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任 剛1，呂 偉1，楊 鋒1，李曉煒2，張 雷3，段永鋒2

（1. 中國石化股份有限公司煉油事業部，北京100728；2. 中石化煉化工程集團洛陽技術研發中心，河南洛陽471003；3. 中海油常州涂料化工研究院有限公司，江蘇常州213016）

摘要：水性涂料是綠色環保化的一個重要方向，通過從產品的優劣勢、性能特點、現場應用效果和綜合成本等方面對水性涂料進行系統評估和分析，結果表明：服役3 a以上的水性防腐涂層均出現不同程度的粉化，且隨著服役年限的延長，涂層的粉化程度變高；水性涂料較同類型的溶劑型涂料價格平均高41.7%，防腐工程項目采用水性涂料較采用溶劑型涂料費用增加13.0%。從原材料、施工環境、涂裝工序及完工檢查等關鍵環節提出質量控制措施，明確了水性涂料在石化領域應用的可行性和適用范圍，為水性涂料在石化行業的應用提供實踐數據和技術支撐。

關鍵詞：水性涂料；煉化企業；施工環境；綜合成本；適用性分析

參考文獻標準著錄格式：

任剛，呂偉，楊鋒，等. 水性涂料在煉化企業應用的現狀及適用性分析[J]. 涂料工業，2023，53（11）：51-57.

REN G，Lü W，YANG F，et al. Application and applicability analysis of waterborne coatings in petrochemical enterprise[J]. Paint & Coatings Industry，2023，53（11）：51-57.

DOI:10.12020/j.issn.0253-4312.2023-072

基金項目:中國石化科技開發項目（CLY19141，CLY21055）

環保法規的要求越來越高，溶劑型涂料的發展與應用受到了極大的限制，水性涂料作為傳統溶劑型涂料的替代產品之一，獲得廣泛應用涂料在線coatingol.com。但是，水性涂料在性能指標、施工環境要求、成本及應用效果等方面與溶劑型涂料仍存在一定的差異。在實際應用過程中，如果施工單位對水性涂料的特性認識不足，施工過程把關不嚴，水性涂料的性能難以發揮，甚至造成涂層過早失效，嚴重影響水性涂料在石油化工領域的應用。

基于當前國內石化行業水性涂料產品種類繁多、質量參差不齊的現狀，本文從水性涂料產品的優劣勢、現場應用效果和經濟性等方面開展了系統性研究和評估，明確其在石化領域應用的可行性及適用范圍，為水性涂料在石化行業的合理應用提供實踐數據和技術支撐，助力煉化企業的綠色、環保、高效運行。

1 水性涂料在石化領域的應用現狀

近年來，世界各國均投入巨大成本用于開發各種溶劑型替代涂料，其中水性涂料以其在環保、安全等方面的優勢，獲得了長足的發展。我國也出臺了一系列政策法規鼓勵水性涂料的發展與應用，目前基于水性、溶劑型和粉末涂料而言，國內水性涂料用量占比達30%以上，但與發達國家相比仍存在一定的差距。我國水性涂料的應用主要集中在汽車、工程機械及集裝箱等工業領域，通過車間涂裝施工能夠有效保證涂層的施工質量，整體效果良好。而石化行業多數需要進行現場施工，由于施工環境復雜、過程質量控制難度大，導致水性涂料在石化領域的應用比例相對偏低。據統計，目前中石化系統內采用水性涂料的企業約占55%，其中水性涂料用量大于50%的企業僅占1/3。涂層的設計使用壽命大多數為6 a，少數設計使用壽命為10 a。

目前，石化領域防腐涂層配套體系的選擇多參照行業標準SH/T 3022—2019《石油化工設備和管道涂料防腐蝕設計標準》執行，其中水性涂料外防腐配套主要采用環氧富鋅底漆（60 μm）+環氧云鐵中間漆（100 μm）+脂肪族聚氨酯面漆（80 μm），總干膜厚度約240 μm。為了解水性涂料在煉化企業的實際應用效果，研究了涂覆相同配套體系水性涂料的儲罐在不同服役年限的外觀。不同服役年限儲罐的涂層外觀整體良好，除服役10 a的儲罐的附屬鋼結構涂層有局部開裂和剝落，以及服役超過3 a的儲罐表面有不同程度的粉化外，其他儲罐表面涂層均未出現明顯的開裂、剝落及銹蝕等問題。參照標準GB/T 30789. 6—2015《色漆和清漆　涂層老化的評價缺陷的數量和大小以及外觀均勻變化程度的標識　第6部分：膠帶法評定粉化等級》采用膠帶法對不同服役年限水性涂層進行粉化等級測定，結果如圖1所示。

針對部署在中石化系統內不同海域、內陸及沿江煉化企業的不同大氣腐蝕環境下的聚氨酯面漆涂層曝曬試樣，經1 a左右的曝曬試驗后，其失光率如圖2所示。

由圖2可以看出，同一企業的水性聚氨酯面漆的失光率均大于溶劑型聚氨酯面漆的。

2 水性涂料的特性分析

2.1 水性涂料的優劣勢

水性涂料以水作為溶劑，較傳統的溶劑型涂料在安全性、貯存與運輸、涂裝施工和廢物處理等方面均具有較大的優勢，對水性涂料的發展和應用起到了極大的促進作用。但是，水性涂料在表面處理、施工環境等方面的要求更高、涂層性能等方面仍存在不足，且較同類型的溶劑型涂料的成本高，詳細內容如圖3所示。

2.2 與同類型溶劑型涂料的對比

通過對比水性環氧、水性環氧富鋅、水性丙烯酸、水性醇酸及水性聚氨酯等水性涂料與同類型溶劑型涂料現行標準中的性能指標，其中環氧類涂料參考HG/T 4759—2014《水性環氧樹脂防腐涂料》和HG/T 4566—2013《環氧樹脂底漆》；環氧富鋅涂料參考HG/T 3668—2020《富鋅底漆》；醇酸涂料參考HG/T 4847—2015《水性醇酸樹脂涂料》和HG/T25251—2010《醇酸樹脂涂料》；丙烯酸涂料參考HG/T 4758—2014《水性丙烯酸樹脂涂料》和HG/T25264—2010《溶劑型丙烯酸樹脂涂料》；聚氨酯涂料參考HG/T 4761—2014《水性聚氨酯涂料》和HG/T2454—2014《溶劑型聚氨酯涂料（雙組分）》，并同時結合HG/T 5176—2017《鋼結構用水性防腐涂料》各類型水性涂料進行對比。結果表明，各類涂料標準中外觀狀態、耐沖擊性、附著力、耐酸堿性等性能指標趨于一致，主要在不揮發物含量、柔韌性、耐鹽霧性和耐候性（人工加速老化試驗）等方面存在差異，結果如表1所示。

由表1可以看出，水性涂料的部分性能指標低于同類型溶劑型涂料，此外，對水性涂料在閃銹抑制性、貯存穩定性、凍融穩定性、早期耐水性等方面提出了更多的要求。

2.3 施工環境要求及控制

水的比熱容為4.2 kJ/ （kg·℃），較常用有機溶劑的大，如二甲苯的比熱容為1.36 kJ/（ kg·℃），水蒸發過程會吸收大量熱能，因此環境溫度和相對濕度（RH）的變化會極大地影響涂層的干燥速度。施工環境對水性涂料干燥過程的影響如圖4所示。

由圖4（a）可以看出，在同一相對濕度下，溫度越高，水性涂料的干燥時間越短。相較于溶劑型涂料，水性涂料對施工環境更加敏感，在冬季或雨季，環境溫度低、相對濕度大，水分在低溫或高濕條件下揮發速度減慢，導致涂層干燥變慢，若不采取措施，極易出現流掛、閃銹、不干等涂層質量問題。

從圖4（b）可以看出，水性涂料的最佳施工窗口溫度為10~35 ℃，相對濕度為40%~70%。在實際施工過程中，施工環境超出施工窗口期時，常需要采取涂料加溫、選擇通風/加溫、移動式烘房等措施，確保涂層正常干燥。

因此，水性涂料的施工受溫度、相對濕度等影響較大，因此，以現有的技術條件，理想施工條件下水性涂料的最終性能可以達到或接近溶劑型涂料。但是，水性涂料對于施工條件的要求非常高，目前工業水性涂料的施工對于任何供應商以及施工單位都是極具挑戰性的工作。唯有在應用過程中，根據實際情況不斷優化產品、方案和工藝，才能持續提升產品質量，獲得理想的防護效果。

3 綜合成本分析

隨著原材料的升級和水性技術的日趨成熟，未來水性涂料的市場定價會比當下更具競爭力。統計國內某煉化企業近5 a內水性涂料的采購價格發現，各類水性涂料的價格均呈現逐年降低的趨勢，其中水性環氧富鋅底漆2022年價格（37.3元/kg）較2018年（39.9 元/kg）下降了6.5%，水性聚氨酯面漆2022 年價格（40.9 元/kg）較2018 年（44.7 元/kg）下降了8.5%，水性環氧導靜電涂料2022年價格（43.2元/kg）較2018年（50.2元/kg）下降了13.9%，3種涂料5 a內的價格平均降幅近10%。由此可見，未來水性涂料價格將逐步接近同類型溶劑型涂料的價格。

為全面、客觀地反映水性涂料和溶劑型涂料的價格，本文統計了國內某大型石化企業網絡交易平臺2022年各類涂料及稀釋劑的價格。由于水性涂料和溶劑型涂料的體積固含量略有不同，單位面積涂料用量有所差異，因而將各涂料的價格統一換算為膜厚100 μm的涂層單位面積的成本造價進行對比。溶劑型涂料在施工過程中通常需要加入一定量的稀釋劑調節黏度，也需要一定的費用，而水性涂料可以直接加水稀釋，成本可忽略不計，因此將水性涂料與溶劑型涂料+稀釋劑的價格進行對比更為合理，溶劑型涂料的稀釋劑用量以15%計，煉化企業常用水性和溶劑型涂料的價格對比結果如圖5所示。由圖5可以看出，各類水性涂料產品價格均高于同類型溶劑型涂料+稀釋劑的價格，且水性涂料較溶劑型涂料的平均價格高41.7%。

水性涂料在煉化企業的應用成本受原材料價格、運輸和貯存成本、施工費用、危廢處理、人員勞動保護費用、環保監測等多種因素影響，本文分別從各方面進行綜合成本分析，同時與溶劑型產品的成本進行對比。

以一臺5 000 m3的成品油罐外防腐工程為例，項目總費用約30萬元，其中原材料費占30%，技術措施費（腳手架搭設等）占28%，表面處理費14%，涂裝費占18%，其他費用約占10%。結合前文水性涂料和溶劑型涂料在原材料、施工、危廢處理等各方面費用的差異，對二者進行對比，結果如表2所示。忽略無法核算的費用，采用水性涂料比采用溶劑型涂料的項目費用增加13.0%。

4 水性涂料在石化領域應用的建議

4.1 關鍵環節質量控制

（1）原材料控制。中國石化對標一流、高質量發展理念的提出，對防腐工程提出了新的要求，即煉化企業新建防腐工程設計使用壽命需達到15 a。因此企業在采購水性涂料產品時應明確要求相關性能應滿足GB/T 50393—2017《鋼質石油儲罐防腐蝕工程技術標準》、SH/T 3022—2019《石油化工設備和管道涂料防腐蝕設計標準》等標準要求，同時對不同批次水性涂料進行指紋檢測。通過對比現行國內外標準中外防腐涂層配套體系質量要求，如ISO 12944-6：2018《Paints and varnishes—Corrosion protection of steelLaboratory performance test methods》、GB/T 30790. 6—2014《色漆和清漆防護涂料體系對鋼結構的防腐蝕保護第6部分：實驗室性能測試方法》、SPMP-STDEM2019《中國石化防腐絕熱質量提升工程規定》，對滿足C5環境的凝露試驗、中性鹽霧試驗和循環老化試驗提出了不同的要求，其中凝露試驗執行標準ISO 6270-1：2017 《Paints and varnishes—Determination of resistance to humidity—Part 1：Condensation（single-sided exposure）》或GB/T 13893—2008《色漆和清漆耐濕性的測定 連續冷凝法》，中性鹽霧試驗執行ISO 9227：2017《Corrosion tests inartificial atmospheres—Salt spray tests》或GB/T 1771—2007《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定》，循環老化試驗執行標準ISO 12944-9：2018《Paints andvarnishes—Corrosion protection of steel structures byprotective paint systems—Part 9：Protective paintsystems and laboratory performance test methods foroffshore and related structures》，具體如表3 所示。因此，水性涂料的涂層體系若用于C5及以下大氣腐蝕環境時應滿足表3 中的耐腐蝕和耐人工老化性能要求。

（2）施工環境。水性涂料施工環境要求溫度為5~40 ℃，相對濕度應低于80%，相對濕度超過80%時必須停止施工，或采取通風、加溫、除濕等相應的環境控制措施。

（3）稀釋。水性涂料通過加水進行稀釋，稀釋過程中應注意：①稀釋用水必須為純凈水（去離子水），嚴禁加入污染水，加入量一般≤5%；②稀釋用水必須一次加注到位，嚴禁二次加水或在涂料使用過程中發現黏度過大再次加水調節；③必須在混合A、B組分后加水，嚴禁單獨加入到A、B組分；④建議在冬季或夏季采用熱水或冷水作為稀釋水，以保證其適用期，但嚴禁采用過熱（>40 ℃）或過冷（<5 ℃）的水進行稀釋。

（4）完工質量檢查。涂層質量檢查內容包括外觀、干膜厚度、附著力和光澤等。①目測檢查涂層表面，外觀應保證平整光滑，無漏涂、返銹、氣泡、流掛、皺皮等，觸摸涂層表面不脫色；②采用涂層測厚儀檢查干膜厚度，檢查結果符合“90-10”規則，即所有單個干膜厚度值應不低于設計值的90%，且所有測量點中低于設計值但不低于設計值90%的測量點數不超過總測量點數的90%，另外最大干膜厚度不超過設計值的3倍；③采用拉開法檢測涂層附著力，結果應滿足涂層的性能指標要求；④如對涂層光澤及保光性有要求，應檢測涂層光澤。

4.2 發展趨勢

經過科研工作者多年的努力，水性涂料已取得了較大的進步和發展，然而該領域仍存在一些亟待解決的難點和問題，主要集中在以下幾個方面：①需要加快原材料的技術升級；②施工性及環境控制措施有待改進；③新型水性涂料有待開發、完善；④固含量，耐水、耐浸漬性，光澤、保光率等有待提高。水性涂料行業需在摸索中積累經驗并不斷進步，更長遠的發展及應用應基于整個產業鏈（包括但不僅限于水性樹脂、助劑、涂裝設備及工具等）的整體發展。

隨著人們環保意識的提高和環保法規的不斷完善，綠色發展將成為我國涂料行業發展的主旋律。水性、無溶劑和高固含涂料已成為我國綠色防腐涂料的主要發展方向。無溶劑涂料由合成樹脂、固化劑和活性溶劑制得，其VOCs含量趨于零；高固含涂料一般指固體分含量在65%~85% 的涂料，可以有效減少涂料的消耗量和VOCs 揮發量，兩者均為“環境友好型涂料”。毋庸置疑，水性涂料是綠色環保化的一個重要方向，而無溶劑和高固含涂料因其在施工性、耐腐蝕和耐候性等方面的優勢使其成為性能優異的低VOCs 涂料產品，同樣具有廣闊的應用前景。

5 結　語

通過系統性研究和評估水性涂料的優劣勢、性能特點、現場應用效果和綜合成本等，客觀、全面評價了水性涂料。目前，中國石化煉化企業采用水性涂料的企業約占55%，其中水性涂料用量超過50%的企業占1/3。在應用效果方面，服役3 a以上的水性防腐涂層均出現不同程度的粉化，且隨著服役年限的延長，涂層的粉化程度變高。在綜合成本方面，水性涂料較同類型的溶劑型涂料價格平均高41.7%，但在VOCs監測及處理費用、倉儲費用、人員健康和勞動防護用品費用等方面具有成本優勢。

為保證水性涂料在煉化企業的應用效果，建議從原材料、施工環境、涂裝工序、完工檢查等關鍵環節進行質量控制，并著力提高水性涂料的固含量、施工性、耐水/耐浸漬性、保光性等性能。今后一段時期，建議煉化企業在綜合分析的基礎上，因地制宜地選用合適的涂料，呈現水性涂料、無溶劑涂料和高固含涂等環保型涂料的多足鼎立、相互補充、協同發展的趨勢。