一种在线喷涂内防腐涂层的压缩空气储罐及其使用方法

技术领域

本发明涉及压力容器技术，更具体地说，涉及一种在线喷涂内防腐涂层的压缩空气储罐及其使用方法。

背景技术

压缩空气是最为常见的动力气体，是仅次于电力的第二大动力能源，普遍存在于工矿企业、医院、国防和科研机构等场所。在大多数情况下，只要能确保压缩空气高压环境下内部相对湿度50％以下，输送压缩空气的容器内壁仅发生简单的化学腐蚀，即使不涂装也能确保容器长期稳定服役。但在很多情况下难以保证介质绝对干燥。如果不能保证相对湿度50％以下，一旦有水蒸汽介入，在器壁形成连续水膜，则会改变反应机理，导致薄液膜情况下的电化学腐蚀，极大地加速腐蚀进程，导致材料快速腐蚀失效，影响设备寿命。

对于常规压缩空气容器，容器内压缩空气常控制在恒压状态，进入或放出的压缩空气的量极少。在恒定压力下空气中过饱和的水会随温度降低而凝结析出，只需在冷凝水因回复高温通过蒸发重新进入空气之前及时将其排除，就能实现压缩空气的不断干燥，从而有效避免冷凝水的不断析出。只要对输入系统的少量压缩空气通过干燥技术进行干燥处理，可以比较容易地实现对压缩空气的干燥，确保内部相对湿度永远处于50％以下的安全范围。因此，常规压缩空气储输设备内壁通常不做防腐处理，推荐裸用。

然而在某些领域，无法做到对压缩空气进行除湿处理。譬如应用日趋广泛的压缩空气储能领域。

压缩空气储能(CAES)技术通过空气压缩机组把用电低谷期的多余电能以压缩空气的压力势能形式存储到储气罐内，当用电需求增加时，释放存储在储气罐内的压缩空气，加热后通过透平机将压缩空气储存的能量转变为电能，满足峰电期用电需要。由于压缩空气是一种能量密度较低的能量介质，导致为了满足储能功率需求，需要有能够提供动辄数十万立方的超大空间、承受10MPa以上超高压力的大型储气空间。而且需要每天对空间进行储气和放气操作。导致难以对内部压缩空气进行有效除湿。受制于资源和分布的制约，优质的天然洞穴、人工盐穴、人工矿井等超大压缩空气储气空间资源越来越少，钢铁材质的地面储气罐的优势和需求日益凸显。然而在无法确保有效干燥的情况下，其内壁腐蚀问题成为了阻碍该应用的关键技术瓶颈。

涂层是解决该问题的首选方案。然而在高压环境下，常规涂层极易因金属材料和涂料受力情况下变形程度的不一致而导致出现界面应力，进而导致涂层开裂或剥离；又或因罐壁温度梯度原因导致出现冷壁效应，引起涂层鼓包和剥离。尤其是在压力和温度频繁波动的情况下，更会加剧涂层的失效，导致涂层开裂、鼓包乃至大面积脱落。能在上述高压环境下使用的特殊涂料往往需要形成的涂层具有极好的致密性、极好的延展性以及与钢铁材料极佳的附着力，涂料成本高，难以大规模应用。

油膜和蜡膜在高压下具有极好的延展性，可有效避免上述问题，在该条件下具有很好的应用前景。但油膜和蜡膜在长期冷凝水冲刷浸泡作用下也会发生乳化等反应，导致性能下降，难以满足设备长达15至20年以上的长期服役需求。在涂层性能显著下降后停机进行补涂显然会对设备的连续运转等造成重大影响，成本极高。如能形成内壁防腐涂层在线补涂，则可节约大量成本，助推地面型压缩空气储罐的推广应用，为国家新能源发展和能源战略安全提供重要保证。

中国专利201780010667.1虽主张了了一种用于利用由防腐蜡制成的保护层覆盖空腔的内壁，但该空腔用于车体和用于车体的附加部件，车体空腔容积较小，通常最大空间不超过1m

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种在线喷涂内防腐涂层的压缩空气储罐及其使用方法，确保储罐内壁在饱和湿度压缩空气条件下稳定服役十几年而不出现锈蚀，确保产品的安全性和服役稳定性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，一种在线喷涂内防腐涂层的压缩空气储罐，包括储罐和喷雾装置；

所述储罐相对于水平面呈倾斜设置；

所述储罐的一端设有进气结构，另一端设有输气结构，顶部设有泄压结构，底部的低水平位置设有冷凝水存排结构；

所述喷雾装置具有多个，等距设于所述储罐的内部，用以对所述储罐的内壁进行清洗或喷涂防腐涂层；

所述储罐的内部还设有温湿度检测机构。

较佳的，所述储罐通过支架设于减震装置上。

较佳的，所述进气结构包括连通于所述储罐内部的进气管道以及设于所述进气管道上的加热除湿机、进气阀。

较佳的，所述输气结构包括连通于所述储罐内部的输气管道以及设于所述输气管道上的第一输气阀、第二输气阀。

较佳的，所述泄压结构包括连通于所述储罐内部的泄压管道以及设于所述泄压管道上的压力表、泄压阀。

较佳的，所述冷凝水存排结构包括连通于所述储罐内部的冷凝水存排水容器以及设于所述冷凝水存排水容器上的入水阀门、排水阀门。

较佳的，所述温湿度检测机构包括设于所述储罐内部顶侧的湿度传感器、温度传感器。

较佳的，所述防腐涂层为蜡质涂层或油膜涂层；

所述蜡质涂层的厚度为20至200μm，厚度是所述储罐内壁的粗糙度的三倍或三倍以上；

所述油膜涂层的厚度为20至500μm，厚度是所述储罐内壁的粗糙度的五倍或五倍以上；

在10MPa高压以及压力波动下所述防腐涂层不产生裂纹和剥离。

另一方面，一种所述的在线喷涂内防腐涂层的压缩空气储罐的使用方法，包括以下步骤：

S1、对所述储罐的内部进行干燥；

S2、通过所述喷雾装置对所述储罐的内壁喷涂所述防腐涂层；

S3、静置待所述防腐涂层固化成膜；

S4、检查所述防腐涂层是否均匀覆盖、测量所述防腐涂层的平均厚度是否满足要求，若未满足要求，重复步骤S1至步骤S4。

较佳的，所述步骤S1具体包括：打开所述进气阀、所述入水阀门，关闭所述排水阀门、所述第二输气阀，通过所述进气管道向所述储罐内通入压缩空气，使所述储罐内部的表面水汽蒸发，打开所述排水阀门、所述第二输气阀，通过所述压缩空气将水蒸汽带走，当所述湿度传感器监测到所述储罐内相对湿度在50％以下后，关闭所述进气阀、所述排水阀门；

所述步骤S2具体包括：打开所述进气阀，向所述储罐内通入压缩空气，打开所述喷雾装置以喷雾形式向所述储罐的内壁输送蜡膜或油膜的涂料液滴，通过所述压缩空气将所述涂料液滴带入所述储罐的内壁并均匀分布；

所述步骤S3具体包括：当所述输气管道检测到所述压缩空气中含有所述涂料液滴时，关闭所述进气阀、所述输气管道、所述排水阀门和所述第二输气阀，静置待所述防腐涂层固化成膜；

所述步骤S4具体包括：涂装时，打开所述入水阀门，关闭所述排水阀门，使所述冷凝水存排水容器与所述储罐连通；涂装结束后，关闭所述入水阀门，打开所述排水阀门，对所述冷凝水存排结构内的涂层涂覆情况进行检查。

较佳的，还包括所述储罐服役过程中检查及在线补涂步骤，具体步骤如下：

步骤A、检查，关闭所述入水阀门，打开所述输气管道和所述排水阀门，排出所述冷凝水存排水容器内积存的冷凝水，根据所述冷凝水情况判断是否需要进行在线补涂，若需要补涂则进入步骤B；

步骤B、清洗，关闭所述第一输气阀和所述排水阀门，打开需要补涂部位附近的所述喷雾装置和所述入水阀门，向需要补涂的部位喷清水进行冲洗，当所述冷凝水存排水容器内注满水之后，关闭所述排水阀门，然后打开所述排水阀门，检查排出水中是否有铁锈及其他杂质，如还有，继续步骤B操作直至水中无肉眼可见的铁锈及其他杂质，之后按步骤S1至步骤S4操作进行补涂。

本发明所提供的一种在线喷涂内防腐涂层的压缩空气储罐及其使用方法，具有以下几点有益效果：

1)与常规压缩空气压力储罐相比，本发明可无需服役期间进行频繁的除湿处理即可有效避免内壁腐蚀，显著延长设备；

2)与管道传统涂层相比，本发明主张的涂层在高压液膜腐蚀方面有独特优势。蜡质涂层具有很强的疏水性和耐水性，可有效避免水在钢材表面的浸润和连续成膜，进而有效避免压缩空气及其冷凝水液膜导致的腐蚀。蜡质涂层具有极强的柔性和自修复特性，一方面能避免常规涂层在高压及压力剧烈波动环境中极易出现的开裂和损伤，涂层表面不易产生裂纹，另一方面因颗粒摩擦导致的划痕损伤也可自动修复。不仅如此，蜡质涂料相对常规涂料单价低、密度小、单位质量可涂面积大，可节约大量涂料成本。同时，该蜡质涂层具有较好的耐蚀性，可确保被保护的钢铁材料经1500小时盐雾而不出现明显锈蚀，可保护容器服役20年以上不出现严重的内壁腐蚀；

3)与传统蜡质涂层内腔相比，本发明可耐受更高压力，且容积更大，可满足储能用高压压缩空气存储需求。另外，本发明可在内壁涂料发生失效后进行在线补涂，可显著提升内壁安全使用寿命，提升设备安全性。

附图说明

图1是本发明压缩空气储罐的结构示意图。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

结合图1所示，本发明所提供的一种在线喷涂内防腐涂层的压缩空气储罐，包括储罐1和喷雾装置2。

储罐1可采样卧式储罐、立式储罐或球罐等压缩空气储罐，本实施例采用卧式储罐，主要由UOE管线通过焊接连接构成，通过连接减震装置的支架3支撑并与水平面成一定微小夹角倾斜，储罐1内壁保证一定坡度，避免完全水平，以利于内部冷凝水聚集。

喷雾装置2具有多个，等距设置在储罐1的内部，喷雾装置2至少有两路输送，一路可雾化喷涂蜡膜或油膜涂料，另一路可喷清洗水，可将涂料或清洗用水雾化后喷射沉积到储罐1的内壁上，对储罐1的内壁进行清洗或喷涂防腐涂层4，喷雾装置2的数量及间距以确保储罐1内壁被涂料均匀有效覆盖为宜。

防腐涂层4为蜡质涂层或油膜涂层，可有效隔绝水，避免储罐1内壁腐蚀。

蜡质涂层的厚度为20至200μm，厚度是依据储罐1内壁表面粗糙度而定，是储罐1内壁的粗糙度的三倍或三倍以上，以确保形成连续且一定厚度的涂层屏蔽。

油膜涂层的厚度为20至500μm，厚度是依据储罐1内壁表面粗糙度而定，是储罐1内壁的粗糙度的五倍或五倍以上，以确保形成连续且一定厚度的涂层屏蔽。

储罐1底部的最低水平位置设有冷凝水存排结构用以存储储罐1内的冷凝水，冷凝水存排结构包括连通于储罐1内部的冷凝水存排水容器5以及安装在冷凝水存排水容器5上端位置的入水阀门6、下端位置的排水阀门7。其中，常态时入水阀门6处于常开状态，排水阀门7处于常闭状态。当储罐1内冷凝水达到一定程度需要排水时，先关闭入水阀门6，再打开排水阀门7，将冷凝水存排水容器5中冷凝水排放后关闭排水阀门7，打开入水阀门6，恢复收纳冷凝水的状态。

冷凝水存排水容器5采用耐蚀设计，表面涂敷防水性更好的涂层或采用耐蚀材料，如不锈钢。

储罐1的一端设有进气结构，另一端设有输气结构，进气结构包括连通于储罐1内部的进气管道8以及安装在进气管道8上的加热除湿机9、进气阀10。输气结构包括连通于储罐1内部的输气管道11以及安装在输气管道11上的第一输气阀12、第二输气阀13。关闭第二输气阀13(输气管道11关)，开启进气阀10(进气管道8开)，可向储罐1内输送压缩空气。关闭进气阀10(进气管道8关)，开启第二输气阀13(输气管道11开)，可向外输送压缩空气。

加热除湿机9可对进入储罐1的压缩空气的湿度和湿度进行控制，可将压缩空气露点控制在环境温度以下，或将压缩空气加热。

储罐1的内部还设有湿度传感器14、温度传感器15，湿度传感器14可实时监测储罐1内压缩空气的相对湿度，温度传感器15可实时监测储罐1内压缩空气的温度。

储罐1顶部设有泄压结构，泄压结构包括连通于储罐1内部的泄压管道16以及安装在泄压管道16上的压力表17、泄压阀18。压力表17实时监测压缩空气的压力，当出现超压时，泄压阀18自动打开以确保安全，直至压力达到安全值后关闭。

本发明还提供了一种基于本发明在线喷涂内防腐涂层的压缩空气储罐的使用方法，包括以下步骤：

S1、对储罐1的内部进行干燥；打开进气阀8、入水阀门6，关闭排水阀门7、第二输气阀13，通过进气管道8向储罐1内通入一定高温的(推荐温度90℃以上)、干燥的压缩空气，使储罐1内部的表面水汽蒸发，然后打开排水阀门7、第二输气阀13，通过压缩空气将多余的水蒸汽带走，当湿度传感器14监测到储罐内相对湿度在50％以下后，关闭进气阀10、排水阀门7；

S2、通过喷雾装置2对储罐1的内壁喷涂防腐涂层4；打开进气阀10，向储罐1内通入高温的(低于涂料安全使用温度上限)、干燥的压缩空气，打开喷雾装置2以喷雾形式向储罐1的内壁输送蜡膜或油膜的涂料液滴，通过压缩空气将涂料液滴带入储罐1的内壁并均匀分布；

S3、静置待防腐涂层4固化成膜；当输气管道11检测到压缩空气中含有涂料液滴时，关闭进气阀10、输气管道11、排水阀门7和第二输气阀13，静置足够长时间待防腐涂层4固化成膜；

S4、关闭输气管道11、入水阀门6和第一输气阀12，再打开排水阀门6和第二输气阀13，检查防腐涂层4是否均匀覆盖、测量防腐涂层4的平均厚度是否满足要求，若未满足要求，重复步骤S1至步骤S4。

本发明使用方法还包括储罐服役过程中检查及在线补涂步骤，具体步骤如下：

步骤A、检查，关闭入水阀门6，打开输气管道11和排水阀门7，排出冷凝水存排水容器5内积存的冷凝水，根据冷凝水情况(如冷凝水中有较多的铁锈)判断是否需要进行在线补涂，若需要补涂则进入步骤B；

步骤B、清洗，关闭第一输气阀12和排水阀门7，打开需要补涂部位附近的喷雾装置2和入水阀门6，向需要补涂的部位喷清水进行冲洗，当储罐1内注满水之后，关闭排水阀门7，然后打开排水阀门7，检查排出水中是否有铁锈及其他杂质，如还有，继续步骤B操作直至水中无肉眼可见的铁锈及其他杂质，之后按步骤S1至步骤S4操作进行补涂。

将通入压缩空气的露点控制在环境温度以下20℃，譬如当前储罐1内温度为0℃，则露点控制在零下20℃或者更低。

将通入压缩空气的温度必须低于内壁蜡膜涂料的滴点温度或油膜涂料安全使用温度上限以下，优选的，通入压缩空气的温度必须低于内壁蜡膜涂料的滴点温度或油膜涂料安全使用温度上限5℃以下，譬如蜡膜滴点温度为100℃，则通入压缩空气温度不高于95℃。

本发明在线喷涂内防腐涂层的压缩空气储罐及其使用方法，在储罐内壁表面有特殊涂层，可避免冷凝水在表面形成连续水膜，可在10MPa高压以及压力波动下仍确保涂层不产生裂纹和剥离，储罐附带在线喷涂装置，可借助压缩空气对储罐内壁进行涂料在线喷涂，亦可在涂层因长期服役失效后进行补涂，因此可确保材料在饱和湿度压缩空气条件下稳定服役十几年而不出现锈蚀，确保产品的安全性和服役稳定性。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。