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油罐導靜電涂料研究進展

編輯:佰麗安防腐漆 發布時間:2020-12-16 瀏覽量:112
油罐導靜電涂料是為杜絕油罐靜電起火爆炸事故而設計的涂料,因油罐材質為鋼板,導靜電涂料除了導電性外還需兼具防腐性。
液體石油產品在流動、過濾、混合、攪拌、加注、抽提等狀況下,會因摩擦而產生靜電荷,當產生靜電荷速度大于其導出速度時,就會形成靜電荷的積聚。電壓不斷升高,并在尖端放電,當積聚的靜電荷放電能量處于可燃油品蒸氣與空氣的混合物的爆炸極限范圍內時,隨時可能發生靜電起火、爆炸。
油品一般采用泵送,經管線進入各種儲罐,這個輸送過程會產生靜電,但因為管線內充滿油品,沒有足夠的空氣,不具備爆炸條件。
已經積聚靜電荷的油品進入儲罐中,如不及時導出靜電,儲罐上部空氣與油品蒸氣形成爆炸性混合氣體,就極易引發事故。
因此,近年來導靜電涂料備受重視,成為油罐防靜電措施之一,并得到大力推廣,國家對導靜電涂料的性能及使用還制定了多項標準和規范。
然而解決了導靜電問題卻帶來腐蝕穿孔問題,因此,研發人員在對導靜電涂料進行研究的同時,已經開始重視產品的防腐性能,目前應用的產品兼具導電性和防腐性,而未來的導靜電涂料需具備多功能化。
導靜電涂料概況,油罐導靜電涂料分為添加型和本征型兩大類,其中添加型也稱分散型或摻合型,基料樹脂不導電,需添加導電材料,而本征型導靜電涂料的基料樹脂自身導電,不需要添加導電材料。
添加型導靜電涂料按導電填料類型又分為金屬系(銀、銅、鎳等金屬粉)、炭系(石墨、炭黑等)、金屬氧化物系(氧化錫、氧化鋅、氧化銻等處理的云母粉、鈦白粉、硫酸鋇等)。
金屬系導電涂料價格昂貴,易氧化,易沉淀,主要以鋅粉和鋁粉為導電材料,但鋅粉會影響航空煤油辛烷值而被禁止在航空煤油罐中使用。
炭系導電涂料價格低,導電性好,但石墨的遷移性易對油品造成污染,已經逐漸被金屬氧化物系導電涂料所替代。
其中,氧化鋅晶需因其本身電阻率較高不適合單獨用作導電填料;導電鈦白粉、導電硫酸鋇的導電效果不如導電云母粉。
導電云母粉具有導電率高、密度小、價格較低的優點,因此選用導電云母粉作為主要導電填料是目前導靜電涂料開發的主要手段。
本征型導靜電涂料采用導電聚合物為基料樹脂,該類聚合物具有大的π 電子體系,如聚苯胺(PAN)、聚乙炔(PA)、聚苯硫醚(PPS)、聚吡咯(PP)、聚噻吩(PT)、聚喹啉(PQ)、聚對苯乙炔(PPV)、聚1,6-庚二炔(PHF)、聚硫萘(PTIN)等,以聚苯胺的研究應用最多。
本征型導靜電涂料因導電樹脂生產工藝復雜、成本昂貴,應用受到很大限制。
性能與標準
為杜絕靜電起火、爆炸事故發生,國家頒布了多項標準和技術規范,以對導靜電涂料的性能作出限定。其中GB/T 6950—2010《輕質油品安全靜電導電率》“ 石油導靜電涂料技術指標”和GB16906—1997《石油罐導靜電涂料電阻率測定法》“石油罐導靜電涂料施工及驗收規程”中制定了詳盡的技術要求。經修訂的標準將表面電阻率的限定值提高到108~1011Ω,與美國標準DODHDBK-263 規定的105~109Ω 仍相差很大。108~1011Ω涵蓋了物理學定義的絕緣體電阻率1010~1011Ω,可能是出于防腐性能的考慮,但該指標值得商榷。
盡管標準制定了很多,導靜電涂料注重導靜電性能卻忽視了防腐性能,因此,油罐避免了火災爆炸事故,卻頻頻出現腐蝕穿孔漏油現象。
張延豐對一座原油罐進行檢測,發現罐底板腐蝕總面積達23.6m2。在1729 個檢測點中,有1229 個點為腐蝕點,腐蝕比率占71%,其中32 個點已經腐蝕穿孔。
據對1994 年以來新造油庫油罐防銹效果的調查報告,浙江的舟山、杭州、溫州、岙山和上海等地的6 個油庫群,新造儲罐絕大多數在涂裝后僅1 a 就嚴重腐蝕,而且有2 例已嚴重到油罐底部腐蝕穿孔漏油。因此,油罐防靜電涂料與其它工業對防靜電涂料的要求不同,除了滿足電阻率達標外,還須同時滿足防腐性和耐油性:
第一,涂裝的對象是鋼結構,因此除防靜電功能外必須對鋼鐵要有優良的防銹能力,要求耐介質滲透期在7 a 以上;
第二,必須耐石油產品長年浸泡,且不污染油品或誘發產品變質。
導靜電涂料研究現狀
炭系導靜電涂料的炭黑電極電位遠高于鐵的電極電位,且涂層抗滲透性差,涂裝炭系導靜電涂料會造成鐵的加速腐蝕,且炭的遷移會造成油品污染。但其價格低,某些油罐將其作為中間漆,形成富鋅底漆+ 炭系導靜電涂料+ 非炭導靜電涂料的配套體系,還是具有一定的經濟合理性。炭系導電填料的研究主要包括以下幾方面:
(1)采用偶聯熱處理、化學接枝法對炭表面進行處理,提高導電性;
(2)靜電復制用炭粉的表面氟化,該技術已被美日兩國壟斷;
(3)導電性粉末用炭黑的表面處理。張露露等人以自制的化學鍍銀鱗片石墨對傳統無溶劑型環氧玻璃鱗片涂料進行改性,既提高了導電性,又提高了耐腐蝕性。
石玉等人利用炭系導電填料研制成漆酚導靜電防腐涂料,具有突出的綜合防腐性及導靜電性,為石油化工行業提供了一種比較理想的導靜電防腐涂料。
近年來,炭系導靜電涂料出現了一類新型涂料,即碳納米管導靜電涂料,添加少量的碳納米管就能獲得很好的導電性能,這樣就便于提高其它性能,如改善炭系導靜電涂料防腐性能差、顏色深的問題。
趙福君等人對碳納米管表面進行酸處理,再經偶聯劑表面改性以及超聲分散,碳納米管不僅可以比較均勻地分散在涂料中,而且碳納米管表面還具有更多的極性基團,可以降低導電涂料的電阻率,提高涂料的表面力學性能。
非炭導靜電涂料
添加型導靜電涂料除炭系導靜電涂料外,添加其它導電填料的均可歸屬于非炭系導靜電涂料,因其顏色淺亦稱之為淺色導靜電涂料。
目前研究開發并廣泛應用的是添加導電云母粉的環氧導靜電涂料。王寧等人以環氧樹脂為基料、以導電云母粉為導電體制成淺色環氧油罐導靜電涂料。
研究發現,影響涂料導電性能的主要因素是導電填料在涂料中所占的比例及涂料的固化時間,而通過調整顏基比及導電云母粉用量可大大提高涂料的耐腐蝕性能。
高波等人研制成厚漿型淺色環氧導靜電涂料,可減少涂裝道數,提高工效,并探討了導電云母粉用量、顏填料和助劑對電阻率的影響。
除環氧導靜電涂料之外,還進行了氟碳導靜電涂料和聚氨酯導靜電涂料的研究,隨著研究的深入,研究方向逐漸轉向了環保型涂料。
如劉成樓等人開發了水性環氧導靜電涂料,除了具有環保特性和導電性外,還具有優異的耐化學品腐蝕性、耐油性;
杜建偉等人制成的無溶劑導靜電防腐涂料涂層交聯密度較大,具有極優異的耐酸、堿、鹽、水及其它化學介質性能,浸泡介質12 個月后仍能保持原有的表面電阻率。
靳大純在導靜電涂料配方設計中添加了銹轉化劑和穩銹劑,研制成可帶銹涂裝的低表面處理導靜電涂料,目前已在2 座3 000 m3的儲油罐中涂裝應用。
本征型導靜電涂料
本征型導靜電涂料以聚苯胺為主要研究方向,此外,聚吡咯的高電導率、易成膜、無毒的特點也成為研究方向之一。
聚苯胺導電性能好,空氣中穩定性好及熱穩定性高,但是其不溶不熔、難以加工成型的難題一直困擾著人們。
長春應用化學研究所的科研人員采用“摻雜劑誘導增容”法可將聚苯胺溶解,對解決聚苯胺等導電高分子難以加工的問題取得了突破性進展,已實現了工業化生產。將聚苯胺添加在涂料中,經反應鑲嵌在成膜物的分子結構上,從而使其具有導靜電性,實現樹脂基料導電。
付大海研究了聚苯胺品種與用量對環氧涂料導電性能的影響,指出十二烷基苯磺酸摻雜的聚苯胺用量為環氧樹脂的5% 時,具有良好的導靜電作用,添加量繼續提高導靜電性不再改善。用5% 聚苯胺替代16% 的石墨添加到炭系導靜電涂料中,防銹性能和耐化學品性大大提高,還克服了石墨遷移的問題。
高昂的合成費用增加了聚苯胺涂料的生產成本,劉誼君等人采用氧化縮聚法制備了無機酸摻雜低成本、高電導率的導電聚苯胺,并以該導電聚苯胺為導電填料,以環氧樹脂為成膜物,制備出成本低、電導率可調的導電涂料。
導靜電涂料的發展方向
2003 年,我國宣布啟動石油戰略儲備工程,計劃在15 a 內,總投資將超過2000 億元人民幣(儲罐涂料約占工程投資的5%,即可達100 億元),建立達到相當于90 d 原油進口量的石油戰略儲備基地,總規劃分為3 期,儲量安排為:一期1400 萬t,二期2800 萬t,三期2800 萬t。
經初步測算,每1 萬 m3儲罐,需內壁導靜電涂料1.5 t,則總計2400 t。此外,還有煉油廠,各省市供油、貯油罐,導靜電涂料需求量超過5 000 t,“十二五”年需求量1 000 t 以上。
以上數據表明,市場對導靜電涂料的需求巨大,導靜電涂料在已建油罐上的應用將為在建和即將建設的油罐提供經驗積累和技術支撐,并為未來的導靜電涂料指出發展方向:
第一,油罐導靜電涂料因其應用環境的特殊性(油罐是大型裝置,施工、維修、翻新比較困難),其發展方向首先是高性能化,要求涂層具有較長的防腐年限,并具有易維護性、重涂性能優異的特點。
第二,油罐導靜電涂料需求量大,成本將會成為影響其發展的因素,開發低成本導靜電涂料是其發展方向之一。
第三,出于社會環保意識的增強,也源于施工安全性的考慮,環保型導靜電涂料是未來的發展趨勢,這方面的研究已經在進行,其中無溶劑導靜電涂料已在一些油罐中得到應用。
第四,導靜電涂料由于強調導電性而造成的腐蝕問題讓我們意識到導靜電涂料應具備多功能化,即應該兼具導電性、耐腐蝕性、耐高低溫性、耐燃性等特點。
結語
油罐導靜電涂料作為一種特殊功能涂料,已在石化行業得到廣泛的應用,對人們的生命財產安全起到至關重要的作用。
隨著研究的深入和實際應用需求,對導靜電涂料性能的要求不再單一追求導電性,對其防腐性、耐高低溫性等也會有所需求。導電涂料的研究和發展對我國的經濟建設和國防建設都有著長遠的意義。
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