簡介：

    FBE和三層聚烯烴涂層材料經(jīng)常被用于石油化工管道的外部腐蝕保護(hù)等應(yīng)用中，并且都取得了一定的成功。但是，當(dāng)采用多層涂層系統(tǒng)時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)焊縫范圍內(nèi)則很容易發(fā)生涂層脫層/分層現(xiàn)象。

    FBE檔案

    1 簡介

    FBE是熔結(jié)環(huán)氧的英文名稱“FUSION BOND EPOXY”的縮寫，F(xiàn)BE管是指在鋼管表面涂敷了熔結(jié)環(huán)氧粉末的鋼管。

    2 優(yōu)缺點(diǎn)

    FBE涂層有對(duì)鋼鐵材料粘結(jié)力強(qiáng)、膜完整性好、耐陰極剝離、耐土壤應(yīng)力和耐磨損的優(yōu)點(diǎn)，但其同樣也存在一些缺點(diǎn)，例如抵抗機(jī)械損傷的能力和耐濕熱性較差等。

    3 適用環(huán)境

    FBE涂層可用于工作溫度為-30~100攝氏度的鋼制埋地管道或水下管道設(shè)施的外防腐方面。現(xiàn)在，熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層技術(shù)已經(jīng)是一種經(jīng)過了無數(shù)驗(yàn)證的涂層技術(shù)，越來越多的被用于保護(hù)鋼管等材料在埋地和大氣環(huán)境中免受外界腐蝕。

    在大多數(shù)類型的應(yīng)用服務(wù)中，F(xiàn)BE通常會(huì)與包括聚乙烯或聚丙烯在內(nèi)的多層聚烯烴（3LPO）系統(tǒng)一起使用，以提供更好的防腐蝕和/或絕熱效果。

    4 常見問題

    所有這些涂料都具有長時(shí)期成功使用的案例記錄。然而，在安裝具有多層涂層的鋼鐵管道時(shí)，在環(huán)焊縫的裸鋼切口區(qū)域內(nèi)發(fā)生涂層分層現(xiàn)象也是非常常見的。

當(dāng)使用多層聚烯烴涂層體系時(shí)，F(xiàn)BE在環(huán)焊縫區(qū)域從鋼管道中脫離現(xiàn)象并不少見

    對(duì)過去三十年來進(jìn)行的大量研究結(jié)果和文獻(xiàn)報(bào)道進(jìn)行綜合分析，可以幫助管道制造者、管道安裝人員、涂料施加人員和管道檢查人員更好的了解這些涂料的失效原因。

    下面，我們將著重了解一些已知的失效機(jī)制和解決或者預(yù)防這一現(xiàn)象的一些有效措施。

    殘余應(yīng)力和附著力導(dǎo)致的失效機(jī)理

    根據(jù)一些研究人員的結(jié)果來看，可能存在的失效機(jī)理之一是由于這類三層涂層在應(yīng)用期間和之后的加熱及冷卻過程中產(chǎn)生了殘余應(yīng)力所導(dǎo)致的。

    通常，涂層和鋼材會(huì)被加熱到超過392°F（200°C）的溫度，隨著管道逐漸冷卻，涂層要比下面的鋼材發(fā)生更多地收縮，但是它會(huì)通過粘附力固定在適當(dāng)?shù)奈恢茫瑥亩a(chǎn)生應(yīng)力。這被認(rèn)為是材料之間的熱膨脹系數(shù)（CTE）的差異所導(dǎo)致的。

表1 涂層材料以及基體鋼材的熱膨脹系數(shù)

    進(jìn)一步的分析表明，在多層涂層系統(tǒng)的FBE和鋼材在收縮區(qū)域的界面處的應(yīng)力水平會(huì)有所增加。如果粘附力降低，這些力最終可能會(huì)導(dǎo)致FBE涂層的剝離。但是，通過減少倒角和增加FBE尾部則可以顯著減少壓力和分層的風(fēng)險(xiǎn)。

有限元分析表明，在收縮區(qū)域的涂層結(jié)構(gòu)明顯決定了FBE/鋼界面處的應(yīng)力值大小。利用30度的倒角和增加FBE尾部可以明顯減輕應(yīng)力

    聚烯烴的熱膨脹現(xiàn)象在3LPO（多層聚烯烴）涂層體系中會(huì)產(chǎn)生高殘余應(yīng)力。發(fā)生這種情況是因?yàn)榫巯N的吸水率低，這也就意味著即使暴露在大氣中后，其應(yīng)力水平也會(huì)保持在較高的水平上。在收縮區(qū)域，聚烯烴的剝離和剪切應(yīng)力較高，并且如果FBE和鋼材之間粘合力降低，則產(chǎn)生的應(yīng)力最終就可能會(huì)導(dǎo)致分層現(xiàn)象。

分離的出現(xiàn)：起始點(diǎn)

    分層區(qū)域的形狀看起來就像圓形水泡，這種半圓從FBE和切口區(qū)域中鋼材之間的界面開始。脫粘區(qū)域的形狀意味著這里可能存在電化學(xué)反應(yīng)開始的起始點(diǎn)。

從一個(gè)起始點(diǎn)到最終形成半圓狀

    這種蔓延的生長模式可能與交替的陽極區(qū)域（腐蝕）和陰極區(qū)域（清潔鋼）的電化學(xué)反應(yīng)有關(guān)。表明可能存在兩種不同的機(jī)制：

    ● 陽極縫隙腐蝕：在涂層/鋼界面發(fā)生陽極反應(yīng)，大面積的腐蝕產(chǎn)物迫使涂層遠(yuǎn)離鋼板。

    ● 陰極起泡和分層：陰極反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致形成氫氧化物，從而破壞涂層結(jié)合。

左邊表示的是陽極分層，右邊表示陰極分層。

    了解分離的起始點(diǎn)到底是是陰極還是陽極并不是十分重要。因?yàn)椋鉀Q方案是從一開始就防止發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)入手。

    預(yù)防措施

    避免管端涂層脫粘的關(guān)鍵之處是盡量減少環(huán)境暴露。對(duì)于靠近海洋的管道存儲(chǔ)尤其如此。最大限度地減少涂層施加，管道組裝，環(huán)焊接涂層應(yīng)用和安裝之間的時(shí)間可以有效降低涂層的分層風(fēng)險(xiǎn)。長時(shí)間存放時(shí)，應(yīng)使用合適的存儲(chǔ)技術(shù)（例如包裝，可剝離涂層或氣相抑制劑等）來妥善保護(hù)FBE /鋼界面。

    修復(fù)

    可以通過將母涂層去除掉，然后選取環(huán)焊接涂層作為代替選擇來解決FBE層的分層現(xiàn)象。如果分層范圍很廣，則可能需要用到專門的設(shè)備，甚至需要切割管道并重新焊接等。

為了制作合適的環(huán)形焊縫涂裝應(yīng)用，脫層的涂層必須被移除，并施加良好粘接的涂層

    總結(jié)

    在某些區(qū)域，涂層分層的最常見原因是長期暴露在環(huán)境中所導(dǎo)致的，特別是在海洋環(huán)境中。分離過程一般都是從FBE/裸鋼材料界面的受損區(qū)域開始，并開始形成電化學(xué)腐蝕。潛在的機(jī)理可能是電化學(xué)反應(yīng)（無論是陽極還是陰極反應(yīng)）。一旦暴露在環(huán)境中，降低了涂層的粘附力，其他因素如殘余應(yīng)力可作為增強(qiáng)劑，進(jìn)一步促進(jìn)涂層的分層現(xiàn)象。

    為了盡量減少這些區(qū)域涂層分層的可能性，我們應(yīng)該：

    ● 盡量使用世界一流的涂層材料和應(yīng)用程序。

    ● 最大限度地縮短缺口界面暴露在大氣中的時(shí)間，對(duì)于某些特定需求需要暴露在環(huán)境中時(shí)，一定要做好預(yù)防及保護(hù)措施。

    ● 長時(shí)間存放時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，如包裝，可剝離涂層或氣相抑制劑等。

    ● 設(shè)計(jì)一個(gè)FBE尾部，以減少壓力的影響。

    ● 將倒角角度降低至30度。

    充分了解這些涂層的分層機(jī)理并采取相應(yīng)的預(yù)防措施可以有效減少管道安裝過程中涂層分層的可能性。

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