Análise profissional e abrangente de revestimentos anticorrosivos-de tubos de aço

Os tubos de aço são amplamente utilizados em áreas essenciais, como transporte de petróleo e gás, abastecimento e drenagem municipal de água, engenharia química e geração de energia. O ambiente de serviço inclui solo, atmosfera, corpos d'água e meios altamente corrosivos. A corrosão eletroquímica é a principal causa de perfuração, vazamento e falha em tubos.

Os revestimentos-anticorrosivos, como principais meios técnicos para proteger tubos de aço contra corrosão, determinam diretamente a vida útil, a segurança operacional e o custo do ciclo de vida completo do gasoduto. A seguir, é apresentada uma análise profissional de três dimensões: importância da engenharia, requisitos gerais para revestimentos, tipos e características de revestimentos convencionais.

1. Interrompa o circuito de corrosão e suprima a reação de corrosão em sua origem

A corrosão do aço carbono é principalmente eletroquímica. Requer a ação combinada de três elementos: eletrólito, oxigênio e circuito anódico-cátodo. O revestimento anti-corrosão cria uma película protetora contínua e densa que isola o substrato de aço da água, oxigênio, ácidos, bases e sais, bloqueando diretamente o caminho de reação da corrosão eletroquímica; zinco, alumínio e outros revestimentos metálicos também podem inibir ativamente a corrosão do substrato por meio do efeito de proteção catódica do ânodo de sacrifício, mesmo que o revestimento esteja parcialmente danificado, pode impedir que a corrosão se espalhe.

2. Prolongar significativamente a vida útil e reduzir o custo total

A taxa de corrosão de tubos comuns de aço carbono sem tratamento anti-corrosão pode atingir 0.2 - 0.5 mm por ano em solo natural, e perfuração e vazamento podem ocorrer dentro de 3 - 5 anos. 3PE qualificado, pó de epóxi ligado por fusão-, etc. revestimentos anti-corrosão podem estender a vida útil projetada dos tubos para 30 - 50 anos, reduzindo significativamente os custos de substituição de tubulações, manutenção e tempo de inatividade, e o custo total do ciclo de vida pode ser reduzido em mais de 40%.

3. Garanta a segurança operacional e evite riscos de vazamento

A perfuração por corrosão pode levar a grandes acidentes de segurança e bem-estar público, como explosões de petróleo e gás, vazamento de meios químicos tóxicos, interrupção do abastecimento de água e poluição ambiental.

Revestimentos anti{0}}corrosão podem reduzir significativamente a probabilidade de falha por corrosão e são a principal barreira de segurança para tubulações de transporte de meio-de alta pressão, inflamáveis, explosivos e tóxicos. Eles também são os principais indicadores para aceitação obrigatória na engenharia de dutos.

4. Otimize a eficiência do transporte e reduza o consumo de energia operacional

O revestimento interno anti-corrosão pode reduzir significativamente a rugosidade da parede do tubo, diminuir a resistência aos fluidos e a tendência à incrustação, além de aumentar a eficiência do transporte do meio. Por exemplo, a tubulação de transmissão de água com revestimento de resina epóxi pode aumentar a eficiência da transmissão de água em 10% a 15% em comparação com a tubulação simples comum. Os benefícios-de economia de energia das operações de bombeamento de longo-prazo são notáveis.

5. Cumpra os regulamentos da indústria e os requisitos de proteção ambiental

Existem padrões anti-corrosão obrigatórios em vários campos, como petróleo e gás, serviços municipais e água potável (por exemplo, GB/T 23257, SY/T 0315, GB/T 17219, etc.). Uma camada anti{8}}corrosão compatível é uma condição necessária para a aceitação do projeto; o revestimento anti-corrosão das tubulações de água potável também precisa atender aos requisitos de segurança de contato com alimentos para evitar que substâncias nocivas sejam lixiviadas e poluam o meio.

Levando em consideração as características de serviço e construção dos tubos de aço, os revestimentos anti-corrosão e os revestimentos resultantes devem atender aos seguintes requisitos principais de desempenho:

1. Desempenho de proteção central

• Resistência à corrosão médiasobre: Deve ser compatível com o ambiente operacional correspondente. Quando em contato-de longo prazo com solo, água doce, água do mar, ácidos, álcalis, sais e meios de petróleo e gás, não deve haver fenômenos de falha, como formação de espuma, descascamento ou ferrugem.
• Resistência à remoção catódica:Para tubulações enterradas, a proteção catódica geralmente é usada em conjunto. O revestimento deve ser capaz de suportar a ação da corrente catódica para evitar que o revestimento descasque e borbulhe no substrato. Este é um indicador chave de avaliação para a proteção contra corrosão de tubulações enterradas.
• Desempenho anti-permeação: O revestimento deve ter baixa porosidade para evitar a penetração de pequenas moléculas como água, oxigênio e íons cloreto, e para evitar que o meio de corrosão penetre através do revestimento e entre em contato com o substrato.

2. Propriedades físico-mecânicas

• Adesão: Esta é a base de todas as propriedades. Geralmente, a adesão de descascamento deve ser maior ou igual a 5 MPa, e o revestimento em pó epóxi ligado-por fusão pode atingir mais de 10 MPa; a adesão insuficiente fará com que o revestimento se descasque em folhas e perca completamente sua função protetora.
• Resistência ao impacto e resistência ao desgaste: Adequado para impacto e fricção durante transporte, aterro e instalação de dutos. Por exemplo, a resistência ao impacto do revestimento 3PE deve ser maior ou igual a 10 J para evitar danos ao revestimento durante o período de construção.
• Flexibilidade e resistência à flexão:Adequado para processamento de flexão de tubos de aço. O revestimento pode deformar-se junto com o substrato sem rachar ou descascar e geralmente não requer rachaduras em flexões de 1,5 a 3 graus.

3. Desempenho de resistência ambiental

• Resistência à temperatura: O revestimento anti-corrosivo convencional é aplicável na faixa de temperatura de -30 a 80 graus. Para tubulações de meio-de alta temperatura, revestimentos-resistentes à temperatura (como FBE de alta temperatura, 3PP) precisam ser selecionados.
• Resistência às intempéries e ao envelhecimento:Para dutos aéreos, eles precisam resistir ao envelhecimento atmosférico, como radiação ultravioleta, mudanças de temperatura e exposição à chuva. É necessário que o teste de envelhecimento artificial acelerado dure maior ou igual a 1000 horas sem formação de pó ou descoloração significativa.
• Variação de temperatura e resistência ao congelamento-ao degelo:É adequado para diferenças sazonais de temperatura e ciclos de congelamento-degelo. O revestimento não deve apresentar problemas como rachaduras, descascamento ou perda de adesão.

4. Desempenho do Processo de Construção

• Compatível com construção de linha de montagem industrializada (pulverização eletrostática, revestimento por extrusão) ou-remendos e reparos no local (revestimento com pincel, pulverização airless);

• A construção em linha de montagem exige cura rápida, enquanto a construção-no local exige cura em temperatura normal e baixa sensibilidade à temperatura e umidade;

• Possui excelente capacidade de cobertura de bordas e cantos, evitando pontos fracos de revestimento em extremidades de tubos, soldas e acessórios de tubos com formatos-especiais;

• A adesão intercamada entre o primer, a camada intermediária e o acabamento é boa, sem problemas de mordida do primer ou descamação da camada intermediária.

5. Segurança e Desempenho Ambiental

• O revestimento das tubulações de água potável deve atender às normas de materiais em contato com alimentos, não devendo ser liberadas substâncias tóxicas ou nocivas durante o período de serviço;

• Limitar o uso de revestimentos com alto teor de-COV e cancerígenos-(como revestimentos tradicionais de alcatrão de carvão) e, preferencialmente, adotar sistemas à base de água-isentos de solventes, com alto-sólido-;

• O revestimento de dutos enterrados deve ter alta resistividade para reduzir a perda de corrente de proteção catódica e melhorar a eficiência da proteção.

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Com base no tipo de material de revestimento e no método de construção, os revestimentos anticorrosivos convencionais para tubos de aço podem ser classificados em seis categorias principais, cada uma adequada para diferentes cenários de serviço e requisitos de custo:

1. Revestimento anticorrosivo tipo-de revestimento líquido
Por meio de métodos de pincel, pulverização ou revestimento com rolo, ele pode ser curado em temperatura ambiente ou em baixas temperaturas, adequado para-construção no local e produção em pequenos-lotes, além de ser a forma mais tradicional de anti-corrosão.

(1) Revestimento anticorrosivo epóxi-
Ele é baseado em resina epóxi e é dividido em tipos de epóxi à base de solvente-, à base de não-solvente-e à base de água-.

• Recursos principais:
• Excelente adesão, excelente resistência à corrosão química, resistência à água e resistência alcalina; A desvantagem é a baixa resistência às intempéries, propensa a pulverização ao ar livre, usada principalmente como primer ou revestimentos enterrados/impermeáveis.

• Categorias subdivididas:

1. Primer rico em epóxi-zinco: Contém grande quantidade de pó de zinco, possuindo funções de proteção de barreira e proteção catódica, com forte resistência à névoa salina, sendo o primer preferido para tubulações atmosféricas e enterradas;
2. Revestimento asfáltico de alcatrão de carvão epóxi:Resina epóxi + asfalto de alcatrão de carvão, resistente à corrosão do solo e excelente resistência à água, baixo custo, outrora amplamente utilizado em abastecimento e drenagem de água enterrada, gasodutos; devido à presença de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos cancerígenos, seu uso foi gradualmente restringido;
3. Revestimento epóxi não{0}}solvente: 100% de conteúdo sólido, zero VOC, pode ser revestido -espessamente de uma só vez, revestimento denso sem furos, adequado para anti-corrosão de paredes internas e externas de tubos de aço, especialmente adequado para água potável e tubulações de transporte de meio químico.

(2) Revestimento anti{1}corrosão de poliuretano
É dividido em dois tipos: alifático e aromático. O principal material-formador de filme é a resina de poliuretano.

• Principais recursos:Boa flexibilidade,-resistente ao desgaste,-à água, resistente à corrosão ácida e alcalina-; O poliuretano alifático tem excelente resistência às intempéries e pode ser usado diretamente como acabamento para superfícies externas de tubulações aéreas. A adesão é ligeiramente inferior à do epóxi e o desempenho na resistência a solventes fortes é médio.
• Cenários de aplicação:Acabamento de tubulações aéreas, tubulações químicas, tubulações em ambientes-de baixa temperatura para anti-corrosão.

(3) Revestimento anticorrosão-de flocos de vidro
Adicione flocos finos de vidro à resina epóxi ou resina éster vinílica.

• Principais recursos:Os flocos de vidro são empilhados paralelamente no revestimento para formar um "efeito labirinto", que melhora significativamente o desempenho anti-permeação em comparação com o epóxi comum e tem excelente resistência a ácidos fortes, álcalis fortes e meios corrosivos; a desvantagem é que o revestimento é quebradiço e sua resistência ao impacto e à flexão é média.
• Cenários de aplicação:Dutos de águas residuais químicas, dutos de dessulfurização, dutos de transporte de água do mar, etc., em ambientes com forte corrosão.

2. Revestimento em pó epóxi ligado-por fusão (FBE)

Pertence ao sistema de revestimento em pó e é a principal tecnologia subjacente para proteção contra corrosão de tubulações industriais.

• Processo de construção: Depois que o tubo de aço é submetido a jateamento para remoção de ferrugem, ele é pré-aquecido a 180-220 graus. O pó epóxi é aplicado uniformemente por meio de pulverização eletrostática, e o calor residual do tubo de aço derrete e nivela o revestimento, depois ele se solidifica em um filme.

• Principais recursos:

1. Adesão extremamente forte. A resistência ao descascamento é geralmente maior ou igual a 10 MPa. Possui excelente resistência ao desgaste catódico e excelente compatibilidade com proteção catódica;
2. O revestimento é uniforme e denso, com taxa de pinhole muito baixa.Possui excelente resistência ao solo, água e corrosão química;
3. Sem solventes-e ecológicos.A faixa de temperatura operacional é ampla (tipo convencional: -30-100 graus, tipo de alta temperatura: até 150 graus);
4. Boa cobertura nas bordas e cantos, e a espessura do revestimento nas costuras de solda é uniforme.

• Limitações: Fraca resistência ao impacto e ao desgaste, não resistente aos raios ultravioleta e não pode ser usado diretamente em ambientes aéreos.

• Aplicativocenários:Tubulações de petróleo e gás de longa-distância, tubulações de aço para abastecimento e drenagem de água municipal, dutos químicos e também é a principal camada subjacente dos revestimentos 3PE/3PP.

3. Revestimentos anticorrosivos-revestidos de poliolefina-(2PE/3PE, 2PP/3PP)
O material poliolefínico é revestido na superfície do tubo de aço por meio do processo de extrusão, que atualmente é a solução anti{0}corrosão convencional para tubulações enterradas-de longa distância. Entre elas, a estrutura de três{3}}camadas é a mais utilizada.

(1) Revestimento de polietileno de três-camadas (3PE)

• Estrutura de três-camadas (de dentro para fora):Camada interna: pó epóxi fundido (proporcionando adesão e resistência à corrosão) + Camada intermediária: adesivo de copolímero (conseguindo ligação entre camadas) + Camada externa: polietileno de alta{2}}densidade (HDPE) (fornecendo resistência mecânica, resistência ao desgaste, desempenho de isolamento).

• Recursos principais:O sistema anti-corrosão enterrado mais equilibrado, combinando a alta adesão do epóxi, a resistência ao desgaste catódico e a alta resistência mecânica, alto isolamento e resistência à água e ao desgaste do polietileno; A vida útil do projeto pode chegar a 30-50 anos, excelente resistência ao estresse, impacto e desgaste do solo, baixa taxa de remoção catódica;
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• Limitações:Alto investimento em linha de produção de construção, alta dificuldade em-reparo de juntas no local; Temperatura de uso-de longo prazo menor ou igual a 80 graus, não resistente aos raios ultravioleta.
• Cenários de aplicação:Dutos-de transmissão de petróleo e gás de longa distância, abastecimento e drenagem municipal de água enterrada, gasodutos principais, que são a forma anti{1}}corrosão preferida para tubos de aço enterrados na China.

(2) Revestimento de polipropileno de três-camadas (3PP)

A estrutura é igual ao 3PE, mas a camada externa é substituída por polipropileno.

• Características: O desempenho da resistência à temperatura é melhor que o 3PE, e a temperatura operacional-de longo prazo pode chegar a 110 graus. Possui maior rigidez e resistência ao desgaste; a resistência-a baixas temperaturas é baixa e tem tendência a rachar a -5 graus ou menos, por isso não é adequado para regiões frias.
• Cenários de aplicação: Dutos de transporte de petróleo bruto e água quente em altas-temperaturas.

4. Revestimento anticorrosivo-à base de metal-
Usando um revestimento metálico como camada anti-corrosão, ele tem as funções duplas de proteção de barreira e proteção catódica do ânodo sacrificial.

(1) Revestimento de galvanização-por imersão a quente

• Processo: Após a lavagem ácida do tubo de aço e o tratamento pós{0}}revestimento, ele é imerso em zinco fundido a uma temperatura de cerca de 450 graus, formando uma camada de liga de zinco-ferro e uma camada de zinco puro na superfície.
• Recurso principal: Mecanismo de proteção duplo, a densa camada de zinco fornece proteção de barreira e o potencial do eletrodo de zinco é menor que o do ferro, permitindo que a área danificada seja protegida pelo ânodo de sacrifício; o processo está maduro, o custo é moderado e a vida útil em ambiente atmosférico externo pode chegar a 10 a 20 anos.
• Limitações: Espessura de revestimento irregular, mais fina nas costuras de solda; baixa resistência à corrosão em solos ácidos, alcalinos e com alto teor-de sal; difícil imergir tubos de aço-de grande diâmetro.
• Cenários de aplicação: tubos de abastecimento de água municipal de pequeno-diâmetro, tubos de proteção contra incêndio, tubos de conduíte de energia, tubos de estufa, etc. É o método anti{2}}corrosão mais comumente usado para tubos de aço de pequeno-diâmetro em aplicações civis e municipais.

(2) Revestimento de zinco/alumínio com pulverização térmica

• Processo:Os fios de zinco ou alumínio são derretidos e atomizados por meio de pulverização de arco ou chama e, em seguida, pulverizados na superfície do tubo de aço para formar um revestimento metálico. A superfície é preenchida com tinta selante para preencher os poros.
• Recursos principais:Efeito-de proteção catódica de longa duração, excelente resistência à corrosão atmosférica e marítima, com vida útil de até 20 anos; pode ser construído no-local, adequado para projetos de reparo e tubos de grande-diâmetro e formato{4}}irregular.
• Limitações:O revestimento possui alta porosidade, devendo ser acompanhado de tinta selante; a eficiência da construção é baixa e o custo é maior do que a galvanização-por imersão a quente.
• Cenários de aplicação:Tubulações-cruzadas, grandes tubulações costeiras externas e tubulações de aço para conservação de água.

5. Revestimento anticorrosivo especial-de alto desempenho-

(1) Revestimento de elastômero de poliuretano em spray

• Processo:Os dois-materiais componentes são misturados por um equipamento dedicado e depois reagem e curam rapidamente, formando um filme em poucos segundos.
• Principais recursos:A velocidade de cura é extremamente rápida, sem flacidez durante a construção vertical e superficial, podendo ser aplicada espessamente em uma camada; possui excelente flexibilidade, excelente resistência ao impacto, resistência ao desgaste e resistência a rachaduras; é resistente à água, ácidos e álcalis, névoa salina e tem baixa sensibilidade à umidade durante a construção.
• Limitações:Os custos de materiais e equipamentos são elevados, os requisitos para o tratamento da superfície de base são extremamente elevados e o controle da adesão é difícil.
• Cenários de aplicação:Anti-corrosão para tubulações de esgoto, tubulações de produtos químicos, acessórios de tubos com-formatos especiais e reparo-no local de camadas anticorrosivas-de tubulações.

(2) Revestimento cerâmico-resistente ao desgaste e anti{2}}corrosão

O revestimento é feito com resina epóxi como material de base e inclui microesferas de cerâmica, carboneto de silício e outras cargas duras. Possui alta dureza e excelente resistência ao desgaste e propriedades anti-corrosão. É usado principalmente para anti{3}}corrosão de paredes internas de tubulações que transportam meios contendo partículas sólidas, como lama, lamas minerais e pó de carvão.

6. Revestimento especial para anti-corrosão interna de tubos de aço

Para atender aos requisitos de corrosão média interna e redução de arrasto, além de epóxi-isentos de solvente e poliureia, existem dois métodos anticorrosivos internos- principais:

• Revestimento de argamassa de cimento:Revestido na parede interna do tubo de aço por meio de processo centrífugo, tem custo extremamente baixo, é ecologicamente correto e higiênico, resistente à corrosão da água e pode proteger a qualidade da água. É o principal método anti{1}}corrosão interno para tubulações de abastecimento de água e drenagem de grande-diâmetro; no entanto, sua desvantagem é a alta fragilidade, baixa resistência ao impacto e fácil rachadura.
• Revestimento de resina epóxi de grau alimentício-:Atende às normas de higiene da água potável, com parede interna lisa, baixa resistência e menor incrustação. Ele combina anti-corrosão e redução de arrasto e é usado para abastecimento municipal de água e tubulações diretas de água potável.

7. Princípios básicos de seleção
A seleção de revestimentos anti-corrosão para tubos de aço deve ser baseada na consideração abrangente do ambiente de serviço (enterrado/acima/aquático/grau de corrosão), parâmetros operacionais (temperatura, pressão, meio), condições de construção e o custo total do ciclo de vida.

Geralmente, segue a lógica do projeto composto de "garantir adesão e resistência à corrosão na camada inferior e garantir resistência mecânica e tolerância ambiental na camada externa".