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重腐蚀防护技术及工程化创新之路的探索
 
2009-07-03 | 文章来源:贺智端        【 】【打印】【关闭

  重腐蚀防护技术及工程化项目组创建于90年代初,十多年来坚持以国家经济建设需要为导向,以解决重腐蚀防护难题为使命,开展了重防腐涂料产品的研究、开发和生产。不仅更新了防腐涂装技术的理念,而且自行设计并制造了具有自主知识产权的涂装设备,组建了一支能肯硬骨头的科研队伍,走出了一条自主创新之路。项目组自行研发的高新技术产品已经在国家“西气东输”工程用天然气管道弯管的防腐工程、杭州湾跨海大桥防腐蚀工程等重大基础建设中发挥了不可替代的作用,为国民经济建设做出了重要的贡献。项目组长李京2005年荣获了中国科学院与省市,企业合作先进个人一等奖。

  一、高性能重防腐涂料的研究

  随着现代工业的迅速发展,人们对防腐涂料涂层的承受环境能力和使用寿命提出了更高的要求。于是标志着防腐涂料先进性的技术和一个国家科技发展水平的重防腐涂料得到越来越广泛的应用。所谓重防腐涂料是指能在相对苛刻腐蚀环境里应用,并具有能达到比常规防腐涂料更长保护期的一类防腐涂料。其中,熔融结合环氧粉末涂料是一种热固性防腐涂料,已被一些发达国家的业内人士公认为埋地管道首选的防护涂料,是一种很有前途的涂料品种,但在国内尚属空白产品。以此为切入口,项目组抓紧开展与涂层性能相关的基础研究。热固性涂料的涂装过程,即聚合物成膜材料的交联化反应过程,制约着涂层的强度、粘结力等各种性能。因此,项目组首先制定了固化度测定方法, 随后进行了固化反应动的力学研究,掌握了固化过程的规律。防腐蚀性能的关键是涂层的渗透性,课题组始终没有停止这方面的研究,从涂料组成与渗透性的关系研究,到将先进的电化学阻抗谱和电化学噪声谱方法应用到涂层的失效过程研究,项目组取得了系统成果。高性能涂层要求承受多种腐蚀因素,如化学介质和应力同时存在的作用等,为此项目组还进行了涂料的组成和介质的速率与涂层毁坏过程关系的研究。以这些强有力的基础研究成果为依据,项目组开发出十余种型号、适用于不同对象的两大系列重防腐涂料(EBF熔融结合环氧粉末涂料和 SLF高分子复合液体涂料(亦称冷涂料)),不仅获得了具有自主产权的创新成果,而且创立了自己的品牌。

  二、涂装技术创新

  高性能的涂料只有采用与之相适应的生产工艺和涂装技术,才能得到最佳应有效果,这一点在涂料研制之初,已清晰地认识到。当时热固性粉末涂料的涂装技术在国内尚属空白。项目组迎难而上,自行设计,返复试验,探索从简单的球磨工艺到制定完备的现代化生产流程,最终完成了涂料生产工艺和涂装技术的自主创新。目前已在国内各地已建立了大、中、小型等各类涂装生产线8条。其中由宁波科鑫腐蚀控制工程有限公司投资,项目组自主开发研制的万吨埋地管道全自动内外涂装生产线为国内首创,获得发明专利。它包括了下列7个系统:1、管道的内外清理;2、管道输送;3、喷涂平台;4、内外喷涂机组;5、内外涂装回收机组;6、感应加热; 7、计算机监控。该生产线是一个涉及到机械、电子、自控、监测、化学等多方面知识交叉渗透的复杂体系,适用于对12米以下不同直径钢管的内外分别或同时进行涂装。现在杭州湾跨海大桥钢管桩防腐涂装生产线的设计就是在这万吨生产线的基础上发展而成的。它的研制成功填补了国内空白,所需投资仅为国外进口价的 1/10 ,有效地抵制了外商的垄断。

  上述涂料和涂装技术已广泛地应用于石油、化工、冶金、能源、矿山、机械等各领域,如秦山核电站耐海水和应力两种腐蚀的波纹管防护,耐电解液和耐摩擦的电解铜种板边缘防护,化纤车间在强腐蚀化学介质中异形设备的防腐,各种强腐蚀环境下使用的风机、泵、阀的防腐,减阻、耐磨管道的防腐的各种腐蚀等。项目组目前已取得了专利权19项,其中发明专利5项,产品获得了“国家重点新产品”的荣誉称号,项目组作为负责单位联合其他单位合作制定完成了GB/T 18593-2001《熔融结合环氧粉末涂料的防腐蚀涂装》国家标准,填补了国内空白,为本项技术的发展和提高制订了规范、奠定了基础。这些成果得到了中国科学院领导的高度评价,并于2001年通过了院级鉴定,专家们一致认定本项技术“处于国际领先位置”,“成为重腐蚀防护领域中新的防护手段”。

  三、西气东输弯管防腐工程

  “西气东输”工程是我国西部大开发战略的重要组成部分,它将西部盛产的天然气输送到能源紧缺的东部沿海,改变东部地区的能源结构,这项工程西起新疆的轮南,东达上海市西效,全长4000公里,输气管直径达1.1米,气压达4-5MPa,输气管线的防腐蚀工程要求既高又急。由于管线漫长,所经地区和地势复杂,管线中包括着许多弯管,这些不同角度的大型钢制弯管,当时国内还不能生产,这种弯管的防腐国内更无成熟技术。项目组视国家建设为已任,勇挑重担,在2002年初西气东输弯管防腐工程中标,立即设计了专用弯管防腐涂装生产线,一个月就在现场建成并调试成功,首先在国内实现了大型复杂工件多层熔结涂层技术的应用,并把无溶剂环氧超高压无气喷涂技术应用到国家大型工程中,工程合格率达到100%,通过验收,得到业主好评。

  四、杭州湾跨海大桥钢管桩防腐工程

  杭州湾跨海大桥是我国“五纵七横”国道主干线中跨越杭州湾的便捷通道,北起浙江省嘉兴,南止于宁波慈溪,全长36公里,为世界之最,它可将宁波到上海间的路程缩短120余公里。但该海域潮差大, 水流急,海水最大流速在5m/s以上,施工条件很恶劣。大桥的使用寿命要求达到100年,支撑大桥的基础结构系用直径1.5~1.6米、长度达88m的整体钢管桩组成,单件钢管桩重量在70吨以上。如何实现跨海大桥钢管桩的全面腐蚀控制是桥梁设计与工程中的难题。经过详尽的调查研究和周密的设计,项目组提出了以高性能复合涂层为主,辅以牺牲阳极联合防护的新创议,取得了中标的成功。这个新的防腐理念可能成为海洋工程防腐的方向。

  已开发的SEBF涂料虽具备着高强度、高粘结力,和高耐蚀性等优点,但对大桥钢管桩的涂层要求更高,不仅要能长期抵御海浪、泥沙的冲刷,而且在施工中要能经受打桩机强大的冲击力和海床的挤压,并不发生剥离和破损问题。为此,项目组集中优势兵力进一步提高SEBF涂料性能,开发了三种新型号涂料,其抗渗透性,抗划伤性和耐紫外辐射性满足了大桥钢管桩防护的要求,又经过对涂料热性能的系统研究,完全掌握了其胶化和固化特征,从而制订了完善的工艺程序,使诺大的钢管桩的不同部位分别以单层、双层和三层结构进行一次性涂装完成,目前基本完成了5000多根的钢管桩涂层防腐,保证了钢管桩按计划入海。

  在牺牲阳极的建设工程中,项目组邀集了四个相关单位组成联合体共同承担,在水急浪高,波涛汹涌的海区,进行着史无前例的牺牲阳极的安装、焊接。由于没有成熟经验可借鉴,为了在施工中不破坏高性能涂层,阳极块安装避免水下焊接,主要采用悬挂铝合金的方法。现在已完成了试点工程,进入批量安装阶段,结果表明这种方案是经济、有效和可行的方法,已经初步取得了成果,为国家重大工程特别是海洋工程中的重防腐开辟了全新的道路。

 

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