专论］
Monograph 管道玻璃釉内涂层技术进展与应用
方艳1杨耀辉2孙旭华1马金龙1秦振杰1李映初1丰劲松1赵新魁1
（1.中国石油塔里木油田分公司，新疆库尔勒841000；
2.中国石油集团工程技术研究有限公司，天津300451）
摘要：通过调研玻璃釉防腐技术用于管道系统的发展及应用现状，并对玻璃釉涂层的防腐性能和施工适应性能进行评价研究，探讨了玻璃釉防腐技术用于油田集输系统的适用性。对玻璃釉涂层的理化性能、耐蚀性能及施工适应性能的测试结果发现，玻璃釉涂层附着力优良，耐磨性好，耐蚀性能优异，特别是在高温高压酸性环境下性能优异，但是抗弯曲和抗冲击性能不佳，虽可承受正常吊装，但防腐管的运输和装卸，必须严格遵守生产厂家的操作规程，才能保证防腐层不出现破损。结合调研结果，证明玻璃釉防腐技术用于油田集输系统具有较好的适用性，特别适用于高温、高压、高磨蚀环境。
关键词：玻璃釉内涂层管道防腐
中图分类号：TG174.4文献标识码：A DOI：10.13726/jki.11-2706/tq.2020.12.013.06
Development and Application of Vitreous Glaze
Anticorrosion Technology in Pipeline System
FANG Yan1,YANG Yao-hui2,SUN Xu-hua1,MA Jin-long1,
QIN Zhe n-jie1,LI Yin g-chu1,FENG Jin-so n g1,ZHAO Xin-kui1
(1.PetroChina Tarim Oilfield Company,Korla841000,China;2PC Engineering
Technology Rearch Limited Company,Tianjin300451,China)技术
Abstract:Through investigating the development and application of vitreous glaze anticorrosion technology in pipeline system,and evaluating the anticorrosion performance and construction adaptability of vitreous glaze coating,the applicability of vitreous glaze anticorrosion technology during the process of gathering and transportation system of oil filed is discusd.The test results of the physical and chemical properties,corrosion resistance and construction adaptability of the vitreous glaze coating show that the vitreous glaze coating has excellent adhesion,resistance and corrosion resistance,especially in high temperature and high pressure acidic environment,but its bending resistance and impact resistance are not good.Although it can withstand normal hoisting,dur
ing transportation,loading or unloading of the anticorrosion pipe must strictly abide by the operating procedures of the manufacturer to ensure that the anticorrosion layer is not damaged.Combined with the investigation results,it is proved that the glass glaze anticorrosion technology has good applicability for oil field including gathering and transportation systems,especially for high temperature,high pressure and high abrasion environment.
Key words:vitreous glaze;internal coating;pipe;anticorrosion
作者简介：方艳（1985-），女，四川自贡人，工程师，本科，主要从事油田地面腐蚀与防护方面的研究工作。
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技术0引言
玻璃釉(也称搪玻璃)管道防腐技术，是以非
晶态玻璃釉粉末为原料，通过将釉料涂覆于钢管表
面，经高温熔融烧结后与钢管表面充分结合形成复
合防腐层结构。它属于无机非金属防腐技术，其原
料是由硅酸盐、金属氧化物等制成的陶瓷类无机材
料，硬度高，不易老化，具有很好的防腐、耐热和
耐磨等综合性能，可应用于油田、化工、供水、污
水处理、电力、造纸、煤矿等地上、埋地金属管道
的防腐及耐磨领域，近年来该技术在胜利、江汉等
油田得到了工业化应用，具有较好的防腐效果。
本文调研了玻璃釉防腐技术用于管道系统的发
展现状，并对玻璃釉涂层的防腐性能和施工适应性
能进行了评价研究，以探讨玻璃釉防腐技术用于油
田集输系统的适用性。
1管道玻璃釉内涂层发展现状
假设迄今为止，管道防腐涂层使用最多的是
有机高分子材料(如环氧树脂涂料、聚氨酯涂料、
3PE等)，但有机涂料的使用温度偏低(一般低于
80r)、在高温强腐蚀介质中的耐蚀性一般、耐磨
性较差，实际使用寿命一般不超过20年。
同时某些无机类材料也可用于管道防腐，目前
使用较多的是金属类材料，主要包括Zn、Al、Cr、
Ni等，通过涂镀的施工方式在管道表面形成耐蚀金
属层，虽然防腐、耐磨及耐温性能比有机高分子材
料有所改善，但由于施工复杂，生产效率低、成本
高，因此不适合于工业大规模的生产应用。
为解决以上问题，20世纪60年代，前苏联率先
研发出玻璃釉防腐技术并应用于管道防腐。它是采
用中频感应加热装置，预先将管道加热到一定温度
(700~800r)，然后用压缩空气(氮气)直接将
釉料喷涂在旋转的管道内壁表面，利用玻璃釉遇热
即熔的特点，借助管壁自身的热量使釉料熔化，同
时通过管道旋转产生的离心力，使玻璃釉在管壁上
流动、湿润、扩散而形成一层均匀的涂层。玻璃釉
防腐管加工如图1所示。
图1玻璃釉防腐管加工
由于玻璃釉原料是由硅酸盐、金属氧化物等制
成的陶瓷类无机材料，硬度高，不易老化，因此具
有很好的防腐、耐热和耐磨等综合性能，其优点主
要包括：
(1)耐老化性能优异：有机涂层在介质的作用
下，长时间使用后，容易老化，而玻璃釉分子键能
大，具有极强的化学稳定性，并且与金属复合后可
上百年不变质不老化，因此可以大幅度地提高防腐
层使用寿命；
(2)耐腐蚀性能优越：玻璃釉涂层为致密性很
好的无机材料，可耐各种介质，如石油、污水、化
工和有机溶剂的侵蚀，防腐性能优越；
(3)耐磨性、流动性好：玻璃釉内防腐层表面
光滑、硬度高、流动阻力小，同时具有很强的耐磨
性和很好的介质流动性；
(4)耐高温和严寒：玻璃釉内防腐层耐温范
围为-35~300r，特别适用于高温环境下的长期
使用；
(5)环保性能好，产品在生产和使用过程中无
毒、无害，同时不会污染输送介质。
自该技术问世以来，俄罗斯、中国、美国、德
国、意大利、乌克兰、哈萨克斯坦等国家陆续开展
了针对玻璃釉涂层应用于管道防腐方面的研究和应
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用［1-3］o20世纪80年代俄罗斯研制开发出可以连续生产玻璃釉防腐管的流水生产线［4］，生产的防腐管已广泛地应用于石油化工及市政管道工程。捷克、德国
等国家也有类似的生产线，但在规模和应用方面不
及俄罗斯广泛。氯离子符号
辽宁石油化工大学赵名师等人的研究结果表明［5］，玻璃釉料经过高温融化，在钢质管道上形成一种无机复合涂层，釉料与金属基材在高温作用下，
发生物理化学反应，玻璃釉涂层与基体金属的结合为冶金结合，在高温作用下，基材的Fe可深入到釉层中去，釉层中的Ni在界面区聚集，生成Ni-Fe金属键，加强了两者的连接与结合，促进了釉层与金属
的粘结。与基体的结合性能主要取决于釉料本身的
成分，此外还取决于温度、时间及钢管表面的粗糙
度等因素。
另有研究表明［6］，玻璃釉中含有的M q O3,WO3等玻璃体对金属有良好的浸润能力，在高温下，金
属和非金属界面上发生微弱的化学反应，使防腐层
增加了亲和能力，由于钨的影响，玻璃釉涂层的耐
温能力提高，使釉料的熔度增加，从而使防腐功能
得到明显改进。
20世纪90年代初，我国学者邵文古、王礼泉成功地将热喷涂技术应用于玻璃釉防腐管道的生产［7］，采用中频加热（管道内壁）和特别设计的燃气喷枪（管道外壁），实现了玻璃釉防腐技术的更新换代，该技术于1989年申请了中国发明专利
CN1051075“一种复合防腐管道及其制造方法”，
随后分别申请了美、英、德、法、日等国专利，得
到了国际上的认可。
为控制防腐质量，中石化组织于2016年组织编
写了石化企标Q/SH10202451-2016《搪玻璃内防腐
钢质管道技术要求》［8］，对玻璃釉内防腐钢质管道的
术语与定义、基管要求、技术要求、试验方法、检
验规则、包装、标识、运输和储存进行了规定（如
表1所示）。
对于玻璃釉管道防腐技术而言，补口技术现
场焊接方式与其他防腐管道基本相同，主要包括直
接焊接、扩口连接、堆焊连接和法兰连接等方式，
由于在工厂生产玻璃釉钢管时已经对管端内壁进
行了专门处理，焊接时无需再进行内补口。补口
处理是防腐是否有效的关键，一般来说，较大的
管径（＞114mm）可采用扩口技术，较小的管径
（＜114mm）推荐采用堆焊补口技术。
自问世以来，管道玻璃釉内涂层技术陆续在
胜利油田和江汉油田得到工业应用，其中大部分应
用于胜利油田的原油及注水管道，累计使用量超过
1000km。前期采用的主要是平口直接焊接技术，焊
降血脂中药口部位防腐难度较大，实际应用效果不佳，后期经
过技术改进，逐步开始使用扩口方式和堆焊连接方
式，使补口部位使用寿命得到延长。
技
术非常美味的英语
表1搪玻璃釉涂层性能指标要求
序号性能指标检测指标测试标准1耐冲击强度220x10-3J无裂纹GB/T7990 2针孔，2kv€2个曲实测3耐磨性，L-m-1>5.1GB/T23988 4耐温差急变性A200°C GB/T7987 5耐沸腾盐酸腐蚀性20%沸腾盐酸168h<2.0g/(m2-d)GB/T7989
6耐热氢氧化钠溶液腐蚀性0.1mol/L、80C氢氧化钠24h
<9.0g/(m2-d)
GB/T7988
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技术
2018年以前，管道玻璃釉内涂层技术只应用于
低压注水和输油管道，近几年由于采用堆焊连接补
口技术，该技术开始逐步用于压力在10MPa左右的
高压输送管道，并取得了较好的应用效果。
2玻璃釉料组成
当对用于管道防腐的玻璃釉料有很多要求，如
釉料必须有优良的与金属间良好的密着、强的结合
键、特定的耐腐蚀、耐机械力作用等，为实现这些
性能，需要在釉料中加入一些功能性填料和助剂。
一般而言，釉料的组分主要包括基体剂、助熔剂、
乳浊剂、密着剂、氧化剂、着色剂及其它辅助剂等
七部分。
(1)基体剂：能否形成釉料对基体剂有
三方面的要求。首先取决于阳离子场的强弱，
以及阳离子半径和电荷的大小，一般来说，那
些电荷较大，半径较小的阳离子及其化合物均
可作为玻璃釉的基体剂；其次，氧化物的键强
应<334.94KJ・mol-1，如Si4+(443.80KJ-mol-1)、
B3+(372.6252~4 98.23K J•mo l-1)、P5+
(368.44〜464.73KJmol-1)等的氧化物；最后是氧
化物的化学键性质与种类，一般具有极性共价键的
氧化物都可作为基体剂；
颈背部疼痛的原因(2)助熔剂：助熔剂在釉料的熔制过程中起
加速高温化学反应的作用，即加速高熔点氧化物晶
体(如Si。、TiO2等)的结构键断裂以及使釉层出
现低共熔点的氧化物或化合物，同时，助熔剂兼起
调整釉料物理化学性能的作用。常用的助熔剂包括
Li2O、Na2O、B2O3、K2O、PbO、CaF2等;
(3)乳浊剂：保证釉料具有足够的遮盖力，在
釉料熔制时可使玻璃相析出各种气体和固体晶体，
形成折射率差，引起光的散射并导致乳浊。
(4)密着剂：用于提高釉层与基体金属的结合
力，按作用强弱顺序依次为：CoO>NiO>MoO3>
Sb z O g>MnO2>Fe z O g>AS2O3；
(5)氧化剂：在釉料熔制过程中提供氧气，以
防止熔制过程中某些氧化物发生还原反应，主要包
括硝酸盐或过锰酸钾等；
(6)着色剂：赋予釉层吸收一定波长可见光，
使釉层呈现不同颜色，一般分为有色离子、胶体粒
子和混合固溶体着色三类；
(7)其它辅助剂：在粉碎釉料的过程中加入
少量的某些化合物，可以改善釉料涂覆、熔结性能
及其物理化学性能。如加入陶土可以改善釉粉的悬
浮，CaO可以改善釉层化学稳定性等。
掩盖的近义词
以上各组分通过搅拌机进行混合搅拌，然后经
节约的英语
高温(1500C)熔融后水冷、烘干，最后采用球磨
机进行研磨粉碎后过筛即可，一般研磨粒径控制在
60〜150目。
3玻璃釉涂层性能试验研究
为考察玻璃釉涂层的综合性能，在工厂防
腐生产线上制备了玻璃釉涂层的防腐管并截取了
试件，管径为①219x7mm，玻璃釉涂层厚度为
800~1000um，开展了玻璃釉涂层各种性能的室内
喝啤酒的危害测试，具体介绍如下。
3.1物理性能测试
首先按照相关标准要求，对玻璃釉涂层的物理
性能进行了测试，主要包括附着力、抗冲击和耐温
性等，性能测试结果如表2所示。
渣男
从表2可以看出，玻璃釉涂层附着力、耐温及
耐磨性优异，但涂层较脆，抗弯曲、抗冲击性能
不佳。
3.2化学性能测试
(1)测试方法：GB/T9274-1988《色漆和清漆
耐液体介质的测定》；
(2)试样要求：试样取自防腐管，材质为
碳钢，尺寸：150x75x7mm；玻璃釉涂层厚度：
>500um；
(3)测试条件：3%NaCl，常温90d；
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表2玻璃釉涂层常规物理性能测试结果
序号性能指标测试结果测试标准1抗冲击/5J无针孔SY/T0442-2018附录D 2耐磨性ZL・m-1 5.6GB/T1768 3抗弯曲1°无裂纹SY/T0442-2018附录C 4耐温性/300C24h涂层表观完整，无裂纹、无脱落GB/T1735 5附着力/MPa13.43(內聚破坏)GB/T5210
6耐冻融循环/-20C24h，
100C24h，5次
涂层表观完整，无裂纹、无脱落SY/T0320-2010附录B
表3玻璃釉涂层耐高温高压试验测试结果
序号测试条件测试结果
15%NaCl，80C、14MPa(94%N2+6%CO2)，168h无起泡
25%NaCl，100C,14MPa(94%N2+1%H2S+5%CO2)，168h无起泡
技
术
10%HCl，常温90d；10%H2SO4，常温90d；土酸溶液，7d；10%NaOH，常温90d；
(4)测试步骤：先将试样背面及侧面用粘弹体防腐带包覆，只露出玻璃釉涂层，然后将试件分别放入上述溶液中，浸没50%，每种介质放3片，按照测试条件进行浸泡试验，结束后取出试件观察表面涂层状况；
(5)测试结果：除土酸浸泡后涂层被全部溶解外，其余介质的涂层均完好，无开裂、无起泡、无脱落，证明玻璃釉涂层具有较好的耐化学介质浸泡性能。
3.3模拟工况条件耐蚀性能测试
为考察玻璃釉涂层在实际工况条件下的耐蚀性能，采用高压釜试验对玻璃釉涂层的耐蚀性能进行了室内加速试验(如图3所示)，介绍如下。
(1)测试方法：SY/T0442-2010《钢制管道熔结环氧粉末内防腐层技术标准》附录H；
(2)测试设备：美国CORTEST高压釜测试系统；
(3)试样要求：试样截取自防腐管，尺寸为：150x75x7mm；
(4)测试条件：5%NaCl，80C、14MPa (94%N2+6%CO2)，168h；5%NaCl，100C、14MPa(94%N2+1%H2S+5%CO2)，168h；
(5)测试步骤：先将试样背面及侧面用粘弹体防腐带包覆，只露出玻璃釉涂层，然后将试件放入5%NaC1溶液中，浸没50%，按照测试条件进行高压釜试验，结束后取出试件观察表面涂层状况；
(6)测试结果如表3所示。
从以上高压釜试验结果可以看出，玻璃釉涂层在两种不同的模拟工况条件下具有较好的耐蚀性能。
