非标压力容器双层低温液氮储罐内部涂层材料选择及施工技术 解析

一、非标压力容器双层低温液氮储罐内部涂层材料选择

综合考虑上述性能指标要求，经过多轮材料筛选和性能测试，推荐选用改性聚酰亚胺涂层材料作为真空多层绝热低温液氮储罐的内部涂层材料，具体理由如下：

（一）良好的隔热性能

改性聚酰亚胺材料本身具有较低的热传导系数，在 - 196℃低温环境下，其热传导系数可低至 0.025W/(m・K)，能够有效减少热量传入，降低液氮蒸发损失。同时，该材料在固化后形成致密的涂层结构，可进一步阻止热量的传递，提升储罐的保冷效果。

（二）良好的低温稳定性

改性聚酰亚胺具有出色的低温韧性和稳定性，其玻璃化转变温度低于 - 200℃，在 - 196℃的液氮环境下不会发生脆化。经过多次冷热循环测试后，涂层仍能保持良好的物理性能，无开裂、脱落等问题，满足储罐长期反复使用的需求。

（三）良好的耐腐蚀性

改性聚酰亚胺分子结构中含有稳定的芳环和酰亚胺键，具有非常强的耐化学腐蚀性，能够有效抵御液氮中可能存在的杂质腐蚀。同时，该涂层固化后形成的致密薄膜可将金属基材与腐蚀介质完全隔离，从根本上防止基材腐蚀，延长储罐使用寿命。

（四）较强的附着力

改性聚酰亚胺涂层材料与不锈钢等金属基材之间具有良好的界面结合力，通过合理的表面预处理工艺（如喷砂、磷化等），可使涂层的附着力达到 6MPa 以上，远高于设计要求的 5MPa，确保涂层在低温环境下长期稳定附着。

（五）高度的化学惰性

改性聚酰亚胺在常温及低温环境下均具有高度的化学惰性，不与液氮、水、二氧化碳等常见物质发生化学反应，也不会向液氮中释放任何杂质离子或有机物质，能够有效保障液氮的纯度，满足高纯度液氮储存的要求。

二、非标压力容器双层低温液氮储罐内部涂层施工工艺

（一）表面预处理

脱脂处理：采用丙酮或乙醇对储罐内部金属表面进行擦拭，彻底清除表面的油污、灰尘等杂质。必要时，可采用超声波清洗技术，确保表面清洁度达到 Sa3 级（GB/T 8923.1-2011 标准）。

喷砂处理：使用石英砂或氧化铝砂对脱脂后的金属表面进行喷砂处理，喷砂压力控制在 0.5-0.8MPa，喷砂距离保持在 100-150mm。通过喷砂，使金属表面形成均匀的粗糙表面（表面粗糙度 Ra 达到 5-8μm），增加涂层与基材的接触面积，提高附着力。

磷化处理：将喷砂后的储罐内部放入磷化槽中进行磷化处理，磷化液采用锌系磷化液，磷化温度控制在 50-60℃，磷化时间为 15-20 分钟。磷化处理后，金属表面形成一层致密的磷化膜（膜厚约 5-8μm），可进一步提高涂层的附着力和耐腐蚀性。处理完成后，用去离子水将表面冲洗干净，并在 80-100℃的温度下烘干，确保表面无水分残留。

（二）涂层喷涂

涂料调配：按照涂料说明书的要求，将改性聚酰亚胺树脂、固化剂和稀释剂按一定比例（通常为树脂：固化剂：稀释剂 = 100:10:20，具体比例需根据产品型号调整）进行混合搅拌。搅拌过程中采用电动搅拌器，搅拌速度控制在 500-800r/min，搅拌时间为 15-20 分钟，确保涂料混合均匀，无沉淀、结块现象。调配好的涂料需在 2 小时内使用完毕，以防涂料固化。

喷涂操作：采用高压无气喷涂设备进行涂层喷涂，喷涂压力控制在 15-20MPa，喷嘴直径选择 0.8-1.2mm，喷涂距离保持在 200-300mm。采用纵横交叉的喷涂方式，确保涂层均匀覆盖储罐内部表面，避免出现漏喷、流挂等缺陷。单次喷涂厚度控制在 30-50μm，如需达到设计厚度（通常为 100-150μm），需进行多次喷涂，每次喷涂间隔时间为 2-4 小时（具体间隔时间根据环境温度和湿度调整），直至达到设计厚度。

（三）固化处理

涂层喷涂完成后，需进行固化处理以确保涂层性能达到设计要求。固化过程分为两个阶段：

预固化阶段：将喷涂好涂层的储罐放入固化炉中，在 80-100℃的温度下保温 2 小时，使涂层中的稀释剂充分挥发，避免在后续高温固化过程中因稀释剂挥发过快而导致涂层出现气泡、针孔等缺陷。

完全固化阶段：预固化完成后，将固化炉温度逐步升高至 200-220℃，升温速率控制在 5-10℃/min，避免因温度骤升导致涂层开裂。在 200-220℃的温度下保温 4-6 小时，使涂层中的树脂与固化剂充分反应，形成致密、稳定的涂层结构。固化完成后，关闭固化炉，让储罐在炉内自然冷却至常温，避免因快速冷却而影响涂层性能。

三、非标压力容器双层低温液氮储罐内部涂层质量控制与检测

（一）原材料质量控制

在涂层材料采购过程中，需对供应商进行严格筛选，选择具有良好信誉和生产资质的厂家。每批次采购的改性聚酰亚胺树脂、固化剂和稀释剂均需提供产品质量合格证明文件，并按照相关标准进行抽样检测。检测项目包括材料的外观、固含量、粘度、储存稳定性等，确保原材料质量符合设计要求。如发现原材料质量不合格，应立即停止使用，并与供应商协商处理。

（二）施工过程质量控制

表面预处理质量检测：在表面预处理完成后，采用表面粗糙度仪对金属表面粗糙度进行检测，确保 Ra 达到 5-8μm；同时，采用白布擦拭法检查表面脱脂效果，白布上无油污、灰尘等杂质即为合格。对于磷化处理后的表面，采用划格法检查磷化膜的附着力，并通过盐雾测试（测试时间为 24 小时）检验磷化膜的耐腐蚀性，确保磷化处理质量符合要求。

涂层喷涂质量检测：在涂层喷涂过程中，定期采用湿膜测厚仪检测涂层的湿膜厚度，确保单次喷涂厚度控制在 30-50μm。同时，观察涂层表面外观，如发现漏喷、流挂、针孔等缺陷，应及时进行修补处理。每喷涂一道涂层后，需进行附着力测试（采用划格法），确保涂层附着力符合要求。

固化过程质量控制：在固化过程中，实时监控固化炉内的温度变化，确保温度按照预设的固化曲线进行控制，避免出现温度偏差。同时，记录固化过程中的各项参数（如升温速率、保温温度、保温时间等），形成固化过程记录文件，以便后续追溯。

（三）成品质量检测

外观检测：涂层固化完成后，采用目视法对储罐内部涂层表面进行外观检测，涂层表面应平整、光滑，无开裂、脱落、流挂、针孔、气泡等缺陷，颜色均匀一致，符合设计要求。

厚度检测：采用干膜测厚仪对涂层厚度进行检测，检测点应均匀分布在储罐内部表面（每平方米至少设置 3 个检测点），涂层厚度应在 100-150μm 范围内，且厚度偏差不超过 ±10%，即为合格。

附着力检测：按照 GB/T 9286-1998 标准，采用划格法对涂层附着力进行检测，划格刀的切口深度应达到基材表面，观察切口边缘的涂层脱落情况，附着力等级达到 0 级即为合格。

耐腐蚀性检测：采用中性盐雾测试（GB/T 10125-2021 标准）对涂层的耐腐蚀性进行检测，测试温度为 35℃，盐雾浓度为 5% 氯化钠溶液，测试时间为 1000 小时。测试完成后，观察涂层表面无锈蚀、起泡、剥落等腐蚀现象，即为合格。

隔热性能检测：将储罐抽真空至设计真空度（通常为 1×10⁻³Pa 以下），然后充装液氮至额定容积，在常温环境下（25℃）放置 24 小时，测量液氮的蒸发量，计算日蒸发率。日蒸发率应低于 0.5%（额定容积），即为合格。

化学惰性检测：采集储罐内储存 72 小时后的液氮样品，按照 GB/T 14599-2021 标准对液氮的纯度进行检测，包括氧含量、水含量、二氧化碳含量、总烃含量等指标。各项指标均需符合高纯氮的要求，确保涂层无有害物质释放，不影响液氮纯度。