摘　要：新型无机富锌防腐涂料(以下简称富锌涂料)是一种自固化的钢结构防腐涂料，它能够在钢铁的表面形成一层结合力很强的涂层，该涂层能起到屏蔽和电化学保护的双重作用。新型的无机富锌防腐涂克服了原来的无机富锌防腐涂料不能自固化、锌含量低、施工质量难以控制等缺陷，并提高了防腐性、导电性、可焊性、耐温变性等性能。目前已经在一些高腐蚀环境中要求具备高防腐性能的设施上投入了小批量的应用。这种新型的无机富锌防腐涂料能否应用于我们油田的防腐工程中正是本文的主要分析内容，本文通过部分腐蚀试验，并从不同的角度进行了详细地分析论证，得出了该涂料可以应用于油田防腐工程的结论。

1、引言

新型无机富锌防腐涂料是一种碱金属硅酸盐类富锌涂料，其中锌的含量占90％以上，其可以在金属的表面形成一层致密的涂层，且其涂层具有良好的导电性和可焊接性。

该富锌涂料是一种双组分的涂料，其特点是无毒、无嗅、水性、不可燃，常温固化速度快，涂膜致密。对金属表面的要求是表面处理达到工业级即Sa2.5级，表面粗糙度(25～40)mm，可在潮湿的表面施工，必须避免油污。

表1所列性能中的耐盐水性(5％NaCl，72h)，试板可以单面涂敷，不封边封背，常温下在5％NaCl溶液中，浸泡72h后观察，在无涂层的金属表面无可见的腐蚀斑点，这是该富锌涂料最突出的防腐性能。

2、油田防腐工程的现状

对于油气田的不同的部位，根据腐蚀的介质的不同，工程中所使用的的防腐技术也不同。地面的管道和储罐大多采用的是：内表面喷涂有机涂料、喷焊耐腐蚀的金属、烧结上一层陶瓷类的物质等等；外表面大多是采用表面涂敷沥青和缠绕防腐胶带等；也有的地面设施直接使用耐腐蚀的材料(如玻璃钢等)制造；还有的使用阴极保护电极技术；下井的管道和工具，必要时也进行防腐处理，特别是注水井的管柱，因为腐蚀严重，使用寿命短，经常造成管线穿孔、脱落等事故，每年都会因腐蚀造成很大的经济损失，并因此采取了很多的防腐措施，其中包括注入水的水质处理措施和管柱的防腐措施等，也取得了明显的成效。

3、富锌涂料的防腐机理

富锌涂料可以在金属的表面形成一层致密的保护膜，隔绝了腐蚀介质与金属的接触，同时因为此保护膜中含有大量的锌，所以具有良好的导电性。

锌(Zn²⁺)的标准电极电位是-0.762V，而铁(Fe³⁺)的标准电极电位是-0.036V，所以锌和铁用导线连在一起，同时放在电解质溶液里的时候，就构成了原电池，电极电位低的锌成为阳极被氧化从而保护了阴极的铁不被氧化，这种电化学反应应用在防腐工程中被称为牺牲阳极。镀锌钢板、镀锌钢管等，所有在金属表面的镀锌，防腐的原理都是这样的，但是普通的冷镀锌工艺的镀层厚度只有5mm～10mm，且镀层的致密性比较差。后来发展起来的热镀锌工艺的镀层厚度也只有20mm～40mm，镀层的致密性有了显著的提高，其防腐性能比冷镀锌提高了一大步。而现在最新的富锌涂料，较冷镀锌和热镀锌，在很大的程度上简化了工艺，降低了成本，涂层的致密性相当好，并且涂层的厚度可随意控制，其防腐性能也大大地提高。

4、富锌涂料的耐腐蚀试验

为了了解富锌涂料在不同的条件下的防腐特性，就用这种富锌涂料制成试板，进行了各种腐蚀介质环境条件下的腐蚀试验。

试验是在实验室内进行，常温为25℃，涂料都是涂敷在马口铁板上，涂层厚度为70mm～80mm。

4．1涂层常温耐盐水腐蚀试验

试验过程：试板单面涂敷涂料，然后封边封背，常温，浸入5％的NaCl溶液中，30天，涂层完好，无异常变化，表面无锈蚀斑点。

试验结论：在盐水中，涂层起到了很好的隔离防腐作用。

4．2涂层和试板常温耐盐水腐蚀试验

试验过程：试板单面涂敷涂料，不封边封背，常温，浸入5％的NaCl溶液中。可以观察到在试板无涂层处，渐渐地生出一些细小的气泡，这就说明电化学反应正在缓慢地进行。浸泡7天时观察，试板的无涂层处依然光亮如新，无锈蚀斑点，涂层无可见变化，溶液中有少量悬浮着的絮状物。浸泡到15天时观察，试板的无涂层处仍然光亮如初，无一点锈蚀的斑点，涂层仍无可见的变化，溶液中悬浮着的絮状物增多。

试验结论：在盐水中，涂层能起到阴极保护作用，很好地保护无涂层的金属表面不被腐蚀。金属表面做为阴极有氢气产生，涂层作为阳极有锌失去电子成为锌离子进入溶液中，锌离子与盐水中的氯离子结合生成微溶于水的氯化锌絮状物。

4．3涂层和试板常温耐纯水腐蚀试验

试验过程：试板单面涂敷涂料，不封边封背，常温，浸泡到去离子水中。7天后观察，涂层完好无变化，表面无锈蚀斑点，无涂层的金属表面亦无锈蚀斑点。但是，在靠近水面无涂层金属的边缘尖锐处，有轻微的锈蚀斑点。浸泡到l5天时观察，涂层仍无可见的变化，靠近水面无涂层金属的边缘尖锐处的锈蚀斑点的面积进一步扩大，水面以下。

试验结论：在纯净的去离子水中，涂层表面和无涂层表面均无腐蚀反应发生；在靠近水面无涂层金属的边缘尖锐处，空气中的水气凝结使铁氧化而发生腐蚀反应。所以在纯净的水中，涂层无电化学保护作用。

4．4涂层和试板95℃时耐盐水腐蚀试验

试验过程：试板单面涂敷涂料，不封边封背，浸入95℃、5％的NaCl溶液中。可以观察到在试板无涂层处，较快地产生出一些细小的气泡，气泡聚集、变大、上升、逸出，这说明电化学反应进行的速度较快。浸泡2个小时后观察，试板的无涂层处仍光亮如初，无锈蚀斑点，涂层完好无异常。

试验结论：温度升高使电化学反应速度加快，且在95℃时，该涂层仍具有阴极保护作用，没有发生极性逆转现象。

4．5涂层95℃时耐盐水腐蚀试验

试验过程：试板双面及边缘涂敷涂料，即无未涂部分，浸入95℃、5％的NaCl溶液中。观察涂层处，无气泡产生，浸泡2个小时后观察，涂层完好无异常。

试验结论：温度升高到95℃时，该涂层仍具有隔离防腐作用。

4．6涂层和生锈试板的耐盐水腐蚀试验

试验过程：取试验3试验l5天以后，已经有局部生锈的试板，常温下，浸入5％的NaCl溶液中。可以观察到在试板无涂层处，有小气泡产生，这就说明电化学反应正在缓慢地进行。浸泡7天时观察，试板的无涂层处金属表面的锈蚀斑点已经消失了，原来的锈蚀的部位变成光滑平整的淡兰色的表面，溶液中有少量悬浮着的含棕红色铁锈的絮状物。浸泡到15天时观察，试板的无涂层处无锈蚀斑点，涂层完好无异常，溶液吉悬浮着的絮状物增多。

试验结论：在盐水中，涂层的电化学作用可以消除金属表面的锈垢。

5、综合分析

1)富锌涂料在金属表面所形成的涂层，能够在常温和95℃的情况下，在腐蚀介质中，起到隔离保护和电化学保护双重防腐作用，其中电化学保护作用尤为突出。

2)在实际生产和生活中，宏观腐蚀电池除了异金属接触电池(在这里就是锌与铁)以外，腐蚀作用较大的还有浓差电池，其中包括：①盐浓差电池，盐浓度低的部位首先被腐蚀；②氧浓差电池，氧气浓度低的部位首先被腐蚀；③温差电池，温度高的部位首先被腐蚀。其中盐浓差电池和氧浓差电池造成的腐蚀现象是最为常见的，也是在防腐工程中必须要考虑到的。

3)从微观腐蚀电池来看，还存在着金属化学成分不均匀性、组织结构的不均匀性、物理状态的不均匀性、金属表面膜的不完整性等而形成的腐蚀电池，其中物理状态的不均匀性在注水井管柱上会起到主要的作用，具体体现在管柱的丝扣部位是应力集中、变形较大的部位，会首先被腐蚀。从现场注水井的上部腐蚀较严重这一事实，就能充分地说明这一点。

4)在腐蚀现象中，有许多的金属构件都是因点蚀穿孔而破坏，这主要是由于金属的表面首先发生了局部结垢现象，然后就形成了腐蚀速度较快的垢下腐蚀，最后导致穿孔破坏。富锌涂料可以有效地抑制和消除结垢现象，消除点蚀穿孔的发生。

5)在胜利油田，油田采油污水和回注水对石油设施的腐蚀是非常严重的，造成腐蚀的原因也是多方面的，其中主要有以下几个：①细菌：硫酸还原菌、厌氧菌等；②水垢：钙、镁离子等沉淀结垢；③盐碱一氯化物类型，氯离子(C1^-)含量为14000mg／L～128000mg／L。针对这几个主要原因，油田也采用了杀菌剂、阻垢剂、缓蚀剂等化学药剂，下井管主要采用了喷涂有机涂料技术、镍一磷化学镀技、不锈钢内衬技术、碳氮共渗技术等。但是由于井管线的丝扣对接部位的环形空间，是最容易聚集细菌和堆积水垢的部位，再加上此部位也是应力集中和物理变形最大的部位，所以此部位是最容易被腐蚀的。为解决这一问题，一直以来，尝试了许多种方法，但这一问题都没能得到有效的解决。从以上的试验和分析可以看出，利用富锌涂料的电化学保护作用就可以有效地解决这一问题。

6)富锌涂料最大的缺点是，由于电化学反应的作用，锌离子溶解到溶液中，与氯离子形成微溶于水的絮状物，使溶液变浑浊，且易在地层中聚集沉淀，是一个不利的因素。但是从另外一个角度来考虑，在各种隔离防护方法的应用中，一旦隔离层的局部因某种原因脱落，那么隔离层底下的腐蚀将会使得隔离层大片地剥落，而这些防腐隔离层都是一些不溶的有机物，或是难溶的金属，这势必造成井底地层的堵塞，严重时甚至造成注水井的报废。

7)每一种防腐的技术都有它的缺点，也有它使用的局限性，但是如果把几种技术结合起来应用，则可以减轻其缺点所带来的危害，提高综合的防腐能力。比如说，富锌涂料配合管子内表面喷涂有机涂料或镍一磷化学镀或不锈钢内衬等技术，利用富锌涂料突出的电化学保护作用，则丝扣部位的腐蚀问题和局部脱落的腐蚀问题都可以得到很好的解决。

8)这种新型的自固化的富锌涂料还在进一步的研究提高过程中，它还存在着一些缺点，例如：施工温度不能低于10℃，表面钢灰色、无光泽、装饰效果差等等，现在的研究已经可以加入乙醇降低它的施工温度，以及添加颜料或其他的一些添加剂，来改善它的装饰效果，还-NANNN方使其能够涂敷在非金属的表面上。总之，随着不断的研究和提高，其缺点都可以不断地得以消除或减轻。

6、结束语

1)新型无机富锌防腐涂料的涂层具有隔离防护和电化学防护双重防腐作用，其中最突出的是电化学保护作用。

2)油田的防腐工程是一个复杂的系统工程，单单依靠那一种技术是不行的，水质的处理和金属的防腐，这两方面都是非常重要的。这篇文章所介绍和分析的这种新型的无机富锌防腐涂料，以后必将会在油田的防腐工程中发挥出它优异的防腐作用。

参考资料：

[1]《油气田的腐蚀与防护技术手册》，石油工业出版社l999

本文作者：刘亚男  陈勇  考军

作者单位：胜利油田有限公司技术检测中心