鋼管の防食コーティングの専門的かつ包括的な分析-

鋼管は石油・ガス輸送、都市上下水道、化学工学、発電などの基幹分野で広く使用されています。使用環境には、土壌、大気、水域、腐食性の高い媒体が含まれます。電気化学腐食は、パイプの穴あき、漏れ、故障の主な原因です。

防食コーティングは、鋼管を腐食から保護するための中核的な技術手段であり、パイプラインの耐用年数、運用の安全性、ライフサイクル全体のコストを直接決定します。{0}}以下では、エンジニアリングの重要性、コーティングの一般要件、主流のコーティングの種類と特性の 3 つの側面から専門的な分析を提供します。

1. 腐食回路を遮断し、その根源での腐食反応を抑制します。

炭素鋼の腐食は主に電気化学的です。これには、電解質、酸素、アノード-カソード回路という 3 つの要素の組み合わせが必要です。 -防食コーティングは、鋼基材を水、酸素、酸、塩基、塩から隔離する連続的で緻密な保護膜を形成し、電気化学的腐食の反応経路を直接ブロックします。亜鉛、アルミニウム、その他の金属コーティングは、犠牲陽極の陰極防食効果によって基板の腐食を積極的に抑制することができ、コーティングが部分的に損傷した場合でも、腐食の拡大を防ぐことができます。

2.寿命の大幅延長とトータルコストの削減

防食処理を施していない通常の炭素鋼パイプの腐食速度は、自然土壌では年間 0.2 - 0.5 mm に達する可能性があり、3 - 5 年以内に穴あきや漏れが発生する可能性があります。-認定された 3PE、融着エポキシパウダーなど-の防食コーティングにより、パイプの設計寿命を 30 - 50 年に延長でき、パイプラインの交換、メンテナンス、ダウンタイムのコストが大幅に削減され、総ライフサイクルコストが 40% 以上削減されます。

3. 運用の安全性を確保し、漏洩リスクを回避する

腐食穿孔は、石油やガスの爆発、有毒化学媒体の漏洩、給水の中断、環境汚染などの重大な安全上および公共の福祉上の事故につながる可能性があります。

防食コーティングは、腐食故障の可能性を大幅に低減することができ、高圧、可燃性、爆発性、有毒媒体の輸送パイプラインにとって重要な安全障壁となります。-これらは、パイプライン エンジニアリングにおける必須の承認の中心的な指標でもあります。

4.輸送効率の最適化と運転エネルギー消費の削減

内部の防食コーティングにより、パイプ壁の粗さが大幅に減少し、流体抵抗とスケールの傾向が減少し、媒体の輸送効率が向上します。-例えば、エポキシ樹脂ライニングを施した送水管は、通常の裸管に比べて送水効率を10～15％高めることができます。長期間のポンプ運転による-エネルギー節約のメリットは顕著です。-

5. 業界規制および環境保護要件を遵守する

石油やガス、自治体サービス、飲料水などのさまざまな分野には必須の防食規格があります（例: GB/T 23257、SY/T 0315、GB/T 17219 など）。{0}}準拠した防食層は、プロジェクトが承認されるための必須条件です。-飲料水パイプラインの防食コーティングは、有害物質の浸出や媒体の汚染を防ぐため、食品との接触の安全性要件も満たす必要があります。-

鋼管の使用特性と構造特性を考慮すると、防食コーティングとその結果得られるコーティングは、次の主要な性能要件を満たさなければなりません。{0}

1. コア保護性能

• 中程度の腐食に対する耐性の上: 対応する動作環境と互換性がある必要があります。 -土壌、淡水、海水、酸、アルカリ、塩、石油およびガス媒体と長期間接触した場合、発泡、剥離、錆などの故障現象があってはなりません。
• 陰極剥離に対する耐性:埋設パイプラインの場合は、通常、陰極防食が併用されます。コーティングが基板から剥離したり気泡が発生したりするのを防ぐために、コーティングは陰極電流の作用に耐えることができなければなりません。これは、埋設パイプラインの防食のための重要な評価指標です。
• 耐浸透性能:- 水、酸素、塩化物イオンなどの小分子の浸透を防ぎ、腐食媒体がコーティングを貫通して基材と接触するのを避けるために、コーティングは気孔率が低い必要があります。

2. 物理的機械的性質

• 接着力： これはすべてのプロパティの基礎です。一般に、剥離接着力は 5 MPa 以上である必要があり、融着エポキシ粉体塗装は 10 MPa 以上に達することがあります。{2}密着力が不十分ですとシートごとにコーティングが剥がれ、保護機能が完全に失われます。
• 耐衝撃性と耐摩耗性: パイプラインの輸送、埋め戻し、設置時の衝撃や摩擦に適しています。たとえば、建設期間中のコーティングの損傷を避けるために、3PE コーティングの衝撃強度は 10 J 以上である必要があります。
• 柔軟性と耐屈曲性:鋼管の曲げ加工に適しています。コーティングは、亀裂や剥離を起こすことなく基材とともに変形することができ、通常は 1.5 度から 3 度曲げても亀裂は必要ありません。

3. 耐環境性能

• 温度耐性: 従来の防食コーティングは、-30 ～ 80 度の温度範囲内で適用可能です。高温-パイプラインの場合、耐熱性-コーティング（高温 FBE、3PP など）を選択する必要があります。
• 耐候性および耐老化性:頭上パイプラインの場合、紫外線、温度変化、雨への曝露などの大気劣化に耐える必要があります。人工促進老化試験は、著しい粉化や変色なしに 1000 時間以上継続する必要があります。
• 温度変化と耐凍結性-耐解凍性:季節的な温度差や凍結融解サイクルに適しています。{0}}コーティングにひび割れ、剥離、密着性の低下などの問題があってはなりません。

4. 建設プロセスのパフォーマンス

• 工業化された組立ライン建設（静電スプレー、押し出し塗装）または現場でのパッチ適用および修理建設（刷毛塗り、エアレス スプレー）と互換性があります。{0}

• 組立ラインの建設では急速な硬化が必要ですが、現場での建設では常温での硬化と、温度や湿度に対する感度が低いことが必要です。{0}

• 優れたエッジとコーナーの被覆能力を備え、パイプ端、溶接部、特殊形状のパイプ継手の弱いコーティング点を回避します。-

• プライマー、中塗り、上塗りの間の層間密着性は良好で、プライマー噛み込みや層間剥離の問題はありません。

5. 安全性と環境性能

• 飲料水パイプラインのコーティングは食品と接触する材料の基準に準拠する必要があり、使用期間中に有毒または有害な物質が放出されるべきではありません。

• 高-VOC や発がん性物質-を含むコーティング（従来のコールタールピッチコーティングなど）の使用を制限し、無溶剤、ハイ-、水-ベースのシステムを優先的に採用します。

• 埋設パイプラインのコーティングは、陰極保護電流の損失を減らし、保護効率を向上させるために、高い抵抗率を持たなければなりません。

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コーティング材料の種類と施工方法に基づいて、主流の鋼管防食コーティングは 6 つの主要なカテゴリに分類でき、それぞれがさまざまなサービス シナリオとコスト要件に適しています。{0}

1. 液体コーティング型防食コーティング-
刷毛塗り、スプレー、またはローラー コーティング方法により、室温または低温で硬化でき、現場での建設や少量のバッチ生産に適しています。-

(1) エポキシ防食コーティング-
これはエポキシ樹脂をベースにしており、溶剤-ベース、非{1}}溶剤-ベース、水-ベースのエポキシ タイプに分類されます。

• コア機能:
• 密着性に優れ、耐薬品性、耐水性、耐アルカリ性に優れています。欠点は耐候性が低く、屋外では粉が飛びやすいことであり、主にプライマーまたは埋め込み/防水コーティングとして使用されます。

• 細分化されたカテゴリー:

1. エポキシ亜鉛-リッチプライマー: 亜鉛粉末を大量に含み、バリア保護機能と陰極防食機能の両方を備え、強力な塩水噴霧耐性を備え、大気中および埋設パイプラインのプライマーとして推奨されます。
2. エポキシコールタールアスファルトコーティング:エポキシ樹脂+コールタールアスファルト、土壌腐食に強く耐水性に優れ、低コストでかつては埋設給排水、ガスパイプラインなどに広く使用されていました。発がん性のある多環芳香族炭化水素が存在するため、その使用は徐々に制限されてきました。
3. 非溶剤エポキシコーティング-: 固形分 100%、VOC ゼロ、一度に厚く塗装でき、ピンホールのない緻密な塗装が可能で、鋼管の内外壁の防食に適しており、特に飲料水や化学媒体の輸送パイプラインに適しています。-

(2) ポリウレタン防食コーティング-
脂肪族と芳香族の2種類に分けられます。主な皮膜形成材料はポリウレタン樹脂です。-

• 主な特徴:優れた柔軟性、-耐摩耗性、耐水性-、酸およびアルカリの腐食-に強い。脂肪族ポリウレタンは耐候性に優れており、屋外の架空パイプライン表面のトップコートとして直接使用できます。密着性はエポキシより若干劣りますが、強溶剤に対する耐性は平均的です。
• アプリケーションシナリオ:オーバーヘッドパイプラインのトップコート、化学パイプライン、低温環境での腐食防止のためのパイプライン。-

(3) ガラスフレーク防食コーティング-
薄いガラスフレークをエポキシ樹脂またはビニルエステル樹脂に加えます。

• 主な特徴:ガラスフレークはコーティング内で平行に積み重ねられ、「迷路効果」を形成します。これにより、通常のエポキシと比較して耐浸透性能が大幅に向上し、強酸、強アルカリ、腐食性媒体に対して優れた耐性を備えています。{0}欠点は、コーティングが脆く、衝撃や曲げに対する耐性が平均的であることです。
• アプリケーションシナリオ:腐食の強い環境における化学排水パイプライン、脱硫パイプライン、海水輸送パイプラインなど。

2. 融着-接着エポキシ粉体塗装 (FBE)

これは粉体塗装システムに属し、産業用パイプラインの防食の中核となる基礎技術です。

• 施工の流れ: 鋼管をショットブラスト処理して錆を除去した後、180〜220度に予熱します。エポキシパウダーを静電スプレーで均一に塗布し、鋼管の余熱で塗膜を溶かして平らにし、固化して膜状にします。

• 主な特徴:

1. 非常に強力な接着力。剥離強度は、通常、１０ＭＰａ以上である。優れた陰極剥離耐性と陰極防食との優れた適合性を備えています。
2. コーティングは均一かつ緻密で、ピンホール率が非常に低いです。土壌、水、化学腐食に対する優れた耐性を備えています。
3. 無溶剤で環境に優しい。{0}使用温度範囲が広い（従来タイプ：30～100℃、高温タイプ：150℃まで）。
4. エッジやコーナーでの被覆が良好で、溶接継ぎ目でのコーティングの厚さが均一です。

• 制限事項：耐衝撃性、耐摩耗性に劣り、紫外線にも弱く、頭上環境では直接使用できません。

• 応用シナリオ:石油とガスの長距離パイプライン、都市の給水と排水の鋼管、化学パイプライン、また 3PE/3PP コーティングの中核となる下層でもあります。{0}

3. ポリオレフィン-コーティングされた防食コーティング-（2PE/3PE、2PP/3PP）
ポリオレフィン材料は、押出成形プロセスによって鋼管の表面にコーティングされます。これは、現在、埋設された長距離パイプライン用の主流の防食ソリューションです。{{0}{1}}その中でも、三層構造が最も広く使用されています。-

(1) 3層ポリエチレンコーティング(3PE)-

• 3 層構造（内側から外側）:内層: 溶融エポキシパウダー (接着性と耐食性を提供) + 中間層: コポリマー接着剤 (層間接着を実現) + 外層: 高密度ポリエチレン (HDPE) (機械的強度、耐摩耗性、絶縁性能を提供)-。

• 主要な機能:エポキシの高い接着力、陰極剥離耐性、ポリエチレンの高い機械的強度、高い絶縁性、耐水性と耐摩耗性を組み合わせた、最もバランスのとれた埋設防食システムです。{0} 設計寿命は 30 ～ 50 年に達し、土壌応力、衝撃、摩耗に対する優れた耐性、低い陰極剥離率。
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• 制限事項:建設生産ラインへの多額の投資、現場での接合部の修理の難易度が高い。- -長期使用温度は 80 度以下、紫外線には耐性がありません。
• アプリケーションシナリオ:-長距離の石油およびガス輸送パイプライン、地方自治体の埋設給水および排水、ガス本管パイプライン。これらは中国の埋設鋼管に好まれる防食形式です。-

(2) 3層ポリプロピレンコーティング(3PP)-

構造は3PEと同じですが、外層がポリプロピレンに置き換えられています。

• 特徴: 耐熱性能は 3PE より優れており、長期使用温度は 110 度に達します。-より高い剛性と耐摩耗性を備えています。低温靱性が悪く、-5度以下では割れやすいため寒冷地には不向きです。.
• アプリケーションシナリオ: 高温の原油と熱水の輸送パイプライン。-

4. 金属-ベースの防食コーティング-
金属コーティングを防食層として使用することで、バリア保護と犠牲アノード陰極保護という二重の機能を備えています。{0}}

(1) 溶融亜鉛めっき-

• プロセス: 鋼管を酸洗浄し、-塗装後処理した後、約 450 度の溶融亜鉛に浸漬し、表面に亜鉛-鉄合金層と純亜鉛層を形成します。
• コア機能：二重保護メカニズム。緻密な亜鉛層がバリア保護を提供し、亜鉛の電極電位が鉄の電極電位よりも低いため、損傷領域を犠牲陽極によって保護できます。プロセスは成熟しており、コストは中程度で、屋外の大気環境での耐用年数は10〜20年に達します。
• 制限事項: コーティングの厚さが不均一で、溶接継ぎ目で薄くなっています。酸、アルカリ、高塩分土壌に対する耐食性が低い。-大きな直径の鋼管を浸漬するのは困難です。-
• アプリケーションシナリオ: 小径の都市給水管、防火管、送電管、温室用管など。これは、民間および地方自治体の用途で小径鋼管に最も一般的に使用される-防食方法です。-

(2) 亜鉛/アルミニウム溶射コーティング

• プロセス：亜鉛やアルミニウムの線をアーク溶射やフレーム溶射などで溶かして霧化し、鋼管の表面に溶射して金属皮膜を形成します。表面には気孔を埋めるための封止塗料が充填されています。
• 主要な機能:-長期​​持続する陰極防食効果、大気腐食および海水腐食に対する優れた耐性、最長 20 年の耐用年数。現場で建設でき、-直径が大きく、不規則な形状の-パイプや修理プロジェクトに適しています。
• 制限事項:コーティングは気孔率が高いため、シーリングペイントを併用する必要があります。施工効率が低く、溶融亜鉛めっきよりもコストが高くなります。{0}}
• アプリケーションシナリオ:-海を渡るパイプライン、沿岸の屋外大型パイプライン、水利用鋼管。

5. 高性能特殊防食コーティング--

(1) ポリウレタンエラストマーのスプレー塗装

• プロセス：2 つの成分の材料が専用の装置で混合され、急速に反応して硬化し、数秒以内にフィルムが形成されます。-
• 主な特徴:硬化速度が非常に速く、垂直施工や上面施工でもタレがなく、一層の厚塗りも可能です。柔軟性に優れ、耐衝撃性、耐摩耗性、耐クラック性に優れています。水、酸、アルカリ、塩霧に耐性があり、建設中の湿気に対する感度が低いです。
• 制限事項:材料費や設備費が高価であり、下地の表面処理に対する要求も非常に高く、密着性の制御も難しい。
• アプリケーションシナリオ:下水パイプライン、化学パイプライン、特殊な形状のパイプ継手の-防食、-パイプラインの防食層の現場修理-}。

(2) セラミック耐摩耗性および耐腐食性-コーティング-

コーティングはエポキシ樹脂を基材として作られており、セラミックマイクロビーズ、炭化ケイ素、その他の硬質フィラーが含まれています。硬度が高く、耐摩耗性と耐腐食性に優れています。-これは主に、泥、鉱物スラリー、石炭粉末などの固体粒子を含む媒体を輸送するパイプラインの内壁の防食に使用されます。-

6. 鋼管の内部防食のための特殊コーティング-

内部媒体腐食と抗力低減の要件を満たすために、無溶剤エポキシとポリウレアに加えて、次の 2 つの主流の内部防食方法があります。-

• セメントモルタルライニング:遠心分離法により鋼管の内壁にコーティングされており、非常に低コストで環境に優しく衛生的で、耐水腐食性があり、水質を保護することができます。これは、大口径の給排水管の主流の内部防食工法です。--ただし、脆性が高く、耐衝撃性が低く、割れやすいという欠点があります。
• 食品グレードのエポキシ樹脂ライニング:{0}}飲料水衛生基準に適合しており、内壁が滑らかで抵抗が少なくスケールが少ないです。耐食性と抵抗低減を兼ね備えており、都市給水や直接の飲料水パイプラインに使用されています。-

7. 選択の基本原則
鋼管の防食コーティングの選択は、使用環境（埋設/頭上/水上/腐食等級）、動作パラメータ（温度、圧力、媒体）、建設条件、総ライフサイクル コストを総合的に考慮して行う必要があります。{0}

一般的には「最下層で密着性と耐食性を確保し、外層で機械的強度と耐環境性を確保する」という複合設計ロジックに従います。