煉油廠循環(huán)水塔的防腐與涂裝

王巍，竇雪飛

（大慶石化公司煉油廠，黑龍江 大慶 163711）

煉油廠循環(huán)水塔的防腐與涂裝

王巍*，竇雪飛

（大慶石化公司煉油廠，黑龍江 大慶 163711）

分析了煉油廠循環(huán)水塔的腐蝕原因，分別選擇 PF-01防腐涂料、聚酰胺環(huán)氧涂料和環(huán)氧玻璃鋼，作為砼結(jié)構(gòu)循環(huán)水塔長期受水噴淋的砼結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)以及長期浸水的砼結(jié)構(gòu)的防腐涂層。討論了循環(huán)水塔的防腐施工工藝和質(zhì)量保證措施。按此方案施工的循環(huán)水塔，經(jīng)過7年的使用后，防腐效果良好。

煉油廠循環(huán)水塔；鋼結(jié)構(gòu)；砼結(jié)構(gòu)；防腐；涂裝

1 前言

煉油廠供水系統(tǒng)中混凝土結(jié)構(gòu)的循環(huán)水塔(俗稱涼水塔)是生產(chǎn)過程中的冷換設(shè)備冷卻介質(zhì)，也是石油煉制工程中不可缺少的一個(gè)工藝過程。涼水塔中無論其結(jié)構(gòu)是恒流干濕式、逆流式，還是其他的結(jié)構(gòu)形式，一般都是由鋼結(jié)構(gòu)、砼結(jié)構(gòu)等材料組成。它們長期在高濕度條件和受水的沖擊下工作，而且石油化工大氣與水氣結(jié)合產(chǎn)生的有害物質(zhì)，對(duì)混凝土構(gòu)筑物及鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕與破壞很嚴(yán)重[1]，所以必須采用防腐隔離層。防腐隔離層的好與壞直接影響循環(huán)水塔的使用壽命。同時(shí)，防腐涂層選擇不合理，金屬表面處理級(jí)別低，就會(huì)縮短涼水塔的使用壽命[2]。本文分析了涼水塔腐蝕的原因，就其防腐材料選擇、防腐施工工藝進(jìn)行了討論，為涼水塔的防腐實(shí)踐提供借鑒。

2 循環(huán)水塔腐蝕原因分析

2. 1 循環(huán)水塔砼結(jié)構(gòu)的腐蝕原因[1]

(1) 在潮濕的工業(yè)大氣中，酸性介質(zhì)與水泥中游離的鋁酸三鈣、氫氧化鈣的水化物反應(yīng)，生成可溶性鹽。該鹽隨著腐蝕性介質(zhì)的不斷侵蝕以及水分的不斷流失而被帶走，造成構(gòu)件破壞。

(2) 下雨時(shí)，空氣中的CO2與水作用生成H2CO3，H2CO3吸附在混凝土的孔隙中，與混凝土中的 CaCO3進(jìn)一步作用，生成易溶于水的Ca(HCO3)2，從而將混凝土中的有用組分逐漸溶出并帶走。溶走的 Ca(HCO3)2又由固相的CaCO3補(bǔ)充，使混凝土逐漸被破壞。

(3) 存在于水中的鈉、鈣、鎂的硫酸鹽與含有水合石灰、水合鋁酸的混凝土進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，分別生成硫酸鈣和硫鋁酸鈣。反應(yīng)后體積膨脹，導(dǎo)致混凝土的破壞[3]。

2. 2 循環(huán)水塔鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕原因

金屬結(jié)構(gòu)腐蝕是由電化學(xué)作用引起的[4]。在高濕度與水氣中使用的鋼結(jié)構(gòu)表面，易發(fā)生干濕交替循環(huán)。當(dāng)其表面存在銹蝕層時(shí)(涂層氣孔率高時(shí)相當(dāng)于銹蝕層)，銹蝕層就起到水和氧的儲(chǔ)槽的作用。Evans認(rèn)為，當(dāng)大氣腐蝕的銹蝕層處在潤濕條件下，則可以作為強(qiáng)的氧化劑。由銹層內(nèi)Evans模型可以看出，陽極反應(yīng)發(fā)生在金屬/Fe3O4界面上，陰極反應(yīng)發(fā)生在Fe3O4/FeO(OH)界面上，即銹層內(nèi)發(fā)生了Fe3+→ Fe2+的還原反應(yīng)，說明銹層參與了陰極過程。由于天氣變化，金屬表面溫度、濕度隨之變化，這樣在化學(xué)、電化學(xué)作用下，金屬表面將加速腐蝕。

2. 3 循環(huán)水塔防腐涂層的損壞原因

循環(huán)水塔鋼結(jié)構(gòu)防腐層損壞首先是金屬表面處理不當(dāng)。從現(xiàn)場(chǎng)涂料脫層的現(xiàn)象看，一是附著力沒有達(dá)到要求，二是所選的環(huán)氧涂料樹脂含量低。從現(xiàn)場(chǎng)漆膜看，干固的防護(hù)層樹脂含量少而其他填料過多，產(chǎn)生較多粉化顆粒。這樣涂層易存在較多的氣孔，水分子及其他雜質(zhì)容易滲透涂層，引起金屬表面腐蝕。

選用的環(huán)氧涂料是以酮亞胺為固化劑[5]，共涂裝3道，期望耐用10年以上。然而，使用后不到1個(gè)月，漆膜即起泡。原因是酮亞胺實(shí)質(zhì)上是用酮封閉的多元胺，它與空氣中的潮氣接觸后，析出多元胺和酮，多元胺再與環(huán)氧樹脂固化。該漆經(jīng)涂刷后，漆膜表面與水氣反應(yīng)而固化，阻滯漆膜內(nèi)丙酮的充分揮發(fā)。而殘留的丙酮有一定的水溶性，引起滲透壓，使漆膜起泡。這說明所選的配套固化劑不適合在這一環(huán)境下使用。

3 循環(huán)水塔防腐材料的選擇

3. 1 曝露在大氣中且長期受水沖擊的部位

3. 1. 1 砼結(jié)構(gòu)部分

通過篩選試驗(yàn)，選用了 PF-01防腐涂料。該材料防腐性能優(yōu)異，能廣泛應(yīng)用于耐酸、耐堿及鹽類的防腐工程，具有滲透性強(qiáng)，漆膜致密，抗老化、耐溫性好的特性。該涂料的主要成膜物為改性高密度聚氯乙烯(PVC)，并加入氟化物、溶劑、增韌劑、抗老化劑以及耐紫外線物質(zhì)等。

PF-01防腐涂料對(duì)鋼鐵、混凝土等材料均具有良好的浸潤性和附著力。采用該材料在金屬表面防腐，可克服一般防腐涂料對(duì)基材表面處理技術(shù)要求苛刻的弊病。同時(shí)，它不但能提高防腐的可靠性，延長防腐年限，而且施工簡便(達(dá)到St 3級(jí)即可)，技術(shù)要求指標(biāo)易于控制，可減少投資費(fèi)用。

試驗(yàn)也曾采用過氯磺化聚乙烯涂料，但它在循環(huán)水中應(yīng)用效果不好，存在“吸水腫脹”問題，故不適合在金屬與砼表面使用[6]。

3. 1. 2 鋼結(jié)構(gòu)部分

該部位長期在高濕度與循環(huán)水噴淋下工作。根據(jù)涼水塔的實(shí)際使用情況，對(duì)現(xiàn)有的環(huán)氧涂料及固化劑的配套性進(jìn)行了篩選，采用了聚酰胺環(huán)氧樹脂漆，該漆具有以下特點(diǎn)：

(1) 聚酰胺環(huán)氧樹脂有較長的脂肪烴碳鏈。用于交聯(lián)環(huán)氧樹脂時(shí)，脂肪烴碳鏈隔離了環(huán)氧樹脂內(nèi)的剛性苯環(huán)，在承受沖擊時(shí)能使分子鍵有較大的自由度，因而顯示了優(yōu)異的柔韌性。

(2) 聚酰胺環(huán)氧樹脂漆為雙組分涂料。兩組分混合時(shí)，選用配比不同，涂裝后漆膜性能隨之不同。聚酰胺用量大，漆膜的彈性增加，但耐藥品性降低。一般認(rèn)為，以E-20環(huán)氧樹脂與聚酰胺樹脂200按65∶35質(zhì)量比配制的漆性能最好。

與胺固化環(huán)氧樹脂相比，聚酰胺環(huán)氧樹脂漆具有以下特點(diǎn)：

(1) 耐候性好，不易粉化失光；

(2) 施工性好，漆膜不易產(chǎn)生橘皮、泛白等弊??；

(3) 漆料使用期長，兩組分混合后可維持2 ～ 4天不膠化；

(4) 不刺激皮膚，對(duì)人體危害性?。?/p>

(5) 兩組分配比不像胺固化環(huán)氧漆那樣要求嚴(yán)格；

(6) 對(duì)金屬表面除銹要求不嚴(yán)，并可在潮濕的鋼鐵表面上施工。

3. 2 長期浸水的砼結(jié)構(gòu)部分

長期浸水的砼結(jié)構(gòu)部分采用環(huán)氧玻璃鋼襯里。它是玻璃纖維增強(qiáng)塑料在混凝土表面形成的襯里防護(hù)層，具有整體性、抗?jié)B性好的特點(diǎn)。環(huán)氧樹脂作為防腐蝕材料不但具有密實(shí)、抗水、抗?jié)B漏好，強(qiáng)度高等特點(diǎn)，同時(shí)具有附著力強(qiáng)、可常溫操作、施工簡便等良好的工藝性，而且價(jià)格適中。環(huán)氧樹脂采用E-44，固化劑采用低毒型的T31(該固化劑在潮濕基層也可以固化)。

4 塔體防腐施工工藝

2003年6月對(duì)新建的混凝土結(jié)構(gòu)的涼水塔進(jìn)行了施工。施工的部位為長期浸水的水池砼部位、噴淋的半浸水砼部位(高濕度)和長期在高濕度情況下使用的部分金屬結(jié)構(gòu)部位。施工數(shù)量為：混凝土表面施工3 000 m2，金屬鋼結(jié)構(gòu)防腐4 500 kg。

4. 1 循環(huán)水噴淋下砼結(jié)構(gòu)表面的施工

4. 1. 1 工藝流程

底面處理—涂刷底漆1道—中間漆1道—面漆2道。要求厚度為140 μm。

(1) 底面處理。清除混凝土表面污物及其他雜物，使表面清潔。對(duì)于新建的混凝土，其表面要求達(dá)到GB 50212–1991《建筑防腐蝕工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的有關(guān)要求，即表面必須堅(jiān)固、密實(shí)、平整，不應(yīng)有起砂、起殼、裂縫、蜂窩麻面等現(xiàn)象。要求基層表面必須清潔。混凝土表面應(yīng)經(jīng)除塵清理，除去塵土和浮砂，表面含水率低于6%(外觀發(fā)白)。

防腐施工前，應(yīng)將基層表面的浮灰、水泥渣及疏松的部位清理干凈?；鶎颖砻婵梢圆捎娩摻z刷打磨，然后用干凈的軟毛刷、壓縮空氣或吸塵器進(jìn)行清理。

(2) 底面處理完后，涂刷底漆1道、中間漆1道和面漆2道。第1道底漆采用PF-01清漆。中間漆為PF-01漆，顏色為淡黃色。面漆材料也為PF-01，第1道為象牙色，面漆為棕黃色。

4. 1. 2 施工中的注意事項(xiàng)

(1) 涂料涂刷前的配制：該涂料為雙組分，甲組分為乙烯類樹脂、氟磷鐵顏料和各種助劑，乙組分為固化劑。使用前，將甲、乙組分按12∶1的質(zhì)量比進(jìn)行混合，攪拌均勻后放置10 min左右，熟化即可使用。配制熟化好的涂料須在8 h內(nèi)用完，避免膠凝而影響施工質(zhì)量。用多少，配多少，以免浪費(fèi)。

(2) 涂料涂裝：

第一、涂刷時(shí)，可采用刷涂、噴涂、滾涂和刮涂等方法(本次施工采用的是人工刷涂的方法)。

第二、涂刷第 1道涂料時(shí)，涂刷須均勻且無遺漏處。涂刷第 2層和以后數(shù)層時(shí)，應(yīng)均勻地交錯(cuò)刷涂，無遺漏。另外，涂膜不宜太厚。

第三、每道涂刷的施工間隔時(shí)間為：夏季大于4 h，低溫時(shí)至少在8 h以上(低于5 °C時(shí)禁止施工)。

第四、防腐施工全部結(jié)束后，夏季自然干燥 2天以上(若低溫，則自然干燥4天以上)，即可使用。

第五、夏季施工時(shí)，若涂料明顯變稠，可加入適量專用稀釋劑或丙酮進(jìn)行稀釋。

4. 2 循環(huán)水噴淋下金屬表面的施工

4. 2. 1 工藝流程

底面處理—底漆2道—中間漆1道—面漆2道。要求厚度為170 μm。

(1) 底面處理。金屬表面處理要達(dá)到 GB/T 8923–1988《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》中Sa 2?級(jí)的要求，即：鋼材表面應(yīng)無可見的油脂、污垢、氧化皮、鐵銹和油漆涂層附著物，表面應(yīng)顯示均勻的金屬光澤，并用吸塵器、干燥潔凈的壓縮空氣或刷子清除粉塵；表面無任何殘留物，并有一定的粗糙度。

(2) 底漆1道。底面處理完后檢查合格，涂刷1道聚酰胺環(huán)氧鐵紅底漆。

(3) 中間漆1道。底漆固化12 h后，涂刷1道聚酰胺環(huán)氧磁漆涂料。每道漆固化12 h。要求顏色為中灰色。

(4) 面漆2道。中間漆固化12 h后，涂刷2道聚酰胺環(huán)氧磁漆涂料，每道漆固化12 h。第1道要求顏色為淺灰色，第2道為中灰色。

以上涂料由雙組分組成，具體配比見產(chǎn)品說明書。5道漆固化后漆膜的厚度大于180 μm，7天后投入使用。

4. 2. 2 施工中的注意事項(xiàng)

(1) 涂料涂刷前的配制。該涂料為雙組分，甲組分為環(huán)氧樹脂、顏料和各種助劑，乙組分為聚酰胺固化劑。使用前，將甲、乙組分按65∶35的質(zhì)量比進(jìn)行混合，攪拌均勻后放置10 min左右，熟化即可使用。

注意：配制熟化好的涂料須在6 h內(nèi)用完，避免膠凝而影響施工質(zhì)量。用多少，配多少，以免浪費(fèi)。

(2) 涂料的涂刷施工工藝與 4.1.2中的第(2)部分相同。但其防腐施工全部結(jié)束后，夏季自然干燥 7天以上(低溫時(shí)，自然干燥10天以上)，即可使用。

(3) 夏季施工時(shí)，若涂料明顯變稠，可加入適量的專用稀釋劑或丙酮進(jìn)行稀釋。

4. 3 長期浸水砼結(jié)構(gòu)表面的施工

4. 3. 1 工藝流程

1道底漆—1道膩?zhàn)印克?層玻璃鋼(涂刷一層玻璃鋼、鋪一層玻璃布)—3道面漆，要求厚度為600 μm以上。

4. 3. 2 混凝土底面處理

清除混凝土表面污物及其他雜物，使表面清潔。對(duì)于新建的混凝土，其表面要求達(dá)到 GB 50212–1991的有關(guān)要求，即要求表面必須堅(jiān)固、密實(shí)、平整，不應(yīng)有起砂、起殼、裂縫、蜂窩麻面等現(xiàn)象。要求基層表面必須清潔。

防腐施工前，應(yīng)將基層表面的浮灰、水泥渣及疏松的部位清理干凈?；鶎颖砻婵梢圆捎娩摻z刷打磨，然后用干凈的軟毛刷、壓縮空氣或吸塵器進(jìn)行清理。表面干燥，含水率不應(yīng)大于6%，或者說表面深度5 mm左右沒有水分。

4. 3. 3 防腐施工方法

(1) 1道底漆。底面處理完后，涂刷1道E-44環(huán)氧底漆，施工黏度(涂-4杯)為25 ～ 35 s。要求不得有漏涂、流掛等缺陷，自然固化不宜少于24 h。

(2) 1道膩?zhàn)?。在基層的凹陷不平處，?yīng)采用樹脂膠泥料修補(bǔ)填平，自然固化不宜少于24 h。

(3) 涂刷3層玻璃鋼。膩?zhàn)庸袒?4 h后，用砂紙打磨膩?zhàn)颖砻?。?3層布的玻璃鋼，玻璃鋼采用連續(xù)施工的方法，即：涂刷1道玻璃鋼底膠后鋪1層玻璃布，接著刷粘接劑，固化24 h后，再進(jìn)行下一層玻璃鋼的施工，直到鋪完3層為止。要求每鋪一層固化24 h。不允許采用連續(xù)施工的方法。要求布與布之間的搭接寬度為50 mm。玻璃鋼材料為E-44環(huán)氧樹脂。玻璃布的規(guī)格為0.2 mm厚，三無(無堿、無蠟、無捻)，經(jīng)緯度為12 × 12根/cm或12 × 10根/cm。

(4) 3道面漆：做完的玻璃鋼固化48 h后，涂刷3道面漆，每道漆固化24 h。

4. 4 質(zhì)量保證措施

(1) 對(duì)施工人員詳細(xì)交代施工方案，進(jìn)行技術(shù)交底、安全交底，使施工人員明確施工工藝、施工規(guī)范、工程進(jìn)度及其他事項(xiàng)。

(2) 施工質(zhì)量實(shí)行“三檢”制度，即自檢、互檢、專業(yè)檢查。每位作業(yè)人員對(duì)自己完成的工作進(jìn)行自檢，各班組相互檢查，質(zhì)量檢查人員跟班作業(yè)。要堅(jiān)持每天對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行專職檢查，發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)解決。

(3) 在涂刷施工過程中，應(yīng)隨時(shí)檢查涂層的層數(shù)、質(zhì)量，每道漆不允許有漏刷、流掛、起皮和裂紋等不良現(xiàn)象存在。

(4) 每道工序結(jié)束后，必須經(jīng)甲乙雙方質(zhì)量檢查人員共同檢查驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行下一道工序的施工。做好工序驗(yàn)收簽證記錄。

(5) 專職配料員應(yīng)嚴(yán)格按照產(chǎn)品說明書要求配料。

(6) 每天開一次碰頭會(huì)，找出當(dāng)天存在的問題，并制定措施，安排好第二天的生產(chǎn)計(jì)劃。

(7) 認(rèn)真做好施工記錄和質(zhì)量檢驗(yàn)工作。質(zhì)量檢查和驗(yàn)收嚴(yán)格執(zhí)行GB/T 8923–1988以及化工部HGJ 229–1991《工業(yè)設(shè)備、管道防腐蝕工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》。

(8) 施工中，對(duì)有異議的地方，雙方應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行解決。

(9) 嚴(yán)格遵守建設(shè)單位制訂的規(guī)章制度，安全施工，文明施工。

4. 5 竣工驗(yàn)收

(1) 檢查實(shí)際的防腐過程是否符合建設(shè)單位制定的防腐施工工藝及技術(shù)要求。

(2) 對(duì)于防腐涂層，應(yīng)做到“涂層光滑平整，顏色一致，無氣泡、剝落、漏刷、返銹、透底和起皺等缺陷”。對(duì)于玻璃鋼，所有部位用目測(cè)進(jìn)行檢查，應(yīng)符合下列規(guī)定：“無明顯的氣泡、裂紋、凹凸(或皺紋)、返白。層與層之間的粘接及與基體的結(jié)合牢固，無分層、脫層，無纖維裸露、樹脂結(jié)節(jié)、異物夾雜及色澤明顯不均勻等現(xiàn)象。表面層應(yīng)光滑平整?！?/p>

(3) 施工單位竣工后，應(yīng)交如下資料：原材料出廠合格證、由建設(shè)單位審批的施工方案、工程施工記錄(包括修補(bǔ)返工記錄)和每道工序質(zhì)量驗(yàn)收單和工程竣工驗(yàn)收單。

5 使用效果

按照以上防腐施工方案，循環(huán)水塔在2003年7月經(jīng)防腐涂裝后使用至今已近 7年。對(duì)砼與鋼結(jié)構(gòu)表面檢查發(fā)現(xiàn)，漆膜光澤良好，沒有起皮、脫落、龜裂的現(xiàn)象。劃痕檢查結(jié)果表明，其質(zhì)量與竣工后的質(zhì)量檢查相比沒有發(fā)生變化。浸泡的表面比原先采用環(huán)氧做玻璃鋼層的效果好得多，不存在防腐層表面脫層、鼓包的現(xiàn)象。因此，該漆膜暴露在大氣或氣液交替的部位，其使用壽命可在5年以上。

6 結(jié)論

(1) 在塔體曝露在大氣中并長期受水氣沖擊的部位采用 PF-01防腐涂料和聚酰胺環(huán)氧樹脂漆，解決了氯磺化聚乙烯涂料在水中的溶脹問題。所得涂膜耐磨、強(qiáng)度高，附著力、韌性及抗老化性好，而且光亮、色澤鮮艷。

(2) 環(huán)氧樹脂玻璃鋼有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，用其作為長期浸水的砼結(jié)構(gòu)表面的保護(hù)層，所得漆膜堅(jiān)韌、耐磨，表面光潔度好，氣孔率低，使用壽命長。

(3) 根據(jù)涼水塔的使用及腐蝕情況，采用不同的防護(hù)方法，可以獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 王巍, 肖立學(xué). 氰凝與氯磺化聚乙烯涂料在涼水塔的應(yīng)用[J]. 石油化工腐蝕與防護(hù), 1990, 7 (1): 28-29.

[2] 王巍. 涼水塔鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕涂層失效原因分析及改進(jìn)[J]. 全面腐蝕控制, 2007, 21 (2): 39-41.

[3] 里維 R W. 尤利格腐蝕手冊(cè)[M]. 楊武, 譯. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2005: 343.

[4] 王巍. 綜合防腐在萬米氣柜上的應(yīng)用與探討[J]. 全面腐蝕控制, 1998, 12 (2): 37-42.

[5] 澞兆年. 防腐蝕涂料和涂裝[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2002: 185.

[6] 王巍, 高仲. EPH型涂料在砼結(jié)構(gòu)污水池上的應(yīng)用探討[J]. 腐蝕與防護(hù), 2001, 22 (1): 36-38.

Anti-corrosion and coating of recycled water tower in oil refinery factory //

WANG Wei*, DOU Xue-fei

The causes of corrosion of recycled water tower in oil refinery factory were analyzed. PF-01 anti-corrosive coating and polyamide epoxy coating were selected as corrosion protection coatings for the concrete and steel structures of recycled water tower, in which water is sprinkled for a long time, and glass-reinforced epoxy plastic was selected for concrete structure subjected to long-term immersion. The process of corrosion protection construction for recycled water tower and the quality assurance measures were discussed. The recycled water tower has good corrosion protection effect after being used for seven years, according to this construction project.

recycled water tower of oil refinery plant; steel structure; concrete structure; corrosion protection; coating

Oil Refinery Plant of Daqing Petrochemical Company, Daqing 163711, China

TQ639

A

1004 – 227X (2010) 10 – 0060 – 04

2010–05–31

王巍（1955–），男，遼寧沈陽人，工程師，榮獲“中國防腐大師”榮譽(yù)稱號(hào)，研究方向?yàn)樵O(shè)備腐蝕與防護(hù)。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) wangwei1955@163.com。

[ 編輯：韋鳳仙 ]