具有内部涂层的用于管线的管以及施涂涂层的方法
【专利说明】具有内部涂层的用于管线的管以及施涂涂层的方法 发明领域
[0001] 本发明涉及用于长距离输送流体例如天然气、石油或水的管线所用的管，并涉及 施涂于这些管的内部表面的涂层。本发明涉及具有通过紫外（UV)辐射固化的涂层的管，并 涉及施涂和固化这种涂层的方法。 技术背景
[0002] 流过管的流体与该管内壁之间的表皮摩擦会为沿着管线产生的压降提供主要贡 献。这种压降是通过管线长距离输送石油和气体流体的主要障碍，比如在气体输送管线的 情况中，压缩机和配送中心或贮存设施之间的距离会达到超过一千公里。
[0003] 通常在工厂中在用于运送非腐蚀性流体（例如干燥的天然气）的输送管线的钢管 内部施涂70-100微米厚度的单涂层体系，从而通过使内壁变得更光滑而减小压降。壁摩擦 减小会导致一些主要的经济性益处，例如增大给定压力下的管线容量，或者在给定的管线 容量、更小的管直径下，降低燃料成本和减少压缩站数量。在这些应用中，使用具有光滑饰 面（finish)的内部涂层还能在经涂覆管线的输送或野外贮存过程中以及在管线检修过程 中提供额外所需的耐腐蚀性。会使其内部表面更容易清洁和检查。在一些情况中，在管线建 造过程中形成的管线环形焊缝也可在内部进行就地内部涂覆。这种操作对总体液压效率几 乎没有影响，但能防止原本可能从未经涂覆的内部区域开始的内部腐蚀。由于耐腐蚀性和 耐化学性的要求较高，所以在运送腐蚀性流体（例如潮湿的天然气）的管线中施涂较厚的 单涂层或双涂层体系。目前，用作管线中的内部涂层的涂覆化学剂主要是基于环氧和/或 酷醛的：双组分溶剂基液体环氧涂层、双组分无溶剂液体环氧涂层、恪结（fusion-bonded) 环氧（FBE)涂层、环氧酚醛清漆涂层、环氧酚醛涂层、和酚醛涂层。
[0004] 现有的溶剂基液体环氧涂层技术存在一些性能和工艺相关缺点。虽然已知能在 最低粗糙度下实现最高压降减小，但已知的涂层技术导致内部表面的典型平均粗糙度深度 (Rz)超过5微米。而且，液体环氧涂层是喷涂的双组分体系并在降低的温度下固化以实现 可接受的表面品质。需要几小时至几天的时间来达到最终的已固化涂层。使用液体环氧涂 层对于检查内部涂覆的环形焊缝的最终性能而言是不经济的，尤其是当需要在离岸停泊的 驳船上施涂内部涂层时。溶剂基体系需要高成本的措施来减少这些溶剂的散发。
[0005] 由于需要将流体运出/运进非常遥远的区域，所以要将经涂覆的管运输到越来越 远的地方并长期贮存在侵蚀性环境中。因此管的内壁会在运输和贮存过程中发生内部腐 蚀。而且，所输送流体中的酸性污染物也会在使用过程中提出内部腐蚀的挑战。
[0006] 根据引述，差的耐甲醇性也是溶剂基环氧涂层的常见主要缺点。当在使用管线之 前进行干燥时，可能影响涂层性能。另外，涂层可能受到例如由已腐蚀区域产生的固体污染 物或颗粒的磨蚀。经由化学剂造成的腐蚀影响以及经由固体造成的磨蚀影响增加了表面粗 糙度的增大程度，从而降低了液压效率并增加了压降。
[0007] 因此需要提出一种基于无溶剂组合物的新涂覆技术，该组合物能快速固化并在表 面光滑度、耐腐蚀性、耐化学性如耐甲醇性、以及耐磨蚀性之间提供更好的总体平衡。
[0008] 双组分无溶剂液体环氧涂层能解决一些技术问题：它们不含溶剂，并且一些能得 到光滑涂层（Rz小于5微米）。但是，这些组合物的固化和储存期限仍然是个问题。因此， 仍然需要提出这样一种单组分涂覆组合物，该组合物能快速固化并在表面光滑度、耐化学 性例如耐甲醇性、耐腐蚀性、和耐磨蚀性之间提供上述平衡。
[0009] WO 2010/140703揭示了一种用于石油工业钢管中的螺纹接头，其中该螺纹接头的 螺钉表面（外表面）和/或镙帽表面（内表面）涂覆有可光固化的组合物，并且该组合物 通过辐射固化。经过如此处理的接头的目的是确保螺钉和镙帽之间的气密性连接。这样就 能规避化合物油脂的使用。显然该可光固化的组合物在固化之后不会覆盖钢管的内壁，从 而并未提供光滑且耐受性的表面。
[0010] WO 96/06299揭示了一种对中空体的内表面进行涂覆的方法。该方法可特别用于 涂覆气体管和水管，尤其是废水管线和下水道。该涂层能通过填充裂缝来修复管的破损并 防止出现新裂缝。所述管通常由混凝土或陶瓷、或类似材料制成。应提供气密性管并且还 能耐受废水中的腐蚀性化合物的管。该方法包括将涂覆探针引入中空体中，在内表面上施 涂可固化材料；并且固化该材料。该涂层可以是环氧和氨基甲酸酯涂层。但也可以是丙烯 酸和甲基丙烯酸的低聚衍生物，可通过紫外辐射或电子束的方式固化并交联。任意该涂层 的厚度约为0.1-50毫米，优选为1-25毫米。这个申请不涉及管的光滑度。而且，由于下水 道流体倾向于缓慢流动，所以在这些管中不会产生磨蚀的问题。
[0011] 发明概述
[0012] 现已出人意料地发现，管线所用管中的可紫外固化涂层提供了极佳的光滑且挠性 的表面，若该涂层包含一种或多种粘合促进剂，则该表面还表现出优良的耐磨蚀性、耐腐蚀 性、和耐化学性例如耐甲醇性。
[0013] 本发明为目前的涂覆体系提供了另一种选项，该选项不存在上述至少一些缺点。 已出人意料地发现，涂层中存在粘合促进剂能为管提供改善的挠性，以及其他优点。为了这 个效果，本发明涉及如所附权利要求中揭示的产品和方法。除了提供能在安装到管线系统 之前对整个管的涂层进行工业施涂的方法以外，本发明还提供了用于在管线安装之后涂覆 管的内部表面的便携式技术，而固化只要求非常短的时间，例如几秒。而且还不需要加热 管，该组合物可以是无溶剂的，因此能容易地就地施涂。根据所用组分以及所施涂涂层的厚 度，本发明提供了用于输送多种流体的涂覆溶液：用于输送化学侵蚀性流体的耐腐蚀性涂 层，用于输送非腐蚀性流体的提供最小流动阻力的涂层。
[0014] 本发明同样涉及具有一定组成的可紫外固化的液体涂料，该组成包含或由以下组 分组成，或者该组成由以下组分以及余量的水或一种或多种其他溶剂组成：
[0015] * -种或多种可光固化的（甲基）丙烯酸酯树脂低聚物，
[0016] * 一种或多种（甲基）丙烯酸酯单体，
[0017] *-种或多种粘合促进剂，
[0018] * -种或多种光聚合反应引发剂。
[0019] 根据所述涂料的一种实施方式：
[0020] *所述一种或多种低聚物是经官能化的低聚物，优选选自环氧丙烯酸酯、氨基甲酸 酯丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯；
[0021] *所述一种或多种单体选自单官能（甲基）丙烯酸酯单体和双官能（甲基）丙烯 酸酯单体；
[0022] *所述一种或多种粘合促进剂选自有机硅烷、基于硫醇的化合物、有机钛酸酯、有 机锆酸酯、锆铝酸酯和（甲基）丙烯酸酯，所述（甲基）丙烯酸酯具有磷酸酯基团。
[0023] 所述组合物还可包含：
[0024] *耐磨蚀性颗粒，
[0025] *-种或多种腐蚀抑制剂，
[0026] *-种或多种增量剂，
[0027] * -种或多种彩色颜料，
[0028] * 一种或多种润湿剂和/或流平剂。
[0029] 根据一种实施方式，所述一种或多种低聚物包括具有硬度和/或磨蚀加强性质的 聚酯丙烯酸酯树脂、环氧丙烯酸酯树脂、或氨基甲酸酯丙烯酸酯树脂。
[0030] 根据一种实施方式，所述一种或多种低聚物包含至少35质量％的硬度和/或磨蚀 加强性氨基甲酸酯丙烯酸酯树脂或者至少35质量％的硬度和/或磨蚀加强性聚酯丙烯酸 醋树脂。
[0031] 根据一种实施方式，所述涂料组合物包含至少20质量％、优选至少25质量％的胶 体颗粒在（甲基）丙烯酸酯单体中的分散体。适当地，涂料组合物包含至少10质量％的胶 体颗粒在（甲基）丙烯酸酯单体中的分散体。在本说明书中，（甲基）丙烯酸酯理解为丙 烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯。
[0032] 附图简要描述
[0033] 图1是适合于应用本发明方法的紫外固化装置的三维视图。
[0034] 图2显示图1装置的前视图和侧视图。
[0035] 图3显示图1和2装置的细节。
[0036] 发明详述