本文介绍了法国阿科玛公司（原阿托菲纳公司）利用Rilsan（丽绚）尼龙11防腐耐磨涂层替代不锈钢来帮助工程公司、承包商和运营商降低海水淡化的投资成本和运行成本。

根据国家膜分离工程与技术中心报道，截至去年10月份，中国已经建立65个海水淡化厂，总共有600000m3/d的处理量。我国计划到2015年海水淡化总量将达到2000000m3/d。但是海水淡化成本高仍是海水淡化工业面临的最大限制因素之一。本文介绍了法国阿科玛公司（原阿托菲纳公司）Rilsan（丽绚）尼龙11防腐耐磨涂层替代不锈钢来帮助工程公司、承包商和运营商降低海水淡化的投资成本和运行成本。

Rilsan(丽绚)尼龙11涂层

Rilsan(丽绚)尼龙11介绍

尼龙11是一种高性能的热塑性聚合物，它的商品名是Rilsan，是由天然蓖麻油中的十一碳氨基酸缩聚得到的。所以尼龙11是一种100%可再生的生物材料，一种环境友好的材料。本文将重点介绍尼龙11粉末，它多年来主要用作各个领域的金属防护涂层，包括：洗碗篮、汽车工业、水工业中管路系统、管接件、泵和阀的金属防腐。

涂装方法

尼龙11可用于不同的加工工艺，为不同的基材提供最佳的保护，尼龙11的涂装体系，如图1所示。

对海水淡化工业的工件来说，最适合的涂装工艺是流化床浸涂，如图2所示。使用垂直流化床（通常为7m深，如图3），可以一步完成对长达6m，直径大于1m的管材内外壁涂装，并且涂层厚度均匀，典型厚度为350±50μm。这是因为尼龙11有明显的熔点。为了保证涂层部分的性能，并为工程师提供相关工具应对风险，世界各地的标准（如荷兰—KIWA K-759, 美国—AWWA C-224, 日本—JWWAWSP-067, 澳大利亚—AS/NZS 4158, 欧洲—EN 10310）涵盖了以下内容：

根据有效的标准（NSF61，WRAS……）来评估涂层材料对水质的影响；

涂层材料性能（耐冲击性、耐水浸泡性能及耐腐蚀性能）；

涂敷步骤（表面处理、上底漆、涂装）；

涂层的质量控制（外观、厚度、针孔测试、附着力）。

尼龙11在水工业中应用的优势

自1967年起，尼龙11就被应用于涂装水工业中的管材、泵、阀门以及其它装置，是被国际认可的涂层材料。广大的工程师和设计师可以放心地使用尼龙11来防止腐蚀。尼龙11的优异性可以为水公司，政府机构和企业带来如下好处：

保持水质

尼龙11不会释放任何有害的化合物，它通过评估并认定符合相关标准，例如，英国的WRAS和DWI，德国的DVGW-KTW和DVGW-W270，法国的ACS（根据Circular DGS/VS4/N°99.217），荷兰的KIWA-ATA，日本的JWWA WSP 067-2001，美国的NSF61和澳大利亚的AS4020等标准。

涂装工件操作时防护要求低

尼龙11的部分结晶结构使它具有热固性材料的硬度和热塑性材料的弹性。作为一种柔性的材料，尼龙11不会像环氧树脂那样断裂和破碎。而尼龙11的硬度又使它具备了聚烯烃涂层所没有的抗压性能。这赋予了尼龙11很好的抗冲击性能（即使是在低温条件下）和显著的弹性（断裂伸长率>20%）。因此，在安装前，尼龙涂层管可以被运输和加工，并且管道被弯曲至直径的30倍时涂层也不会被破坏剥落。此外，尼龙11的耐候性可以防止涂层粉化，而环氧涂层经常发生这种现象。

耐久性好，无需维护

尼龙11涂层体系可以连续暴露在高达50℃的淡水和海水中，可以抵御的酸碱度为pH=3~10。其使用压力没有明确限制，在压强为150bar时仍能保持很好的附着力和耐腐性能。尼龙11涂层出色的耐久性主要归功于尼龙11出色的耐腐蚀性、耐化学性能、耐气蚀性和耐磨性。

耐腐蚀性：尼龙11涂层体系的防腐性能已经通过实验室测试和在线试验，并且有40年的使用跟踪记录（表1）。尼龙11涂层体系之所以具有出色的性能，是因为它具有很低的气体/蒸气渗透率以及极好的附着保持力，这就避免了出现细小缝隙和接触不紧密，防止腐蚀性物质在金属表面沉积和富集。此外，即使由于不恰当的操作导致涂层破损，涂层体系中的底漆也能抑制基底金属生锈，为工厂操作人员或建造者提供修补的机会。

耐气蚀性：我们根据标准ASTM G32，对尼龙11涂层体系进行气穴腐蚀测试，见图4。结果表明尼龙11比FBE涂层具有更好的耐气穴腐蚀性能，后者在测试中被腐蚀至金属表面。此外，实验表明，尼龙11的耐气穴腐蚀性比常用于水工业的316L不锈钢更好。

耐化学性能：尼龙11涂层能够抵御水处理中使用的绝大多数化学品，包括一些能够腐蚀大部分不锈钢的化学品。水处理中的化学品包括消毒剂（氯气、氯化物和臭氧），氧化剂（氧气和高锰酸钾），絮凝剂和柔软剂（三氯化铁、氯化铝和硫酸盐）以及膜清洁剂（亚硫酸钠、盐酸和氢氧化钠）。

耐磨损性能：管道耐磨性能测试，结果见图5。结果表明Rilsan涂装管道的耐磨损性能比不锈钢管高4倍。

节省能源

尼龙11涂层的表面光滑，摩擦系数小，这有助于管道系统和泵保持较低的压强损失，从而降低能耗。测量结果表明，尼龙11涂层管道的压强损失比水泥涂层管道低50%，而且尼龙11涂层的摩擦系数也小于环氧涂层。因为尼龙11涂层不利于生物膜的形成，因此可以保持较低的摩擦系数和抵御腐蚀。

水工业中的相关应用实例

法国的Les Eaux du Nord公司使用尼龙11涂装的管道来抽取地下水，并且很多欧洲的泵房都采用这种涂层。

1967年，尼龙11涂层钢管首次在Looksbroek的饮用水产品工业中使用。直到40年后，这家工厂仍然在运作，其管网系统依然无需更新。现在，将近70%的荷兰饮用水处理厂和超过50%的德国饮用水厂都在使用尼龙11。

1980年起，日本也采用尼龙11涂层作为储水罐的防腐层，并用尼龙11涂层的水管沿桥架设，从大陆上将水输送到邻近的岛屿。尼龙11涂层可以抵御地震，因为其具有较好的弹性。尼龙11涂层在欧洲饮用水领域的应用始于1986年。

意大利的都灵和其他地方铺设了数百公里的直径为10~50cm的管路。

1980年，尼龙11第一次在污水处理厂中使用。自那以后，超过16家污水处理厂使用尼龙11作为其管道的防腐层。如图6所示，德国Bocholt一家污水处理厂使用尼龙11涂装的法兰管和连接件。

尼龙11涂层：使海水淡化厂成本最优

下面我们将讨论为什么在当前水处理厂的管道系统里，尼龙11涂层管网是最好的选择之一，它能够使水处理厂供水的投资成本（CAPEX）和运营成本（OPEX）达到最优化。

材料开支

目前，管网系统的投入约占水处理厂总资本投入的15%。因此，管道材料的选择是节省资本投入的一个关键因素。

材料成本上涨的案例越来越多，这是因为过去10年呈指数上涨的钢铁需求量和合金价格上升导致了不锈钢价格的迅速上扬。尽管我们希望不锈钢价格回落，但是高需求使得价格依然维持在高位。

此外，水处理厂管网系统的建设开支不仅包括材料成本（管道和连接件），还包括了车间装配，现场安装以及安装设备和承包商费用等支出。为了准确比较不同管材的成本，我们要逐个部分地考察价格，因为它们的材料各不相同。例如：

焊接不锈钢比焊接铸铁要贵，这就增加了车间制作和现场安装的费用；

GRP部件不能像钢铁那样在车间进行制作。因此雇佣GRP制造者的费用将会很高，特别是制造复杂的部件；

涂层管材不能在线焊接，这就需要进行预装配。但是安装预制作的法兰连接管比焊接钢管要快得多，工程承包费用也相应降低，这就弥补了预制作的开支。

最后，根据不同的管路设计（直行管道或者复杂的管网体统），各部分的花费所占的比重也有所不同。管材和连接件的费用在直行管路中占很大比例，而复杂管路系统的车间制作费用所占比重较大。

综合考虑上述因素，我们比较使用了尼龙11涂层碳钢，316L不锈钢和GRP建设管道系统的全部费用。我们计算了直行管道和复杂管网的费用，如图7、图8所示。

能耗支出

能耗支出通常约占SWRO脱盐企业30%的开销。事实上，考虑能量回收的因素在内，制水的标准能耗约为3.8 kWh/m3。这个过程尚有节省能源的可能性。目前开展的降低能耗的研究工作主要集中在能量回收（如波尔顿水轮机、压强交换器），或者通过新设计来提高泵效率。材料的摩擦系数也是影响能耗的一个因素。采用表面光滑的材料建造管道系统可以降低压强损失，从而减少日常运营开支。这些需要针对每个管道系统进行计算，因为这与管道系统的设计有很大关系。

从图9可以看出，尼龙11的峰密度比316L不锈钢低3.5倍，这有利于降低压强损失。

维护费用

膜过滤技术需要较高的维护费用，主要是维护膜本身。事实上，膜很容易积聚生物污垢，剥落和意外破损。为了较少维护，企业通常会设定程序，用特殊的溶液来回流清洗膜。但是这些溶液中的化学品会腐蚀绝大多数级别的不锈钢，尤其当这些溶液呈酸性并且包含氯化物的时候。这就需要考虑对管路和泵进一步的维护。

除了膜维护的问题以外，SWRO脱盐企业面临的最大问题是管路的腐蚀。事实上，只有很昂贵的不锈钢（如超级双相钢）才能抵御海水和盐水的腐蚀。即使使用上述特殊级别的不锈钢，问题依然存在，因为焊接钢管时很难避免产生潜在的腐蚀点。

尼龙11涂层管道系统则没有上述腐蚀问题，因为涂层对海水和膜清洁剂保持惰性。此外，企业使用涂层管道时都是采用法兰管，只需简单的调整设计，就可以避免焊接时产生潜在腐蚀点的危险。

Rilsan(丽绚)尼龙11涂层在膜过滤技术上的案例

为了以较低的成本来供应高质量的水，一些企业已经用尼龙11涂层管道系统取代316L不锈钢和超级双相钢，以降低膜技术水处理厂的运营成本和资本投入。案例如下：

膜过滤槽的管道系统和容器的涂装（见图10）。法国、俄罗斯和中国都使用这样的设备；

德国Roetgen的超滤水处理厂（144000m3/d）的管道系统的涂装；

日本冲绳岛反渗透海水脱盐厂（40000m3/d）的管道系统、阀门和连接件的涂装，见图11。由于使用了尼龙11涂层，该设备自1997安装运行至今无需维护。

用于注射盐水和抽取咸水的分离泵和重达7t的叶轮的涂装。

小结

自1967年起，尼龙11就被用于水工业以涂装管材、泵、阀门和连接件。它独特的性能为水务公司、政府部门和工厂带来诸多好处，包括保持水质、加工和储存过程中的保护、降低维护费用和能耗。这些优点已被水工业的应用案例所证实。

此外，当水处理厂使用膜技术时，尼龙11涂层管可以替代不锈钢管，从而降低资本投入和运营费用。事实上，比较表明，使用尼龙11涂层管比使用高合金管节省高达50%的设备投资，而且节省维护费用。这都是因为尼龙11对膜清洁剂、海水和盐水有很好的耐腐蚀性。此外，尼龙11涂层管的压强损失小，有利于降低能耗。基于上述优点，应用膜过滤技术的企业纷纷采用尼龙11涂层管道替代316L不锈钢和超级双相钢管材。