摘　要：新型無(wú)機(jī)富鋅防腐涂料(以下簡(jiǎn)稱富鋅涂料)是一種自固化的鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料，它能夠在鋼鐵的表面形成一層結(jié)合力很強(qiáng)的涂層，該涂層能起到屏蔽和電化學(xué)保護(hù)的雙重作用。新型的無(wú)機(jī)富鋅防腐涂克服了原來(lái)的無(wú)機(jī)富鋅防腐涂料不能自固化、鋅含量低、施工質(zhì)量難以控制等缺陷，并提高了防腐性、導(dǎo)電性、可焊性、耐溫變性等性能。目前已經(jīng)在一些高腐蝕環(huán)境中要求具備高防腐性能的設(shè)施上投入了小批量的應(yīng)用。這種新型的無(wú)機(jī)富鋅防腐涂料能否應(yīng)用于我們油田的防腐工程中正是本文的主要分析內(nèi)容，本文通過(guò)部分腐蝕試驗(yàn)，并從不同的角度進(jìn)行了詳細(xì)地分析論證，得出了該涂料可以應(yīng)用于油田防腐工程的結(jié)論。

1、引言

新型無(wú)機(jī)富鋅防腐涂料是一種堿金屬硅酸鹽類富鋅涂料，其中鋅的含量占90％以上，其可以在金屬的表面形成一層致密的涂層，且其涂層具有良好的導(dǎo)電性和可焊接性。

該富鋅涂料是一種雙組分的涂料，其特點(diǎn)是無(wú)毒、無(wú)嗅、水性、不可燃，常溫固化速度快，涂膜致密。對(duì)金屬表面的要求是表面處理達(dá)到工業(yè)級(jí)即Sa2.5級(jí)，表面粗糙度(25～40)mm，可在潮濕的表面施工，必須避免油污。

表1所列性能中的耐鹽水性(5％NaCl，72h)，試板可以單面涂敷，不封邊封背，常溫下在5％NaCl溶液中，浸泡72h后觀察，在無(wú)涂層的金屬表面無(wú)可見(jiàn)的腐蝕斑點(diǎn)，這是該富鋅涂料最突出的防腐性能。

2、油田防腐工程的現(xiàn)狀

對(duì)于油氣田的不同的部位，根據(jù)腐蝕的介質(zhì)的不同，工程中所使用的的防腐技術(shù)也不同。地面的管道和儲(chǔ)罐大多采用的是：內(nèi)表面噴涂有機(jī)涂料、噴焊耐腐蝕的金屬、燒結(jié)上一層陶瓷類的物質(zhì)等等；外表面大多是采用表面涂敷瀝青和纏繞防腐膠帶等；也有的地面設(shè)施直接使用耐腐蝕的材料(如玻璃鋼等)制造；還有的使用陰極保護(hù)電極技術(shù)；下井的管道和工具，必要時(shí)也進(jìn)行防腐處理，特別是注水井的管柱，因?yàn)楦g嚴(yán)重，使用壽命短，經(jīng)常造成管線穿孔、脫落等事故，每年都會(huì)因腐蝕造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，并因此采取了很多的防腐措施，其中包括注入水的水質(zhì)處理措施和管柱的防腐措施等，也取得了明顯的成效。

3、富鋅涂料的防腐機(jī)理

富鋅涂料可以在金屬的表面形成一層致密的保護(hù)膜，隔絕了腐蝕介質(zhì)與金屬的接觸，同時(shí)因?yàn)榇吮Ｗo(hù)膜中含有大量的鋅，所以具有良好的導(dǎo)電性。

鋅(Zn²⁺)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位是-0.762V，而鐵(Fe³⁺)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位是-0.036V，所以鋅和鐵用導(dǎo)線連在一起，同時(shí)放在電解質(zhì)溶液里的時(shí)候，就構(gòu)成了原電池，電極電位低的鋅成為陽(yáng)極被氧化從而保護(hù)了陰極的鐵不被氧化，這種電化學(xué)反應(yīng)應(yīng)用在防腐工程中被稱為犧牲陽(yáng)極。鍍鋅鋼板、鍍鋅鋼管等，所有在金屬表面的鍍鋅，防腐的原理都是這樣的，但是普通的冷鍍鋅工藝的鍍層厚度只有5mm～10mm，且鍍層的致密性比較差。后來(lái)發(fā)展起來(lái)的熱鍍鋅工藝的鍍層厚度也只有20mm～40mm，鍍層的致密性有了顯著的提高，其防腐性能比冷鍍鋅提高了一大步。而現(xiàn)在最新的富鋅涂料，較冷鍍鋅和熱鍍鋅，在很大的程度上簡(jiǎn)化了工藝，降低了成本，涂層的致密性相當(dāng)好，并且涂層的厚度可隨意控制，其防腐性能也大大地提高。

4、富鋅涂料的耐腐蝕試驗(yàn)

為了了解富鋅涂料在不同的條件下的防腐特性，就用這種富鋅涂料制成試板，進(jìn)行了各種腐蝕介質(zhì)環(huán)境條件下的腐蝕試驗(yàn)。

試驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，常溫為25℃，涂料都是涂敷在馬口鐵板上，涂層厚度為70mm～80mm。

4．1涂層常溫耐鹽水腐蝕試驗(yàn)

試驗(yàn)過(guò)程：試板單面涂敷涂料，然后封邊封背，常溫，浸入5％的NaCl溶液中，30天，涂層完好，無(wú)異常變化，表面無(wú)銹蝕斑點(diǎn)。

試驗(yàn)結(jié)論：在鹽水中，涂層起到了很好的隔離防腐作用。

4．2涂層和試板常溫耐鹽水腐蝕試驗(yàn)

試驗(yàn)過(guò)程：試板單面涂敷涂料，不封邊封背，常溫，浸入5％的NaCl溶液中。可以觀察到在試板無(wú)涂層處，漸漸地生出一些細(xì)小的氣泡，這就說(shuō)明電化學(xué)反應(yīng)正在緩慢地進(jìn)行。浸泡7天時(shí)觀察，試板的無(wú)涂層處依然光亮如新，無(wú)銹蝕斑點(diǎn)，涂層無(wú)可見(jiàn)變化，溶液中有少量懸浮著的絮狀物。浸泡到15天時(shí)觀察，試板的無(wú)涂層處仍然光亮如初，無(wú)一點(diǎn)銹蝕的斑點(diǎn)，涂層仍無(wú)可見(jiàn)的變化，溶液中懸浮著的絮狀物增多。

試驗(yàn)結(jié)論：在鹽水中，涂層能起到陰極保護(hù)作用，很好地保護(hù)無(wú)涂層的金屬表面不被腐蝕。金屬表面做為陰極有氫氣產(chǎn)生，涂層作為陽(yáng)極有鋅失去電子成為鋅離子進(jìn)入溶液中，鋅離子與鹽水中的氯離子結(jié)合生成微溶于水的氯化鋅絮狀物。

4．3涂層和試板常溫耐純水腐蝕試驗(yàn)

試驗(yàn)過(guò)程：試板單面涂敷涂料，不封邊封背，常溫，浸泡到去離子水中。7天后觀察，涂層完好無(wú)變化，表面無(wú)銹蝕斑點(diǎn)，無(wú)涂層的金屬表面亦無(wú)銹蝕斑點(diǎn)。但是，在靠近水面無(wú)涂層金屬的邊緣尖銳處，有輕微的銹蝕斑點(diǎn)。浸泡到l5天時(shí)觀察，涂層仍無(wú)可見(jiàn)的變化，靠近水面無(wú)涂層金屬的邊緣尖銳處的銹蝕斑點(diǎn)的面積進(jìn)一步擴(kuò)大，水面以下。

試驗(yàn)結(jié)論：在純凈的去離子水中，涂層表面和無(wú)涂層表面均無(wú)腐蝕反應(yīng)發(fā)生；在靠近水面無(wú)涂層金屬的邊緣尖銳處，空氣中的水氣凝結(jié)使鐵氧化而發(fā)生腐蝕反應(yīng)。所以在純凈的水中，涂層無(wú)電化學(xué)保護(hù)作用。

4．4涂層和試板95℃時(shí)耐鹽水腐蝕試驗(yàn)

試驗(yàn)過(guò)程：試板單面涂敷涂料，不封邊封背，浸入95℃、5％的NaCl溶液中?？梢杂^察到在試板無(wú)涂層處，較快地產(chǎn)生出一些細(xì)小的氣泡，氣泡聚集、變大、上升、逸出，這說(shuō)明電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的速度較快。浸泡2個(gè)小時(shí)后觀察，試板的無(wú)涂層處仍光亮如初，無(wú)銹蝕斑點(diǎn)，涂層完好無(wú)異常。

試驗(yàn)結(jié)論：溫度升高使電化學(xué)反應(yīng)速度加快，且在95℃時(shí)，該涂層仍具有陰極保護(hù)作用，沒(méi)有發(fā)生極性逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

4．5涂層95℃時(shí)耐鹽水腐蝕試驗(yàn)

試驗(yàn)過(guò)程：試板雙面及邊緣涂敷涂料，即無(wú)未涂部分，浸入95℃、5％的NaCl溶液中。觀察涂層處，無(wú)氣泡產(chǎn)生，浸泡2個(gè)小時(shí)后觀察，涂層完好無(wú)異常。

試驗(yàn)結(jié)論：溫度升高到95℃時(shí)，該涂層仍具有隔離防腐作用。

4．6涂層和生銹試板的耐鹽水腐蝕試驗(yàn)

試驗(yàn)過(guò)程：取試驗(yàn)3試驗(yàn)l5天以后，已經(jīng)有局部生銹的試板，常溫下，浸入5％的NaCl溶液中?？梢杂^察到在試板無(wú)涂層處，有小氣泡產(chǎn)生，這就說(shuō)明電化學(xué)反應(yīng)正在緩慢地進(jìn)行。浸泡7天時(shí)觀察，試板的無(wú)涂層處金屬表面的銹蝕斑點(diǎn)已經(jīng)消失了，原來(lái)的銹蝕的部位變成光滑平整的淡蘭色的表面，溶液中有少量懸浮著的含棕紅色鐵銹的絮狀物。浸泡到15天時(shí)觀察，試板的無(wú)涂層處無(wú)銹蝕斑點(diǎn)，涂層完好無(wú)異常，溶液吉懸浮著的絮狀物增多。

試驗(yàn)結(jié)論：在鹽水中，涂層的電化學(xué)作用可以消除金屬表面的銹垢。

5、綜合分析

1)富鋅涂料在金屬表面所形成的涂層，能夠在常溫和95℃的情況下，在腐蝕介質(zhì)中，起到隔離保護(hù)和電化學(xué)保護(hù)雙重防腐作用，其中電化學(xué)保護(hù)作用尤為突出。

2)在實(shí)際生產(chǎn)和生活中，宏觀腐蝕電池除了異金屬接觸電池(在這里就是鋅與鐵)以外，腐蝕作用較大的還有濃差電池，其中包括：①鹽濃差電池，鹽濃度低的部位首先被腐蝕；②氧濃差電池，氧氣濃度低的部位首先被腐蝕；③溫差電池，溫度高的部位首先被腐蝕。其中鹽濃差電池和氧濃差電池造成的腐蝕現(xiàn)象是最為常見(jiàn)的，也是在防腐工程中必須要考慮到的。

3)從微觀腐蝕電池來(lái)看，還存在著金屬化學(xué)成分不均勻性、組織結(jié)構(gòu)的不均勻性、物理狀態(tài)的不均勻性、金屬表面膜的不完整性等而形成的腐蝕電池，其中物理狀態(tài)的不均勻性在注水井管柱上會(huì)起到主要的作用，具體體現(xiàn)在管柱的絲扣部位是應(yīng)力集中、變形較大的部位，會(huì)首先被腐蝕。從現(xiàn)場(chǎng)注水井的上部腐蝕較嚴(yán)重這一事實(shí)，就能充分地說(shuō)明這一點(diǎn)。

4)在腐蝕現(xiàn)象中，有許多的金屬構(gòu)件都是因點(diǎn)蝕穿孔而破壞，這主要是由于金屬的表面首先發(fā)生了局部結(jié)垢現(xiàn)象，然后就形成了腐蝕速度較快的垢下腐蝕，最后導(dǎo)致穿孔破壞。富鋅涂料可以有效地抑制和消除結(jié)垢現(xiàn)象，消除點(diǎn)蝕穿孔的發(fā)生。

5)在勝利油田，油田采油污水和回注水對(duì)石油設(shè)施的腐蝕是非常嚴(yán)重的，造成腐蝕的原因也是多方面的，其中主要有以下幾個(gè)：①細(xì)菌：硫酸還原菌、厭氧菌等；②水垢：鈣、鎂離子等沉淀結(jié)垢；③鹽堿一氯化物類型，氯離子(C1^-)含量為14000mg／L～128000mg／L。針對(duì)這幾個(gè)主要原因，油田也采用了殺菌劑、阻垢劑、緩蝕劑等化學(xué)藥劑，下井管主要采用了噴涂有機(jī)涂料技術(shù)、鎳一磷化學(xué)鍍技、不銹鋼內(nèi)襯技術(shù)、碳氮共滲技術(shù)等。但是由于井管線的絲扣對(duì)接部位的環(huán)形空間，是最容易聚集細(xì)菌和堆積水垢的部位，再加上此部位也是應(yīng)力集中和物理變形最大的部位，所以此部位是最容易被腐蝕的。為解決這一問(wèn)題，一直以來(lái)，嘗試了許多種方法，但這一問(wèn)題都沒(méi)能得到有效的解決。從以上的試驗(yàn)和分析可以看出，利用富鋅涂料的電化學(xué)保護(hù)作用就可以有效地解決這一問(wèn)題。

6)富鋅涂料最大的缺點(diǎn)是，由于電化學(xué)反應(yīng)的作用，鋅離子溶解到溶液中，與氯離子形成微溶于水的絮狀物，使溶液變渾濁，且易在地層中聚集沉淀，是一個(gè)不利的因素。但是從另外一個(gè)角度來(lái)考慮，在各種隔離防護(hù)方法的應(yīng)用中，一旦隔離層的局部因某種原因脫落，那么隔離層底下的腐蝕將會(huì)使得隔離層大片地剝落，而這些防腐隔離層都是一些不溶的有機(jī)物，或是難溶的金屬，這勢(shì)必造成井底地層的堵塞，嚴(yán)重時(shí)甚至造成注水井的報(bào)廢。

7)每一種防腐的技術(shù)都有它的缺點(diǎn)，也有它使用的局限性，但是如果把幾種技術(shù)結(jié)合起來(lái)應(yīng)用，則可以減輕其缺點(diǎn)所帶來(lái)的危害，提高綜合的防腐能力。比如說(shuō)，富鋅涂料配合管子內(nèi)表面噴涂有機(jī)涂料或鎳一磷化學(xué)鍍或不銹鋼內(nèi)襯等技術(shù)，利用富鋅涂料突出的電化學(xué)保護(hù)作用，則絲扣部位的腐蝕問(wèn)題和局部脫落的腐蝕問(wèn)題都可以得到很好的解決。

8)這種新型的自固化的富鋅涂料還在進(jìn)一步的研究提高過(guò)程中，它還存在著一些缺點(diǎn)，例如：施工溫度不能低于10℃，表面鋼灰色、無(wú)光澤、裝飾效果差等等，現(xiàn)在的研究已經(jīng)可以加入乙醇降低它的施工溫度，以及添加顏料或其他的一些添加劑，來(lái)改善它的裝飾效果，還-NANNN方使其能夠涂敷在非金屬的表面上?？傊?，隨著不斷的研究和提高，其缺點(diǎn)都可以不斷地得以消除或減輕。

6、結(jié)束語(yǔ)

1)新型無(wú)機(jī)富鋅防腐涂料的涂層具有隔離防護(hù)和電化學(xué)防護(hù)雙重防腐作用，其中最突出的是電化學(xué)保護(hù)作用。

2)油田的防腐工程是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，單單依靠那一種技術(shù)是不行的，水質(zhì)的處理和金屬的防腐，這兩方面都是非常重要的。這篇文章所介紹和分析的這種新型的無(wú)機(jī)富鋅防腐涂料，以后必將會(huì)在油田的防腐工程中發(fā)揮出它優(yōu)異的防腐作用。

參考資料：

[1]《油氣田的腐蝕與防護(hù)技術(shù)手冊(cè)》，石油工業(yè)出版社l999

本文作者：劉亞男  陳勇  考軍

作者單位：勝利油田有限公司技術(shù)檢測(cè)中心