在石化領(lǐng)域，保溫層下的腐蝕和防腐一直是學(xué)術(shù)研究的一個(gè)熱點(diǎn)，每年由于保溫層下的腐蝕造成的損失可達(dá)幾十億美元，這些損失包括設(shè)備損失，工廠(chǎng)的停工與檢修損失，還有后續(xù)的維修等，同時(shí)造成大量人生傷亡事故，近些年來(lái)各大石化廠(chǎng)商和油漆生產(chǎn)企業(yè)都加大了保溫層下防腐涂料研究的投入，以期找到解決保溫層下防腐的對(duì)策。

    1 保溫層下的腐蝕機(jī)理

    保溫層下的腐蝕（CUI）是指發(fā)生在施加了保溫層材料的管道或設(shè)備外表面上的一種腐蝕現(xiàn)象，根據(jù)設(shè)備材質(zhì)的不同，CUI又分成兩種類(lèi)型：發(fā)生在碳鋼材料上的腐蝕（主要表現(xiàn)為坑蝕或材料的腐蝕減薄）；發(fā)生在不銹鋼材料上的腐蝕（主要表現(xiàn)為坑蝕或應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂）。

    我們知道，鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕速率與溫度、濕度等很多因素相關(guān)，溫度越高，腐蝕速度越快。但與此同時(shí)，腐蝕速率又與環(huán)境中的水分含量成正比，在高溫開(kāi)放環(huán)境中，溫度的升高會(huì)導(dǎo)致周?chē)h(huán)境中水分含量的降低，從而能減緩腐蝕速率。但CUI的一個(gè)重要特點(diǎn)就是，外加的保溫層會(huì)造成一個(gè)高溫高濕的密閉環(huán)境，從而導(dǎo)致腐蝕的加劇。而且CUI的嚴(yán)重性在于無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，因?yàn)闉榱嗣烙^效果，通常會(huì)在保溫層外包裹一層不銹鋼層或鋁層，這樣在腐蝕的初級(jí)階段，通常很難被觀察到，當(dāng)保溫層下的腐蝕被發(fā)現(xiàn)時(shí)，通常已經(jīng)是腐蝕很?chē)?yán)重的時(shí)候，甚至已經(jīng)發(fā)生安全事故。

    保溫層所用的材料大多是無(wú)機(jī)物，其中含有大量的無(wú)機(jī)鹽，比如氯化物、氟化物、硫化物等，會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)腐蝕；同時(shí)由于保溫材料通常為疏松多孔的結(jié)構(gòu)，具有較大的比表面積，因而具有較強(qiáng)的吸水能力，一旦保溫層發(fā)生破損，保溫材料會(huì)迅速吸收周?chē)乃斐梢粋€(gè)高濕度的腐蝕環(huán)境，加速腐蝕的發(fā)生。同時(shí)，這些腐蝕雜質(zhì)和保溫材料形成很強(qiáng)的電解質(zhì)溶液，一旦這些溶液與金屬設(shè)備發(fā)生接觸，就可引發(fā)強(qiáng)烈的腐蝕反應(yīng)。特別是對(duì)于石化行業(yè)而言，保溫層下的腐蝕還有其特殊性——由于石化行業(yè)涉及到很多不同工藝，因此在保溫層下的鋼結(jié)構(gòu)往往還要經(jīng)歷熱循環(huán)的過(guò)程。而對(duì)于傳統(tǒng)高溫涂料而言，由于熱膨脹系數(shù)與鋼鐵不同，經(jīng)歷熱循環(huán)往往會(huì)導(dǎo)致涂層內(nèi)應(yīng)力的增加，最終造成涂層的早期失效。

    2 保溫層下的防腐對(duì)策

    研究了保溫層下腐蝕的發(fā)生機(jī)理后，我們?cè)傺芯吭鯓宇A(yù)防和減少這種腐蝕的發(fā)生。通常可以分成兩個(gè)方向：一是加強(qiáng)保溫層的保護(hù)，杜絕濕氣進(jìn)入而造成的高溫高濕環(huán)境，包括盡量不要選用易吸收水分并易造成腐蝕性物質(zhì)滯留的保溫材料，特別是那些具有空心結(jié)構(gòu)特征和吸水性強(qiáng)的保溫材料，而要選用含水量小、干燥快的保溫材料，評(píng)價(jià)保溫材料的主要指標(biāo)就是吸水性，保溫材料吸水后其導(dǎo)熱系數(shù)增大，同時(shí)會(huì)浸濕設(shè)備表面，引起設(shè)備表面腐蝕；二是涂覆防腐涂料，即在設(shè)備外壁（保溫層以下）涂覆一層具有良好附著力、機(jī)械性能和防腐蝕性能優(yōu)異的涂料，保溫層下設(shè)備所處的環(huán)境決定了其對(duì)防腐涂層的特殊要求，既要保證涂層在高溫環(huán)境下能保持穩(wěn)定，同時(shí)又能在低溫高濕的環(huán)境下對(duì)鋼結(jié)構(gòu)提供防腐保護(hù)。

    2.1 保溫層下防腐涂料研究現(xiàn)狀

    在高溫防腐領(lǐng)域，美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)（NACE）發(fā)布的RP0198-2004國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是比較詳細(xì)和權(quán)威的。其中提出對(duì)于保溫層下的防腐，最有效的方法是涂覆防腐蝕涂料。過(guò)去，保溫層下應(yīng)用較多的涂層包括厚漿型環(huán)氧鋁粉漆、浸泡級(jí)環(huán)氧酚醛涂料、無(wú)機(jī)硅酮鋁粉高溫漆。簡(jiǎn)單類(lèi)比如表1。

    表1 3種典型的保溫層下的防腐涂料

    三種類(lèi)型的涂料在實(shí)踐中都得到了廣泛的應(yīng)用，并且各涂料生產(chǎn)廠(chǎng)家都在不斷研發(fā)、改進(jìn)其性能。如有的廠(chǎng)家針對(duì)浸泡級(jí)環(huán)氧酚醛涂料在膜厚控制不當(dāng)時(shí)會(huì)在高溫下發(fā)生漆膜開(kāi)裂的缺點(diǎn)，研發(fā)出了高膜厚、高固含量的產(chǎn)品，其膜厚范圍可控制在200～450μm，在此膜厚范圍內(nèi)，既能保證防腐性能，又克服了環(huán)氧酚醛類(lèi)涂料高溫開(kāi)裂的弱點(diǎn)。但由于其樹(shù)脂類(lèi)型的限制，最高耐受溫度仍<230℃。

    此外其他一些涂層在保溫層防腐領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，其中包括熱噴鋁和冷噴鋁等。

    2.2熱噴鋁涂層

    國(guó)外在碳鋼表面噴涂約250μm的鋁涂層已經(jīng)有30多年的歷史，并已被證明其在保溫層下有著優(yōu)異的耐腐蝕效果。熱噴鋁在大氣環(huán)境中有著優(yōu)異的防腐表現(xiàn)，最高可以耐受500℃的持續(xù)高溫，并可耐受冷熱循環(huán)等。但研究也發(fā)現(xiàn)，其在約80℃的鹽水溶液中卻極易對(duì)鋼結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的腐蝕，從而引起整個(gè)涂層的破壞。

    對(duì)于保溫層下潮濕的碳鋼管道，鋁相對(duì)碳鋼來(lái)說(shuō)是陽(yáng)極，但在接近80℃的堿性環(huán)境中，這種相對(duì)性變得很小，大大降低了其陰極保護(hù)的效果。相反，對(duì)于屏障型涂層，即使含有鋁片顏料，但由于其不扮演犧牲陽(yáng)極的角色，使其在高溫鹽水中的防腐表現(xiàn)反而更為優(yōu)異。而且由于熱噴鋁表面疏松多孔的特性，極易在孔隙中形成鋁鹽溶液，因此還需要黏度較低的、可以在保溫層下耐受高溫和腐蝕的涂層提供封閉作用。這些都對(duì)熱噴鋁在保溫層下的發(fā)展和推廣提出了限制和要求。

    2.3 冷噴鋁涂層

    冷噴鋁是一種含鋁粉的鈦改性無(wú)機(jī)共聚物涂料，由于其克服了熱噴鋁在高溫鹽溶液中的防腐限制，同時(shí)又保持了前者的優(yōu)異防腐性能，使其成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，已有多家涂料企業(yè)提出了商業(yè)化的產(chǎn)品，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。

    冷噴鋁涂料采用鈦改性無(wú)機(jī)共聚物作為主要成膜物質(zhì)，并加入片狀金屬鋁顏料起到足夠的屏蔽保護(hù)作用所制得的雙組分耐高溫涂料在高溫情況下，尤其是熱循環(huán)乃至熱沖擊的工況條件下，表現(xiàn)出了優(yōu)異的防腐性能。

    2.4 保溫層下涂層的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試

    采用保溫層下循環(huán)測(cè)試的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)用于保溫層下的涂料和冷噴鋁、熱噴鋁涂層（1#、2#：常規(guī)高溫涂層；TMIC:冷噴鋁；TSA：熱噴鋁）在高溫環(huán)境下的防腐性能進(jìn)行了測(cè)試。

    實(shí)驗(yàn)將如圖1的管狀構(gòu)件放在加熱器上，外面包裹保溫層，保溫層內(nèi)注入1L1%的氯化鈉溶液，將保溫管在30min內(nèi)升溫至450℃，8h后，移開(kāi)保溫管，再注入1L1%的氯化鈉溶液，重復(fù)前面的實(shí)驗(yàn)步驟。循環(huán)30次后，剝開(kāi)保溫層，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

    圖1 實(shí)驗(yàn)室高溫循環(huán)測(cè)試設(shè)備

    圖2 涂層高溫循環(huán)測(cè)試結(jié)果

    實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，熱噴鋁和冷噴鋁在保溫層下的表現(xiàn)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他兩種常規(guī)高溫涂層。尤其是冷噴鋁涂層，其涂層開(kāi)裂的溫度區(qū)間都在335～445℃，并且在開(kāi)裂的地方?jīng)]有發(fā)現(xiàn)銹蝕，表明裂痕沒(méi)有到底材，循環(huán)測(cè)試后的附著力測(cè)試結(jié)果顯示也非常優(yōu)異。

    3 結(jié)語(yǔ)

    在石化市場(chǎng)，保溫層下的鋼結(jié)構(gòu)因?yàn)槠鋹毫拥母g環(huán)境，對(duì)防腐涂料的性能提出了極高的要求。根據(jù)最高耐受溫度的要求，有多種涂層產(chǎn)品可用于保溫層下高溫環(huán)境對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的防腐保護(hù)。由于常規(guī)涂層的性能所限，噴鋁，尤其是冷噴鋁涂層的應(yīng)用成為研究的熱點(diǎn)，并取得了良好的效果。

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責(zé)任編輯：龐雪潔

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