表面的附着，也可以阻止气体的透入，从而达到防腐蚀的效果。2.5.3 耐候性耐候性是指涂层耐大气腐蚀的性能，即涂层抵抗各种气候因素的能力。主要的气候因素有：水的侵蚀、太阳光的光化学辐射（主要是紫外线、红外线）、酷热与严寒、风沙、雨雪和冰雹。这些因素都会导致涂层使用寿命的降低。金属储罐是孤立地处于外界自然环境中的，因此会受到很多气候因素的影响，作为面漆，不可能要求其所具有的耐候性各方面都是好的，这在成本上也是不划算的。因此，要根据其实际所处的气候环境特点，找出主要的耐候性要求面漆达到要求即可。舟山储罐对涂层耐候性的主要要求是抗紫外线的破坏，通常要求面漆具有优良的抗紫外老化性能。2.5.4 选择原则综上所述，储罐外保护涂层应当具有良好的硬度、附着力、耐磨性、疏水疏油性和耐候性等，一般一种涂料很难同时达到这些要求，这就要求我们根据所处环境合理的选择复合涂层结构。这样一方面满足了我们的防腐要求，另一方面也节约了成本。在金属储罐外表面防腐蚀涂料的选择上，一般要求遵循以下原则：（l）涂料必须与被涂物体的使用条件相适应，选择合适的涂装，首先必须弄清涂料的使用条件；（2）底漆与面漆必须配套；（3）经济合理，在选择涂料时，必须进行成本核算；（4）充分考虑环保要求。8第3章 舟山大气腐蚀因素调查及防腐蚀涂层的设计第3章 舟山大气腐蚀因素调查及防腐蚀涂层的设计3.1 舟山大气环境条件调查金属材料暴露在大气环境下，主要受到大气中的水、氧气和二氧化硫等物质的作用而发生腐蚀作用，这就是大气腐蚀。类似石油储罐这些在大气环境中使用的金属器材，均会受到大气腐蚀，因此了解金属大气腐蚀的机理，针对所处大气环境的不同，合理地设计涂层体系是有效防止大气腐蚀的方法。为调查舟山大气的腐蚀性，对浙江气象局、舟山气象台、舟山天气网和舟山环境保护局记录的数据进行调研，舟山地区与大气腐蚀相关的主要气候环境参数整理见于表3-1。表3-1 舟山地区与大气腐蚀相关的主要气象参数Table 3-1 Main meteorological parameters related to atmospheric corrosion about Zhoushan area气象要素数据年平均温度()16月平均最低温度()5.6月平均最高温度()26.8常年降水量(mm)927-1620年平均相对湿度79%年平均日照(h)1941-2257年太阳辐射总量(J/m2)4126-4598全年无霜期(天)251-303平均风速(m/s)5.1大气中日悬浮微粒均值(mg/m3)0.047大气中二氧化硫含量（mg/m3）0.02大气中二氧化氮含量（mg/m3）0.015经调研分析，舟山气候受西太平洋、欧亚大陆影响明显，季风气候显著，四季分明，冬暖夏凉，全年气温适中，光照充足，雨量中等，较浙江大陆偏少，全年多大风，春季多海雾，夏秋多热带气旋（包括热带风暴、强热带风暴和台风），属于北亚热带南缘季风海洋型气候。整个群岛受季风气候影响显著，冬暖夏凉，光照充足,紫外线等太阳辐射较强，受海风影响，虽然年降水较少，但空气湿度较大，含盐量较高，全年无霜期长。3.2 舟山大气腐蚀的影响因素大气环境的腐蚀性受所在地区的大气的温度、湿度和污染物(如含硫气体)等因素的影响。舟山大气腐蚀的影响因素主要取决于气候条件(如湿度、温度、太阳辐射等)、大气中的污染物质(如二氧化硫、悬浮尘粒等)以及空气中盐分的含量等。（1）大气湿度大气环境中钢铁的腐蚀速率一般与空气的湿度成正比，而且对于大多数金属来说，都存在腐蚀的临界相对湿度，当空气的相对湿度大于这个值时，钢铁的腐蚀速率就会快速增加，根据试验统计，钢铁的临界相对湿度一般为50%-70%21。结合调研，舟山空气的年平均相对湿度为79%，故金属在这种环境下的腐蚀将会比较严重。（2）大气中的污染物二氧化硫是大气中最常见的一种氧化物，它的存在会大大加速金属的大气腐蚀。（3）空气中的盐类物质舟山由于靠近大海，受海水中含盐量很高的影响，海风中也会夹杂着大量的例如NaCl、MgCl2等盐类颗粒，这些盐类都是具有吸附性盐类物质，会吸附在金属表面，这样一方面会加速金属表面水磨的形成，另一方面其中的氯化物也是诱发金属发生点蚀的重要原因之一。3.3 舟山大气腐蚀性评价 根据GB/T15957-1995大气环境腐蚀性分类规定的大气中污染物质的性质及含量，大气环境的类型可分为：海洋大气、工业大气、城市大气和乡村大气，其技术指标如表3-222。对比舟山大气环境气象要素，舟山大气环境介于海洋大气和工业大气之间，由于舟山地区相对湿度较大，空气中盐类物质含量较高，且含有一定的SO2和氮化物，故其大气腐蚀类型可划归为较强腐蚀。舟山原油储罐的外腐蚀特点如下：（1）日夜温差大，且反复循环；（2）白天光照较强，且周期变化；（3）风雨交替，大气中盐分、湿度较大；（4）紫外线辐射较为强烈；（5）海风较大，风砂磨损较强。表3-2 大气环境腐蚀性分类Table 3-2 Classification of the corrosivity about atmospheric environment腐蚀类型腐蚀速率mm/a腐蚀环境等级名称环境气体类型年平均相对湿度/%大气环境I无腐蚀0.001A60乡村大气II弱腐蚀0.001-0.025AB60-757560-757560-757560-75工业大气VI强腐蚀1.000-5.000D75工业大气3.4 防腐蚀涂层的结构设计3.4.1 大气环境对储罐外防腐涂层的要求防止金属在大气中的腐蚀的方法可分为长期性防护和暂时性防护两种22。长期性防护是在金属表面施加保护层，对基体材料起到保护作用，并且要求在实际的生产工作中不会对保护层造成破坏，其常用方法有：23（1）电镀；（2）涂料涂装；（3）热喷涂金属、非金属层；（4）热浸镀金属或合金；（5）渗金属；（6）磷化或钝化。暂时性保护是在金属产品的加工、储存、运输过程中对其进行保护，以免其发生腐蚀的短暂性的保护，其保护物容易被去除，常用方法有：24（1）水溶液缓蚀；（2）防锈油；（3）气相防锈；（4）可剥性塑料；（5）干燥空气封存；考虑到实际生产的经济可行性，采用涂料涂装防腐可以有效的控制舟山出关的腐蚀。根据对舟山大气环境的所具有的腐蚀性的调研结论和原油储罐外表面防腐蚀技术所具有的现实状况，联系原油储罐外表面防腐蚀涂层的防腐机理及储罐所处外界环境等因素对其防腐蚀功效的影响，对原油储罐外表面所用防腐涂层提出了以下技术、经济上的要求：（1）涂层结构合理，单位面积成本适宜；（2）物理机械性能良好，具有良好的硬度、附着力和耐冲击性；（3）耐化学稳定性好；（4）耐盐雾性能良好；（5）耐光老化性能强。3.4.2 涂层结构的确定根据3.4.1中所提要求，本文选用环氧富锌涂料作为底漆，环氧云铁涂料作为中间漆，分别考察氯化橡胶、丙烯酸聚氨酯、氟碳树脂三种面漆的防腐蚀性能。根据2.2.2中涂层厚度的要求，涂层各组分的涂装厚度如表3-3所示。表3-3 试验所用的储罐外防腐涂层结构Table3-3 Coating of the tank outside anticorrosion used in the test structure外防腐涂层结构类别结构厚度（刷涂）环氧富锌涂料（底漆）60m（1道）环氧云铁涂料（中间漆）120m（2道）氯化橡胶（面漆）100m（2道）丙烯酸聚氨酯（面漆）100m（2道）氟碳树脂（面漆）100m（2道）3.5 舟山储罐外防腐层性能评价方法的建立防腐蚀涂层是以防止被保护物件腐蚀以增加其正常运行的年限为目的的，其性能的优劣往往需要长时间的使用检验后才能确定，因此为了对涂层进行评价，人们希望可以有一种简便快捷的方法对其防腐蚀等性能进行评价。随着科学技术的发展，人们制订了一系列的检测标准对涂层的各种性能进行定性定量的检测评价，例如：GB/T1724-1979涂料细度测定法；GB/T1723-1993涂料粘度测定法；GB/T1732-1993漆膜耐冲击测定法等。现根据舟山大气环境的腐蚀性及储罐外防腐涂层防腐效果的主要影响因素，结合相关标准、方法的规定和实验室检测、试验的实际能力，制定出舟山储罐外防腐涂层综合性能的评价方法如下：（1）涂料细度的测定：参照国家标准涂料细度测定法（GB/T1724-1979）。分别测定底漆、中间漆和三种面漆的细度；（2）涂料粘度的测定：参照国家标准涂料粘度测定法（GB/T1723-1993）。分别测定底漆、中间漆和三种面漆的粘度；（3）涂层间附着力的评价：参照国家标准色漆和清漆漆膜的划格试验（GB/T9286-1998）。测定并评价五种涂料与钢表面之间的结合力；（4）涂层柔韧性的评价：参照国家标准漆膜柔韧性测定法（GB/T1731-1993）。分别测定并评价底漆、中间漆和三种面漆的柔韧性；（5）涂层耐冲击性的评价：参照国家标准漆膜耐冲击测定法（GB/T1732-1993）。分别测定并评价底漆、中间漆和三种面漆的耐冲击性；（6）面漆涂层耐盐雾性的评价：参照国家标准色漆和清漆-耐中性盐雾性能的测定（GB/T1771-2007）和色漆和清漆涂层老化的评级方法（GB/T1766-2008）。分别测定并评价三种面漆在中性环境中的耐盐雾性。（7）面漆涂层耐紫外光老化性的评价：参照国家标准色漆和清漆-涂层的人工气候老化曝露-曝露于荧光紫外线和水（GB/T23987-2009）和色漆和清漆涂层老化的评级方法（GB/T1766-2008）。分别测定并评价三种面漆在色漆和清漆耐紫外光老化性。（8）面漆涂层耐腐蚀介质的稳定性评价：参照国家标准漆膜耐化学试剂性测定法（GB/TI763-89）。分别检测并评价三种面漆涂层耐酸、碱、盐水溶液等腐蚀介质的稳定性。3.6 本章小结经过对舟山的大气环境进行调研，可以得出影响舟山大气腐蚀的主要因素是大气中的水分、污染物和氯化物等盐类物质，以及较强的紫外光照射。分析其影响因素，舟山的腐蚀环境主要具有昼夜温差大、白天的紫外辐射强、水分与盐类的共同作用强、风蚀作用明显等特点。针对舟山的腐蚀环境的主要特点，本文选用具有较强机械性能的环氧富锌涂料和环氧云铁涂料分别作为涂层的底漆和面漆，并考察氯化橡胶、丙烯酸聚氨酯、氟碳树脂三种面漆的防腐蚀性能。在确定涂层结构的基础上，本文根据涂层所要应用的环境建立了相应的防腐性能评价方法，分别对涂料的基本性能和面漆涂料的耐盐雾性。耐紫外老化性及耐腐蚀介质等性质进行评价。 第4章 储罐外防腐涂层的性能评价第4章 储罐外防腐涂层的性能评价4.1 防腐蚀涂层基本性能的测定4.1.1 涂料细度的测定参照国家标准涂料细度测定法（GB/T1724-1979）。使用刮板细度计分别对底漆、中间漆和三种面漆进行测定，每种涂料进行三次平行试验，取两次数值差值最小的读数的平均值作为测量结果25，整理测量结果见于表4-1。表4-1 五种涂料的细度的测定结果Table4-1 Fineness determination results of five kinds of coatings涂层测量结果/ mm平均值涂层结构涂料名称1#2#3#底漆环氧富锌10095100100中间漆环氧云铁75707070面漆氯化橡胶55505555丙烯酸聚氨酯40454545氟碳树脂30303030由表4.1可以看出，涂层各结构的细度大小为：底漆中间漆面漆，三种面漆比较：氯化橡胶氯化橡胶氟碳树脂。涂料的细度越小，涂覆在被保护物件上就会越均匀，成型后表面出现的缺陷也越少，封闭性也越好。所以就细度这一性能而言，三种面漆中氟碳树脂的性能最好，丙烯酸聚氨酯次之，氯化橡胶相对较差。4.1.2 涂料粘度的测定（1）运动粘度法校正涂-4粘度计涂-4粘度计在使用前应该对其进行校正，即求得其修正系数K。粘度计的修正系数K定义为在相同条件下，被校正物质的标准流出时间T与所用粘度计的测定的流出时间t的比值，其计算公式为：15（4-1）式中：K粘度系数； T标准流出时间，s； t实际流出时间，s。选取一种已知运动粘度为100s的物质作为标准油，用涂-4粘度计测定器粘度，分别进行6次平行试验，整理测量数据如表4-2。表4-2 标准油的粘度测量结果Table4-2 Measurements of standard oil viscosity 测量数据/s平均值/s1234561029910410298101101结合公式4-1，计算粘度计的修正系数K为：K=0.99。（2）涂料粘度的测量参照国家标准涂料粘度测定法（GB/T1723-1993），使用涂-4粘度计分别测定底漆、中间漆的粘度，每种涂料分别进行两次平行试验，两次测定值之差应小于平均值的3%26，整理数据如表4-3。表4-3 五种涂料粘度的测量结果Table4-3 Measurements of five coating viscosity涂层测量结果/s平均值/s修正值/s涂层结构涂料名称1#2#底漆环氧富锌72707170.29中间漆环氧云铁92889089.10由测试结果可得，中间漆（环氧云铁）的粘度大于底漆（环氧富锌）的粘度，所以在刷涂过程中，中间漆的流展性较差，应注意刷涂的技术。4.1.3 涂料各涂层间附着力的评价参照国家标准色漆和清漆漆膜的划格试验（GB/T9286-1998）。测定并评价底漆与钢表面、底漆与中间漆、中间漆与三种面漆之间的结合力。将尺寸为100mm50mm3mm的钢板进行表面处理（打磨、清洁和干燥）之后，用刷子把涂料均匀刷涂在试板表面，常温干燥1周后，在划格器上划格，然后将透明胶带粘在划痕处，再扯掉胶带，观察涂层受到破坏的情况，根据附着力评级方法判定涂层附着力的级别27。整理试验数据如表4-4，其中附着力评级方法参见表4-5。表4-4 涂层各结构的附着力的测量结果Table4-4 Measurements of adhesion of coating each structure涂层附着力/级涂层结构涂料名称底漆环氧富锌2中间漆环氧云铁1面漆氯化橡胶2丙烯酸聚氨酯2氟碳树脂1表4-5 划格法测定附着力试验结果分级Table4-5 Classification of measurements of Lattice method determination of adhesion级别形貌描述十字交叉切割区发生脱落的表面外貌示意图0划痕处完全光滑，没有一格的涂层发生脱落-1在两划痕相交处有部分涂层掉落，但脱落部分的面积应明显小于总面积的5%续表4-5级别形貌描述十字交叉切割区发生脱落的表面外貌示意图2在两划痕相交处或划痕边缘有部分涂层掉落，脱落部分的面积明显大于总面积的5%，但应小于其15%3在两划痕相交处或划痕边缘有大量或全部涂层发生掉落，脱落部分的面积明显大于总面积的15%，但应小于其35%4划痕处有大片涂层发生掉落，和/或一些方格部分或全部脱落，脱落部分的面积明显大于总面积的35%，但应小于其65%5剥落的程度大于4级-由实验结果可得，五种涂料中环氧云铁和氟碳树脂的附着力要教好，其他三种的附着力较差，因此，用氟碳树脂作为面漆的涂层体系整体具有较好的附着力。4.1.4 涂层柔韧性的评价参照国家标准漆膜柔韧性测定法（GB/T1731-1993）。使用柔韧性测定器分别测定并评价底漆、中间漆和三种面漆的柔韧性。将大小为120mm25mm0.2mm的钢板进行表面处理（打磨、清洁和干燥）之后，用刷子把涂料均匀刷涂在试板表面，常温干燥1周后，在柔韧性测试器上，进行测试，观察试样破坏的情况，记录下试样破坏时钢制轴棒的直径28，整理试验数据如表4-6。表4-6 涂层各结构的柔韧性的测量结果Table4-6 Measurements of the flexibility of coating structure 涂层柔韧性/mm涂层结构涂料名称底漆环氧富锌1续表4-5涂层柔韧性/mm涂层结构涂料名称中间漆环氧云铁1面漆氯化橡胶1丙烯酸聚氨酯1氟碳树脂1有测量结果可得，五种涂料的都具有较好的柔韧性，尤其是三种面漆在柔韧性上没有太大差异。4.1.5 涂层耐冲击性的评价参照国家标准漆膜耐冲击测定法（GB/T1732-1993）。使用规定中的冲击试验器分别测定并评价底漆、中间漆和三种面漆的耐冲击性。将大小为100mm50mm3mm的钢板进行表面处理（打磨、清洁和干燥）之后，用刷子把涂料均匀刷涂在试板表面，常温干燥1周后，在漆膜冲击试验器上进行测试。每种涂料分别进行三次平行试验，观察试样破坏的情况，记录重锤落于试板上的高度29，整理试验数据如表4-7。表4-7涂层各结构的耐冲击性的测量结果Table4-7 Measurements of the impact resistance of the coating on the structure涂层测量值/cm平均值/cm涂层结构涂料名称1#2#3#底漆环氧富锌50505050中间漆环氧云铁50505050面漆氯化橡胶50505050丙烯酸聚氨酯50505050氟碳树脂50505050由于规定中所要求使用的冲击试验器的最大试验高度只有50cm，因此不能对其进行极限测试。由测量结果可得，刷涂五种涂料的试板在经受50cm高度的冲击试验后，表面涂层都未发生开裂或者脱落，因此可以判定五种涂料在使用中都具有很好的耐冲击强度。4.2 面漆涂层耐盐雾性的评价参照国家标准色漆和清漆-耐中性盐雾性能的测定（GB/T1771-2007）和色漆和清漆涂层老化的评级方法（GB/T1766-2008）。使用盐雾试验箱分别测定并评价三种面漆在色漆和清漆耐盐雾性。将尺寸为100mm50mm3mm的钢板进行表面处理（打磨、清洁和干燥）之后，用刷子把涂料均匀刷涂在试板表面，刷涂第一道漆后，在室温条件下干燥一天，再涂第二道，刷涂最后一道面漆后，用石蜡作封边处理，最后常温干燥1周。盐雾试验箱调至37，加入配制好的质量分数为5%的氯化钠溶液，将涂漆样板被测试表面朝上呈一定角度（205）放置于支架上，按规定时间取出样板，用清洁的水清洗样板表面后，立即检查表面涂层的情况（如起泡、生锈、附着力的降低等）30。经过1000小时的试验后观察并记录试板表面涂层的形貌，整理试验数据如表4-8。表4-8 三种面漆涂料耐盐雾性的实验结果Table4-8 Experimental results of salt fog resistance to three kinds of paint coatings面漆涂料试验结果（1000h后）氯化橡胶出现少许起泡、锈点丙烯酸聚氨酯涂层完好，少许失光氟碳树脂涂层完好由表4-8可见，同样是在含有5%氯化钠溶液的盐雾环境中经过1000h的试验，涂有氯化橡胶涂层的试板表面出现了少许起泡及锈点，而涂有丙烯酸聚氨酯和氟碳树脂涂层的试板除有少许失光外未发生太大变化，涂层完整性很好。由此可以判定，较之氯化橡胶涂层，丙烯酸聚氨酯和氟碳树脂两种面漆涂层具有较好的耐盐雾性，这两种涂层更适合应用于舟山这种空气盐分含量较大的沿海环境。4.3 面漆涂层耐紫外光老化性的评价参照国家标准色漆和清漆-涂层的人工气候老化曝露-曝露于荧光紫外线和水（GB/T23987-2009）和色漆和清漆涂层老化的评级方法（GB/T1766-2008）。使用紫外老化试验箱分别测定并评价三种面漆在色漆和清漆耐紫外光老化性。将尺寸为100mm50mm3mm的钢板进行表面处理（打磨、清洁和干燥）之后，用刷子把涂料均匀刷涂在试板表面，刷涂第一道漆后，在室温条件下干燥1天，再涂第二道，涂完最后一道面漆，最后常温干燥1周。将试板安放在试验仪器的试板架上，并按照仪器说明排列。按规定时间拿出样板，用清洁的水清洗样板表面，立即检查样板的情况（如变色、起泡、生锈、粉化等）31。经过1000小时的试验后观察并记录试板表面涂层的形貌，整理试验数据如表4-9。表4-9 三种面漆涂料耐紫外光老化性的实验结果Table4-9 Experimental results of ultraviolet aging resistance to three kinds of paint coatings面漆涂料试验结果（1000h后）氯化橡胶表面变色，出现少许起泡、点蚀，部分有粉化丙烯酸聚氨酯涂层完好氟碳树脂涂层完好由表4-9可见，在经过1000小