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2019-02-17 20:14 来源:北国网

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LNG(液化天然气)接收站的低温防腐解决方案分析
2019-02-17    阅读量:5521    新闻来源:涂层与防护  |  投稿

    LNG(液化天然气)是一种高效清洁能源,我国目前已投运的大型LNG接收站有11座,在建或拟建的大型LNG接收站还有18座。LNG接收站中大多数装置在LNG气化之前基本长期处于-160℃左右的低温环境下运行,选材上也使用了大量奥氏体不锈钢。这对设备的保冷、材质、防泄漏等方面都提出了很高要求中国涂料在线coatingol.com。接收站的主要系统即LNG卸船系统、LNG存储系统、LNG外输系统中,主要设备有卸料臂、LNG储罐、BOG(蒸发气)压缩机、再冷凝器、汽化器等,任何一个环节出现问题,都将使整个系统停车。

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    我国LNG接收站基本位于海边,根据ISO12944-2的典型腐蚀环境分类,LNG接收站的腐蚀等级达到C4级别。在海洋大气环境区域中,海盐粒子为氯化物,由于海盐的吸湿性强,渗透腐蚀性强,可以渗进钝化膜,腐蚀底材,尤其对不锈钢材质产生点蚀破坏,严重时甚至会导致管道或设备穿孔。因此,针对接收站的不同设备,根据不同的运行工况、运行条件和运行环境下,不同装置就需要进行特殊的防腐保护。

    1储罐防腐

    LNG储罐是LNG气化站中的关键设备,其完好与否直接关系到气化站的正常运行。储罐若发生腐蚀,将导致LNG的泄露,带来极大安全隐患,因此必须采取有效的防腐蚀措施,延长LNG储罐的使用寿命并保证储罐的安全运行。储罐是否完好包括的因素有:储罐内外表面是否完好,储罐夹层真空度的自然蒸发状况如何,附件、基础是否稳固等。在LNG储罐日常运行中,储罐常年暴露在大气环境下经历着风吹日晒,储罐外表面不可避免地遭受腐蚀,特别是处于沿海地区、化工园区、多雨地区的LNG接收站,LNG储罐的外表面遭受腐蚀要更快、更严重一些。鉴于LNG储罐的重要性和特殊性,必须对其外表面进行有效的防腐保护。因此,如何选择恰当的防腐材料,以便安全有效地对储罐进行防腐处理就显得非常重要。

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    由于LNG储罐高度较高,储罐的外表面特别是罐体顶部防腐蚀的维护困难较大。因储罐内充装有大量的LNG蒸发气,牺牲阳极的阴极保护法或外加电流阴极保护在有爆炸风险的场合会增加现场安全风险,因此不建议采用此两种方法。综合各种因素,防腐措施采用涂层保护法,即使用有机非金属涂料涂覆在金属表面上,形成涂层薄膜,可有效隔离腐蚀性物质,从而达到防止或减缓设备腐蚀、保护金属表面的目的。而防腐涂层还能将部分光线反射出去,减少储罐的吸热,从而有效地保持储罐内燃气合格的蒸发率。

    然而,实际的保护罐体的涂层虽然肉眼看不到空隙,但相对于空气中的水分子、氧分子及氯离子而言,即使罐体涂层中膜的平均孔直径只有(10-4~10-6)mm,依然摆脱不了水和氧分子的侵袭,因为水和氧分子直径约为3×10-7mm,而Cl-直径大约也只有10-7mm大小。因此涂膜时采用多层涂膜的方法,才能更好地防止水、离子、氧气等分子的渗透,并且膜层要有足够的厚度才能达到有效屏蔽这些微小粒子侵入的目的。而常用的多层防腐体系一般分为底漆、中间漆、面漆等。而底漆是作为腐蚀介质渗入涂膜后的最后一层防线,是直接和金属接触的,除要求底漆的成膜物质具有好的屏蔽作用来阻止腐蚀介质的渗透外,还要求底漆的润湿性能较好才行。只有润湿性能好,才容易渗透到金属表面的凹凸不平处或缝隙中,填补到金属表面的细微不平整而不脱落。中间漆要求与底漆和面漆具有非常好的结合力和屏蔽作用,这样才不至于使涂料分层而降低屏蔽效果。面漆作为阻挡腐蚀介质的第一道屏障,需具备隔离污染物及紫外线并能防止外界大气腐蚀的特性,面漆采用不含颜料的清漆可以获得致密的膜层从而减少孔隙度。

    2卸料臂防护

    LNG卸料臂是接收站内非常关键的设备,处于海边码头的卸料臂一直暴露在含盐较高的潮湿海洋大气环境中,容易遭受腐蚀侵害。同时,LNG卸料臂长期处于超低温(-162℃)和常温(60℃)的冷热循环工况,并且一直暴露在风吹日晒的自然大气环境中,这就需要卸料臂的防腐涂层体系具有耐超低温和冷热循环、耐紫外线的特性。

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    LNG卸料臂管道为不锈钢材质,通常采用普通双酚A型环氧涂料、环氧酚醛涂料、聚氨酯涂料或惰性共聚物涂料。喷涂顺序按照底漆、中间漆和面漆的顺序进行,一般底漆为双酚A型环氧底漆或环氧酚醛涂料,中间漆为双酚A型环氧涂料或环氧酚醛涂料,面漆为聚氨酯涂料。每一层涂料的厚度也是整个涂装工艺中重要的因素,而中间漆的主要作用是增加层的厚度以提高整个涂层系统的屏蔽性能。面漆的作用是阻挡紫外线和抵御大气污染对涂层的破坏,抵挡风吹雨雪等。因此,应根据当地的环境特性和气候特点,采取现场试验,确定采用哪种涂层体系和厚度,才能保证此体系与卸料臂具有较好的粘合力,并且在LNG的冷热循环的工况下,便于测试涂料的耐冷热性能及对当地气候的适应特性。

    3卸料码头防腐

    LNG专用卸料码头及栈桥的桥墩除少量为灌注桩外,大多数为钢管桩。在码头的运行中,钢管桩表面难免会附着大量海洋生物,造成局部严重腐蚀。而海洋环境的材料腐蚀一般分为大气区、飞溅区、潮差区及海水全浸区和海泥区等几个区域,每个区域都各有其特点,其中飞溅区是整个码头钢管桩腐蚀最严重的区域。

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    为防止码头钢结构腐蚀,国内大多数码头采用涂料、阴极保护或两者相结合的方式进行联合防腐。由于码头钢管桩长期处于海水环境的恶劣腐蚀环境下,码头运行期间维护困难,因此建议采用高性能重防腐涂料进行防腐。其主要有聚氨酯涂料、环氧粉末涂料、聚酯玻璃鳞片涂料和改性环氧玻璃鳞片涂料等。目前国内外对应钢管桩一般采取某些涂料组合,产生了一些较好的应用效果。例如大气区涂2层湿固化环氧树脂封闭底漆、3层湿固化环氧树脂中间漆、2层丙烯酸聚氨脂面漆。飞溅区常用的方法主要是采用热喷锌铝涂层+封闭涂层。潮差区腐蚀环境也较为恶劣,建议使用富锌底漆+玻璃鳞片涂料组合。全浸区的腐蚀程度比大气区严重,但比飞溅区、潮差区轻。全浸区因防锈、防污涂料本身使用寿命等因素很难实现对码头钢结构的长期有效保护,主要采用阴极保护与涂料相联合的保护方式。另外,聚乙烯防腐带在钢质管道上进行外防腐也有广泛的应用,其中福建LNG卸料码头采用C50型新型改性丁基橡胶防腐热缩带后,被防腐带缠绕的部位具有良好的金属光泽,且表面无腐蚀。可见防腐带具有非常好的防水效果,剥离强度高,粘接性也好。近些年,作为钢管缠绕材料的新型聚乙烯防腐带应用越来越广泛,这种材料寿命长、耐腐蚀性强、对环境污染小、施工简单及投资少,在码头防腐中应用越来越广泛。

    4不锈钢管防腐

    在LNG接收站项目中,大量使用了不锈钢作为介质输送管路,易在金属表面形成强腐蚀介质湿膜,尤其是昼夜或季节气候变化大时更加容易导致腐蚀加重。而对于某些在超低温和高温服役环境的LNG装备而言,不锈钢管线的应力腐蚀控制就显得尤为重要。LNG接收站中的不锈钢管线分为保温和非保温两种类型,取决于不同管线的工作温度。如304/304L用于深冷管线以外的常温和高温系统,而316L不锈钢主要用于深冷保温,超低温运行服役温度可达-196℃。

    不锈钢相比较于普通碳钢有其自身的特性。因此,尤其是用于低温环境下的不锈钢所用油漆、表面处理等方面有其特殊性,应注意以下几点:①涂层应满足现场工作温度需要,具体到LNG接收站应需要满足深冷或温差变化大的要求。因某些设备服役温度不同,管线由于温差变化导致的管线母材物理收缩和膨胀明显,相应的涂层要求具有耐热和抗骤冷的特性。

    除此之外,还应具有耐腐蚀、防霉菌、渗水性低、湿度变化适应性强、与金属附着力强等优异性能,且机械性能良好,施工简便;②不锈钢防弱化腐蚀的原理是表面钝化生成氧化膜,电位正移,而富锌底漆保护的一个重要原理是阴极保护,这样将造成腐蚀电位增大,所以不锈钢上涂富锌涂料会削弱涂层的保护作用。因此环氧富锌和无机富锌涂料不能用于不锈钢表面。同样的,涂层中也不能含有铅、铁、锌等的氧化物;③油漆中金属成分易与不锈钢表面引起电化学腐蚀,因此所用涂层不能含有金属成分;④硫、氯化物等会使不锈钢表面引起点蚀等,从而降低不锈钢的耐腐蚀性能,应得以控制。尤其是在不锈钢表面清洗时要减少氯化物的附着,因此应控制清洗时氯离子的含量。

    5接收站施工过程防护

    首先,各设备的包装、储存方面应采取相应保护措施,管件端口用塑料盖盖严,防止氯离子腐蚀管件内表面;管件外露部分应用塑料膜包装好,以避免氯离子腐蚀管件外表面。在储存方面,最好安排在室内储存,保持室内干燥及通风良好。

    施工前用帆布对LNG储罐下部及周边区域、设备进行遮盖防护,防止浮灰、锈屑、涂料等对设备的污染,也可预防下落物件对设备管线等的破坏。

    LNG接收站装置设备施工安装等过程中,对天气、相对湿度、温度等都有一定要求。施工时,环境温度必须高于5℃,但不得高于40℃,同时应保证施工现场空气相对湿度不超过85%,设备表面温度比空气露点温度高3℃以上。LNG接收站多处于沿海沿江地带,因此,需特别注意做好潮热天气及雨季防腐,否则,将极大影响防腐效果。而在扬尘天气及风速较大等的极端恶劣天气时也不应进行防腐施工。

    另外涂漆时,可能需要涂多遍才能达到理想的膜厚,从而导致涂层不会那么快固化。因此,在涂层逐渐固化期间,不宜承受机械压力,且应保持良好通风,避免接触水气,否则,涂层表面将产生白化现象。一旦涂层表面出现白化现象,可使用打磨或稀释剂的方法去除。

    6结语

    (1)LNG接收站的大多数装置处于极端低温条件下运行,设备价格昂贵。为使设备有尽量长的使用寿命,减少购置设备费用,降低运行成本,设备的保存、施工、调试、运行、维护都应该严格按照标准要求进行;

    (2)接收站在设备运行过程中,应定期监测防腐涂层的厚度,防止因防腐层脱落造成的设备表面腐蚀而导致的设备失效,从而保证设备平稳运行,生产安全进行;

    (3)不同的设备,根据不同运行工况、运行条件和运行环境,不同装置进行特殊防腐保护分析,对设备防腐措施的小的投入,就能换来接收站长期安全稳定运行,对LNG接收站的安全生产和运行维护具有重要指导意义。


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