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化工技术中国石油和化工标准与质量 第7期 20 采用纳米碳防腐导电涂料恐致重大经济损失和安全危害 丛远新 上海锐安电气科技有限公司 上海 201108 【摘要】石化工程建设不宜采用纳米碳防腐导电材料，否则，不仅难以起到防护作用，反而会进一步加速接地网的腐蚀。目前有关 纳米碳导电防腐材料的防腐、寿命等关键的技术指标参数未有一项得到国内外权威机构证实。更为糟糕的是，目前推广纳米碳防腐 导电涂料的资料文献普遍失实，不是夸大效果就是歪曲事实，照此推广下去，后患无穷。不仅会造成重大的安全隐患和经济损失，而 且，涂料的毒副作用还会对施工人员的身心健康造成不可逆转的危害。 【关键词】纳米碳防腐涂料 二甲苯 导电炭黑 接地 寿命 面临日益严峻的地网腐蚀现状，有认为 可通过防腐导电涂料来解决问题。而且，有 文献[1]声称，已经开发出JR纳米碳防腐导电 涂料，可解决接地钢材腐蚀问题。文献[2]指 出，因石油化工工厂因接地网腐蚀而引发的 运行事故时有发生，“降阻剂”的使用则进 一步加重了地网腐蚀，应采用JR纳米碳防腐 导电涂料解决腐蚀问题，并呼吁石化行业设 计人员一起研究、制定相应的设计、施工及 验收规范。 事实上，采用JR纳米碳防腐导电涂料只 会导致比降阻剂更为严重的腐蚀后果。从该 产品公司网站所下载的“JR纳米碳防腐导电 涂料产品说明书”显示，“JR纳米碳防腐导 电涂料是我国目前唯一通过热稳定试验（即 大电流冲击实验也叫雷电冲击试验）的合格 的产品，技术指标为30kA/2S”。这也是目 前唯一能在万方、维普等学术期刊网上搜索 到的用于接地的防腐导电涂料产品。不过非 常遗憾的是，该产品最为关键的防腐、寿命 等技术指标未有一项得到权威机构证实，而 其理论论述多与客观事实相悖。 1 “JR纳米碳防腐导电涂料”的本质 属性普通的导电炭黑 根据“JR纳米碳防腐导电涂料”产品 公司网站上公布的“电力系统接地网用的纳 米碳防腐导电涂料”的“发明专利证书”， 登录至中华人民共和国知识产权局网站，检 索后发现，所谓的“JR纳米碳”实为“市售 导电碳黑”。“JR纳米碳防腐导电涂料”主 要是由市售导电炭黑溶解在二甲苯中配置而 成。 炭黑就是纳米碳材料中技术含量最低的 一大类，属无定形碳。所谓无定形碳，顾名 思义，就是结构、形状不定的一大类碳，主 要由石墨层间结构的分子碎片杂乱无章地堆 积在一起，层间或碎片之间由金刚石结构的 四面体成键方式的碳原子键连起来。 石墨和金刚石为总所周知的两种典型的 碳同位素。石墨为碳元素按sp2杂化轨道构 成，仅由3个s键形成二维的平面结构，而碳 元素最外层为4价电子，故而多出一价可自 由移动的电子，因而能层间导电。金刚石则 为碳元素按sp3杂化轨道构成，由4个s键形成 三维的四面体结构，再无自由电子，故而为 绝缘体。 而炭黑则主要为碳元素按sp2和sp3（其 它还有sp1，spn，n为分数，大于1且小于3） 杂化轨道而成，也就是说，炭黑主要杂化了 石墨和金刚石结构而成（其它的还有少量的 卡宾碳、碳富勒烯、洋葱碳和碳纳米管等结 构）。 所谓导电炭黑就是具有低电阻或高电阻 的炭黑，但用作“JR纳米碳防腐导电涂料” 的显然为低电阻炭黑。导电炭黑与普通炭黑 无异，就是粒径更小，结构更高，表面更洁 净而已，当然，这是相对于一般炭黑而言， 相对于其它纳米碳材料，就是结构低，表面 不洁净了。 比如，导电炭黑虽有金刚石四面体结 构，但稳定性和硬度远不及金刚石，虽有石 墨层间结构，但有卷曲，且杂乱，其导电性 和润滑性远不及石墨，更不及石墨片（纳米 石墨），还有少量的碳纳米管等结构，这些 结构常具有超常的功能，但意义只能被忽略 （譬如，一些碳纳米管对电子的单向导通能 力可达铜的100万倍，但混在碳黑里面价值 为零，事实上，别说一维的碳纳米管结构 了，即使二维的石墨层间结构，混在大部分 炭黑里的导电意义几乎可以忽略了）。 导电炭黑是由有机物质固态、液态或气 态不完全氧化（主要是燃烧）生成的，炭黑 表面一般含有较多的含氧基团，且基团各不 相同，这就使得导电炭黑常常表现出截然不 同甚至相反的特性，即使是同一批产品的不 同粒子也是如此，而且，这种差异就是炭黑 的固有属性，不是通过提高加工质量就能消 除的。 由于杂乱、无序、不净，这就注定了炭 黑只能在应用于性能要求较低的场合，目前 主要用作橡胶的补强剂和填料，其中大概有 一半用于轮胎制造。 “JR纳米碳防腐导电涂料”正是由上述 含有大量杂质的导电炭黑融合在二甲苯中加 工而成，其质量差，而且很不稳定，也不可 控，用来接地网防腐必不能保证质量。故国 外尚未见有纳米碳防腐导电材料在电力系统 接地网防腐方面的应用报导，国内却有单位 据此宣称JR纳米碳防腐导电涂料属“国际先 进水平”，这显然搞反了。 目前有关纳米碳材料的前沿研究主要集 中在诸如富勒烯、纳米碳管、纳米线等微结 构中碳原子呈高度有序化的材料方面，导电 炭黑只是可以提取这些高级材料的一种非常 粗糙的最基本的原料而已，最为低级，可在 市面上轻易购得。 2 “JR纳米碳防腐导电涂料”防腐性 差，而且会反过来加速地网腐蚀，缩 短其寿命 中华人民共和国知识产权局网站所公布 的“JR纳米碳防腐导电涂料”的专利申请文 件有如下论断 “石墨是碳元素按sp2杂化轨道构成的 物质，具有层状结构和导电性。用石墨做的 导电涂料导电性能好，但防腐性能不尽人 意。石墨的层状结构决定了涂料的防腐性能 差。该涂料在干燥固化过程中产生的收缩应 力使石墨层间开裂，电解质溶液便乘虚而 入。由于碳的电极电位比铁高，在导电涂层 与地网碳钢构成的腐蚀原电池中，碳钢作为 牺牲阳极而加速了地网腐蚀。涂有石墨导电 涂料的碳钢样片在浓度为10％的食盐溶液中 作浸泡食盐，15天后即有点腐蚀产生，3个 月已锈迹斑斑，烧杯底部还可观察到一层铁 锈”。 事实上，“JR纳米碳防腐导电涂料”之 所以导电就是源于石墨的层状结构之故，石 墨的层状结构为“JR纳米碳防腐导电涂料” 的典型结构，导电性越高，石墨化程度越 高，“JR纳米碳防腐导电涂料” 防腐性就越 差，在干燥固化过程中越容易开裂，从而越 容易加速地网腐蚀。 因此，根据“JR纳米碳防腐导电涂料” 的专利申请文件，我们可得出如下结论 “JR纳米碳防腐导电涂料”防腐性差，一旦 施工不好或者开裂失效后，会反过来加速地 网腐蚀。 而在现实中，尤其是复杂的高电阻率山 区，接地沟既挖不平整，也挖不直，可塑性 不强的圆钢或者扁钢等则必定会有部分顶在 左方、右方或者下方的石头上，无法涂刷到 位，钢材、JR纳米碳防腐导电涂料、水土就 会组成原电池，将钢材接地体作为阳极给腐 蚀掉。 所以，采用JR纳米碳防腐导电涂料会反 过来加速接地体腐蚀，虽然可能保护了一部 分接地体免受腐蚀，但却加速了另一部分接 地体的腐蚀速度，从整体上来说，实为腐蚀 接地体，缩短其寿命。 采取二次补救措施也不管用。即使能采 取某个高超的手段，将左、右或者下方未能 涂刷到位的钢材全部拉至中间，固定住，重 新涂刷好。那么，在拉扯钢材的过程中，必 会有另一部分与地沟左、右或者下方摩擦、 顶住，钢材与地沟的强力摩擦必会将先前涂 刷的涂料给刮掉。 化工技术中国石油和化工标准与质量 第7期 21 因此，在复杂的高电阻率区，纳米碳防 腐导电涂料必不能被涂刷完好，该部分钢材 必会加速腐蚀，采用反倒会加速接地体的腐 蚀速度，缩短接地体寿命，断不可取 另外，退一步讲，即使能有某种理想方 法讲接地极完全控制在地沟中间，保证全都 可以被涂刷到，也同样不能保证施工质量， 必然性地反过来加速地网腐蚀。因为JR纳米 碳防腐导电涂料的施工质量要求非常苛刻， 现实中根本做不好。根据该公司提供的说明 书，施工条件须满足如下诸多要求 （1）施工前清除热镀锌表面的油污、 水分和灰尘； （2）漆刷距离不能拉得过大，以免涂 层过薄； （3）漆刷速度不能走得过快，以免漏 刷； （4）第一道涂层表干后（夏季约0.5至 1.0小时、冬季约1.0至2.0小时），即可涂刷 第二道，以保证干膜厚度不小于0.35μm； （5）应涂刷2遍（很重要），焊接处 需要补涂； （6）应在5℃以上、相对湿度在90以 下的气候条件进行施工。 显然，第（2）、（3）条根本不可能 做好，因为缺乏了可执行的客观标准；第 （4）条的执行标准是确保干膜厚度不小于 0.35μm，现实中更不可能实现；如果是镀 锌扁钢，水平布置在地沟中，那么，根本不 可能保证扁钢贴近地沟的一面能涂刷好；第 （1）条要求也几不可能达到，尤其是高电 阻率区，接地极在施工过程中必然性地会有 部分紧紧压在地沟下面或者侧面，根本不可 能将地沟中接地极表面灰尘等清除干净。 综上所述，JR纳米碳防腐导电涂料施工 质量要求极为苛刻，现实条件根本不允许， 采用该涂料必会导致原电池腐蚀，反过来缩 短接地网寿命，断不可取。否则，必会重蹈 总所周知的降阻剂之覆辙，造成重大经济损 失和安全隐患。 请注意从理论上来说，只要能在实 验室条件下严格控制好施工质量，物理型降 阻剂可以对镀锌钢接地极起到一定程度的防 腐保护作用，延长寿命，而且，这已被多所 权威认证机构所证实。可事实上，降阻剂已 在实际应用中大量腐蚀接地极，造成重大且 深远的损失，已被华北电管局等各大电力公 司所禁止。因为在实际工程应用中，降阻剂 施工质量不可能达到实验室标准，必然性导 致包裹不完全，从而形成原电池，腐蚀接地 极，缩短寿命。因此，大量声称使用降阻剂 可以达到30年寿命的无一在实践中被证实， 相反，3年内便大量腐蚀接地体的事情却时 有发生。 而纳米碳防腐导电涂料施工工艺质量更 难控制，贸然推广必会导致比降阻剂更为严 重的经济损失。 3 “JR纳米碳防腐导电涂料”对生命 健康有毒害作用 中华人民共和国知识产权局网站所公布 的“JR纳米碳防腐导电涂料”专利申请资料 显示，“JR纳米碳防腐导电涂料”采用了二 甲苯作为配方，而二甲苯为有毒物质，且具 有挥发性，施工时会被工人吸入体内。 由呼吸道进入体内的二甲苯会扩散入 血，易分散到富含脂防的组织中，如脑、肝 脏等。通过对二甲苯染毒小鼠肝的形态学观 察，发现各小鼠肝脏出现肝细胞肿大、血窦 变窄、部分肝细胞呈脂肪样变性，肝小叶中 央区的肝细胞内可见大小不等的空泡。 二甲苯被国际癌症研究中心确认为高毒 致癌物质，对实质器官、生殖系统、神经系 统、血液系统等均具有一定毒性。可损害脑 组织、肝脏、肾脏等器官，造成这些器官的 临床检测指标异常，并且引起器官的病理学 和形态学的改变 二甲苯会导致皮肤发生皮肤干燥、皲 裂、皮炎。 二甲苯是非特异性致炎因子，可引起以 血管通透性、白细胞游走为主要变化的急性 炎症，在建立动物炎症模型中作为致炎剂被 广泛使用。 二甲苯的挥发性强，脂溶性较高，易于 透过血脑屏障，损害神经系统。 因此，采用“JR纳米碳防腐导电涂料” 会损害健康，影响生命安全。 根据法律教育网报导三名工人吸入浓 度为43.1g/m3的二甲苯，18.5小时后一名死 亡，尸检可见肺淤血和脑出血，另两名工人 丧失知觉达1924小时，伴有记忆丧失和肾 功能改变。 另据经视播报2011年10月19日上午， 株洲石峰区北星小学陆续有老师和学生被二 甲苯熏倒，相继有人头晕、咳嗽，10余位师 生被送往医院治疗。该二甲苯源自正在修建 的塑胶跑道，由于空气不流通，二甲苯难以 挥发散开，从而导致了此次事故。 因此，如果采用二甲苯，必须明示其毒 性。而国内纳米碳防腐导电公司在宣传时， 竟然都隐掉了其对生命健康的毒害副作用， 这是极不负责的 4 有关“JR纳米碳防腐导电涂料”一 些其它误区 4.1 导电性及结构认识 文献[1]指出 “纳米碳作为导电添加剂，比石墨粉 和镍粉赋予涂料更好的导电性。镍粉、石 墨粉和纳米碳的物质结构与导电性如表1所 示”。 事实上，谬误连连 第一、纳米炭黑之所以导电就是因为 其具有石墨粉的层间结构，但多有卷曲、杂 乱，故而其导电性比石墨粉相去深远。“纳 米碳比石墨粉赋予涂料更好的导电性”甚 谬。 第二、既然石墨粉“仅层间导电，导电 有方向性”，那么，因石墨层间结构而导电 的炭黑就必“受方向限制”，随石墨层间卷 曲方向而定，因无法像石墨晶体一样高度有 序，故而导电性较差。 第三、碳黑为有机物质不完全氧化生 成，可氧化为其共性，一定条件下，碳元素 均可氧化成二氧化碳，此为高中基础知识。 文献[1]认为其“不氧化”，荒谬。 第四、将“纳米结构”与石墨粉的“层 状晶体”并列分类也不当。因为石墨粉的 “层状”结构就是“纳米结构”中的典型结 构，两者非并列关系。 第五、尽管文献[1]等文献胡乱夸大纳米 碳电阻率，认为其优于石墨和镍。但该公司 网站提供的说明书却显示，“JR纳米碳防腐 导电涂料”电阻率10-3Ωcm，其导电性较石 墨和镍粉差几个数量级。 4.2 防腐性能。 文献[1]指出 “当导电材料的粒子半径φ100nm 时，它与成膜物质之间只是一种简单的物理 混合，界面分明，补强性和封闭性差；当导 电材料的粒径φ100nm时，其表面积很大， 表面能也很大，具备纳米材料的共性。此 时，纳米导电材料与成膜材料以几乎同一数 量级的粒径相互渗透，彼此无明显的界面。 纳米涂料封闭功能好，电解质溶液无法渗透 到涂层内部”。 事实上，纳米涂料是有一定的封闭功 能，但仅限于自身，并不能阻止电解质渗透 到涂层内部。 其二，即使对自身而言，炭黑的封闭性 也很有限，且普遍存在着缺陷，容易被小分 子或者原子侵入，导致性质发生变化，致使 其防腐性能失效。 4.3 与常规防腐材料的比较 文献[1]指出 “由于采用纳米技术，JR纳米碳防腐导 电涂料的防腐性比一般涂料好”。 无稽之谈，没有任何证据可证实这一 点，得视具体材料而言。事实上，即使是同 一种纳米涂料，其防腐性能也会因导电炭 黑的比例不同而发生变化，导电炭黑比例过 大，则会导致团聚，防腐性能下降，效果反 倒不及一般涂料。 4.4 寿命论断 从该公司网站所下载的“JR纳米碳防腐 导电涂料产品说明书”指出 “JR纳米碳防腐导电涂料与热镀锌联合 保护地网，具有11＞2的效果，可视为地 网寿命＝15年（镀锌钢）15年（涂料）＞ 30年。”并认为该技术“解决了地网易腐蚀 的一大技术难题。” 事实上，之前的降阻剂也宣称可达30年 保护寿命，并认为其也“解决了地网易腐蚀 的一大技术难题”。可大量工程实践标明， 降阻剂正好加速了地网腐蚀，部分寿命甚至 缩短至2～3年。 纳米碳防腐导电涂料的寿命应由客观的 表1 镍粉、石墨和纳米碳的物质结构与导电性 导电材料物质结构导电性 镍粉金属晶体容易氧化，氧化后不导电 石墨粉层状晶体仅层间导电，导电有方向性 纳米碳纳米结构不氧化，导电不受方向限制 下转第144页 勘探开发中国石油和化工标准与质量 第7期 144 根据上述探讨，设计不同的组合方案 ①方案一直井天然能量开发方案；②方案 二直井注水开发方案；③方案三水平井 直井天然能量开发方案；④方案四水平井 直井注水开发方案；在同一地质模型下，对 四套方案进行模拟生产，模拟结果见表1。 图6a 方案一III-5小层生产10年后剩余 油分布图 图6b 方案二III-5小层生产10年后剩余 油分布图 图6c 方案三III-5小层生产10年后剩余油 分布图 图6d 方案四III-5小层生产10年后剩余油 分布图 图6 四套设计方案模拟生产10年后剩余油 分布图 从四套方案模拟结果来看，方案四也即 水平井和直井组合注水开发效果最佳。从图 6中也可以看出，方案一中高部位剩余油还 较多，由于开发能量不足，高部位虽然有井 控制，但依旧难以采出。 方案二中剩余油以井间分布为主，直 井难以完全控制油藏，因此还残余一定剩余 油，方案三中由于水平井泄油面积大，生产 较为平稳，但与方案一类似的是开发能量依 然不足，开发后期难以将高部位剩余油采 出，较方案一已有较大改观。方案四基本将 剩余油驱出，只在极少部位有残余油存在。 4 结论 综上所述，对于多层状边、底水复杂小 断块油藏，影响开发效果的因素主要是开发 方式、开发层系和开发井型的选择。 对于该类型油藏在开发方式的选择中， 最佳的对策组合方式为初期利用天然能量开 发，随后人工补充开发能量。以主力油层为 主，合理细分层系开发，充分应用水平井技 术与直井开发相结合，最大限度地提高开发 效果，提高采收率。 参考文献 ［1］ 王允诚主编油气藏开发地质学,2006年 ［2］ 刘丁曾主编,多油层砂岩油田开发,石油 工业出版社,1986年 ［3］ 达克著,刘翔鄂等译,油田开发设计,石油 工业出版社,1984年 ［4］ Timmerman E.H “Practical Reservoir Engineering.volume 1. for improving Accuracy or into Equations and Computers” 1982 表1 设计四套方案生产10年后指标对比 方案总井数其中水平井数 综合含水（） 累产油（104t累产气 （108m3采出程度 方案一6 82.51 32.85 0.12 15.52 方案二6 95.34 44.88 0.16 21.20 方案三72 77.52 38.06 0.14 17.98 方案四7292.0447.70 0.17 22.53 实践数据来证实。 文献[1]指出 “2003年6月通过了．湖北省科技厅主 持的科技成果鉴定”，而后，“陆续在省内 外部分电力接地网防腐工程中得到应用”， “部分用户单位对涂有JR纳米碳防腐导电涂 料的接地网开挖检查，发现涂膜完好、表面 接触电阻无变化”。 至于“涂膜完好”是否属实暂且不论， 不过可以确定的是，“涂膜完好”的后半句 “表面接触电阻无变化”必为作者虚夸之 论，因为接地网表面的接触电阻只有埋在地 下时才能测量，测得的结果才有实际意义， 否则，所测就不是接触电阻了，也无实际意 义。可作者居然宣称其挖出后无变化，荒谬 之极 因此，除了谬误外，没有任何理论或者 实践数据可证实JR纳米碳防腐导电涂料防腐 效用期。 5 总论 （1）“JR纳米碳防腐导电涂料”实为 导电炭黑融合在二甲苯中配置而成，为一种 非常低级的防腐涂料，防腐性差，易反过来 加速地网腐蚀。 （2）“JR纳米碳防腐导电涂料”对生 命健康有毒害作用。 （3）文献[1]对“JR纳米碳防腐导电涂 料”的导电性及结构认识谬误，虚夸了其导 电功能，导电炭黑的导电性源于石墨层间结 构，导电性不及石墨。 （4）有关JR纳米碳防腐导电涂料的使 用寿命论断谬误。 （5）由于原料质量都不可控，纳米碳 防腐导电涂料本身质量就更不可控。故至今 国际、国内仍未有任何有关纳米碳防腐导电 涂料的标准、规范，国外尚没有纳米碳防腐 导电涂料在接地方面应用报导，国内也尚未 有任何纳米碳防腐导电涂料成功防腐的案例 报导。 （6）目前有关纳米碳导电防腐材料的 防腐、寿命等关键的技术指标参数未有一项 得到权威机构证实。石油化工行业应明确拒 绝对待该类产品，否则， 后患无穷。 参考文献 [1] 邵建人,乐晏廷,交流系统接地网的腐蚀与防腐 研究,电力设备,2006.4 [2] 李辉,常娟,防腐接地装置在石化建设工程中的 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