一种钇尾矿制备油气管道防腐涂料方法及施工与流程

1.属石油气管道、设备，防腐材料及防腐工程领域。


背景技术：

2.油气开采设备及油气集中输送设备如：油气井套管、钻采设备、井下器具、集输管线等，受到来自地层深处h2s、co2、凝析油、地层水等物质侵蚀，且，设备工作于高压、高流速状态。侵蚀物质与应用环境之特殊协同，造成设备严重腐蚀。轻者，套管穿孔、钻采设备失灵，重者，管线开裂，危及人员安全。
3.油气集输管道内腐蚀受管道材料、输送介质、压力、流速以及管道防腐等多重因素影响。其内壁腐蚀主要包括3种，（1）h2s腐蚀，h2s离解出hs－、s2－吸附在金属表面，形成加速吸附复合物离子fe（hs－）。金属吸附的hs－、s2－使电位移向负值，进一步促进阴极放氢的加速，而氢原子为强去极化剂，易在阴极获得电子，同时使铁原子间金属键的强度削弱，进一步促进阳极溶解反应，进而加速钢铁腐蚀。（2）co2腐蚀，co2与水接触形成碳酸，碳酸电离出氢离子，电离的氢离子直接还原析出氢，同时金属表面的hco3－离子浓度极低时，h2o被还原析出氢。（3）多相流腐蚀，按其腐蚀环境可分为清洁环境的腐蚀、冲刷环境的腐蚀、腐蚀性环境的腐蚀，以及冲蚀和腐蚀同时存在的环境腐蚀。目前，国内外对油气集输管道内腐蚀采取了多种防腐措施，主要包括：防腐涂料、电镀合金、复合管等，也有以不锈钢、合金钢、玻璃钢等替代钢材，在线检测、计算机软件评估等智能技术也有应用。
4.中国专利cn 108047905a《一种应用于石油管道的聚脲防腐涂料的制备方法》公开了一种应用于石油管道的聚脲防腐涂料：“通过对聚脲涂料中的a组分在制备预聚体的过程中加入防腐改性剂，使耐酸、碱性能得到提高；通过对预聚体制备中加入经过改性的环氧树脂，引入耐磨颗粒，使涂层的耐磨效果提高”。
5.中国专利cn 102702930a《一种含硼的耐高温耐磨重防腐石油管道内壁涂料制备方法》公开了一种含硼的耐高温耐磨重防腐石油管道内壁涂料：“组成物以及制备方法。该种耐高温耐磨重防腐石油管道内壁涂料甲组分由基料、颜料、溶剂、消泡剂和分散剂组成，其原料组成按质量百分比为环氧树脂11.7%—17.4%，硼酚醛树脂4.7%—9.7%，颜填料28.6%一39.7%，消泡剂0.02%，混合溶剂40.3%—50%；乙组分为胺类固化剂”。
6.良好的油气管道内涂层，对长线油气输送可减阻、降低流动损耗、提升输力。对近线油气输送可抗冲击、抗腐蚀、降低维护频次。油气管线内涂层有减阻、节能、防腐、提升输力等功能。业内众多技术人员也为此付出大量的时间与精力，也取得了很多新技术、新应用。然，就发明人认知范围，油气管道内涂层选择有机聚合类树脂为基料是有明显缺陷的，而选择无机类如：玻璃、陶瓷作为油气管道内涂层也同样存在明显缺陷。因此，发明人认为，在这一领域，其创新潜力依旧深远。
7.需要说明的是：以上背景技术只是发明人的个人认知，不能代表行业新技术，也不能代表本行业公知。


技术实现要素：

8.上世纪40年代，钇矿开采遗留的巨型矿坑，沉寂在可可托海大山深处。近期，矿山治理清理出大量的含釔尾矿。釔，是最早应用的稀土元素，也是军工行业不可或缺的材料，硅釔氧化物涂层对高速气流有明显的减阻效果。存量的固废含釔尾矿，为研发一种减阻效果明显的涂料，提供了难得的路径。
9.含钇尾矿的主要成分：氧化硅74%，氧化铝19.5%，氧化铁1.33%，氧化钇0.5%，氧化锆0.45%，氧化钙0.45%，氧化锌0.35%，氧化银0.25%，氧化铜0.20%，氧化钨0.15%，烧失量2%。
10.涂料制备选择了通吃、通用，无三废的生产工艺。首先将尾矿煅烧至300度，冷却后送入球磨机，球磨至比表面积大于700m2/kg，冷却后备用。选择了改性硅橡胶硫化制备涂料的技术路线。屏蔽有机涂层因油气冲刷引发聚合物断链之缺陷，也克服无机涂料因缺乏弹性，在管道形变时破碎、开裂之缺陷。首先，将硅烷偶联剂用乙醇稀释备用。二甲基二乙烯基硅油搅拌同时加入双二五硫化剂，连续搅拌同时缓慢加入上述备用的偶联剂，继续搅拌，缓慢加入硅溶胶，硅溶胶加完后提高转速同时继续加入上述制备好的钇尾矿填料。搅拌均匀后得到一种稳定、粘稠适合的涂料。
11.进一步优化：精磨钇尾矿100~150质量份、硅溶胶25~35质量份、乙烯基硅油45~55质量份、硅烷偶联剂0.05~0.1质量份，双25高温硫化剂0.025~0.05质量份。钇尾矿由氧化硅、氧化铝和微量的稀有金属氧化物，其中氧化钙含量≤0.5%，氧化钇含量≥0.5%，硅溶胶之ph值≤10、密度≥1.33，乙烯基硅油是工业级二甲基二乙烯基硅油，双25是市售高温硫化剂，硅烷偶联剂是171、172、173的一种或多种的组合。
12.上述制备的涂料，喷涂在平板试块上；涂刷在实验管上；用浸沾法涂覆在盘管内外。上述样块、样管，静置48h干燥后经180~230℃硫化，得到减阻防腐涂层。进一步硫化是温度在180~230℃的硫化。对上述样块，样管之涂层进行测试，检测其硬度，抗形变，抗冲击，抗腐蚀，减阻及90天耐酸、耐碱、耐海水实验。
13.具体实施例1涂料制备：钇尾矿2kg入马弗炉，升温到300℃，保温30min，自然冷却后入陶瓷球磨机，过200目筛，检测比表面积725m2/kg备用硅烷偶联剂nh1735g，nh1715g加入10g乙醇稀释备用二甲基二乙烯基硅油800g入搅拌器，加入双25硫化剂3g开搅拌慢速，搅拌均匀后加入上述稀释备用的硅烷偶联剂，继续搅拌加入300g硅溶胶，调转速到中速，缓慢加入上述待用之钇尾矿1150g，继续搅拌15min停搅拌，将制备好的涂料装入烧杯喷涂施工：钢板100*200*1.5mm实验样板8块，表面清洗干净，用高压喷枪喷涂上述涂料。48h后，样块入230℃烘箱，15min后取出，自然冷却耐腐蚀检测：取上述平整样块4块，分别置于10%盐酸、10%硫酸、10%氢氧化钠、10%硝酸钠容器中，90天后，取出擦洗干净观察。结论：涂层表观无任何变化抗形变检测：取上述平整样2块沿200mm线弯曲，夹入180mm夹具，1h后将夹具调整到160mm。取出观察。表观结论：涂层表观无裂纹，无脱落抗冲击检测：取上述平整样2块分别置于摆球冲击测试仪，1000mm摆臂，100g摆球分别冲击10次。取出观察，结论：无裂纹，无脱落减阻测试：直径10mm铜管，盘成直径100mm的圆形盘管，管线总长40m。管线一头接
二氧化碳气瓶，一头接流量表、压力表、阀门。调整流量为1m3/min，计算气瓶与出口压差为128kpa将上述涂料用注射器灌入盘管，顺时针缓慢滚动4h，静置48h后将上述盘管入230℃烘箱， 45min后取出，自然冷却继续上述减阻测试。实验结论：流量为1m3/min，气瓶与出口压差为117kpa。以上结论证实该涂料减阻效果明显。
14.具体实施例2原料准备：钇尾矿10t入回转窑，窑炉出口温度300℃，自然冷却后入球磨机，球磨4h后检测比表面积755 m2/kg，备用硅烷偶联剂nh172与二甲基二乙烯基硅油按0.85％配比，双25硫化剂与二甲基二乙烯基硅油按0.35％配比，在连续混料机中连续混合，得到混合料6.5t双螺杆连续混炼机，以混合好的二甲基二乙烯基硅油混合料5质量份与硅溶胶3质量份、备用的钇尾矿9质量份的比例，连续喂入混炼机，经混炼机混炼。得到混合好的涂料，装桶备用涂层制备：油气管线实验段2km，90
°
弯4个，管线直径600mm，工厂预制管道涂层：厂内加工，使用管道喷涂机器人于管头内外各留10mm焊缝外其余全部喷涂，喷涂完工，静置72h后管道入硫化窑，经230℃硫化现场施工：管线架设焊接完成后管道内使用机器人对管道焊缝清理喷涂，管道外部使用人工用对管道焊缝清理喷涂，待涂料干燥后用便携式红外灯对焊缝照射，升温到230℃以上，完成双面硫化。