石化設(shè)備絕熱層下的金屬腐蝕

汪培寶

(石化工程質(zhì)監(jiān)總站齊魯石化分站，山東 淄博 255400)

隨著中國(guó)，工業(yè)化的進(jìn)程逐漸加快，石化行業(yè)對(duì)于國(guó)計(jì)民生所起的作用日益彰顯。作為工業(yè)發(fā)展中不可或缺的部分，化工設(shè)備的安全運(yùn)行直接影響到化工裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定生產(chǎn)。而絕緣層下的金屬腐蝕又是發(fā)生在化工設(shè)備上的常見(jiàn)問(wèn)題，這主要是由于化工設(shè)備大多運(yùn)行在高溫環(huán)境下，并且與空氣、水分和絕熱材料中的污染物等接觸而發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致金屬器壁出現(xiàn)損耗或者是破壞的狀況?；ぴO(shè)備在被腐蝕之后會(huì)降低其力學(xué)性能和使用功能，從而影響裝置的安全生產(chǎn)，給企業(yè)帶來(lái)?yè)p失、對(duì)環(huán)境造成危害。所以，分析化工設(shè)備絕熱層下的腐蝕以及采取預(yù)防/減緩措施很有必要。

1 絕熱層下的腐蝕

絕熱層下腐蝕是指對(duì)于高溫保溫或低溫保冷的鋼結(jié)構(gòu)管道、儲(chǔ)罐或設(shè)備，由于其外表面被絕熱層所覆蓋，在正常運(yùn)行尤其是發(fā)生熱循環(huán)的條件下，由于絕熱層下的水分發(fā)生冷凝，從而造成局部的電解質(zhì)溶液聚集，進(jìn)而引起金屬腐蝕。

絕熱層下腐蝕的嚴(yán)重性在于無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。一般為了保護(hù)絕熱層和達(dá)到美觀(guān)效果，在做完絕熱層后往往在絕熱材料外面包覆一層鍍鋅鐵皮或鋁箔。因此，往往看到絕熱層下腐蝕的時(shí)候已經(jīng)太遲了，經(jīng)常導(dǎo)致各種失效事故的發(fā)生。尤其是當(dāng)運(yùn)行溫度低于120℃時(shí)，絕熱層下往往會(huì)存在一定量的冷凝水。另外，保溫層下設(shè)備在建造期和定期的檢修時(shí)間內(nèi)也會(huì)形成腐蝕發(fā)生的微環(huán)境。研究表明:發(fā)生絕熱層下腐蝕的概率在設(shè)備運(yùn)行5 a以后將大幅上升，而運(yùn)行10 a后的絕熱層中60%都含有腐蝕性冷凝水。

對(duì)于石化行業(yè)而言，絕熱層下的腐蝕還有其特殊性，就是由于石化行業(yè)涉及到很多不同工藝，因此在絕熱層下的金屬往往還要經(jīng)歷熱循環(huán)的過(guò)程。而對(duì)于傳統(tǒng)防腐涂料而言，由于熱膨脹系數(shù)與金屬的不同，經(jīng)歷熱循環(huán)往往會(huì)導(dǎo)致涂層內(nèi)應(yīng)力增加，最終造成涂層的早期失效，加快了絕熱層下金屬的腐蝕。

絕熱層下的金屬腐蝕過(guò)程一般也是通過(guò)兩種途徑進(jìn)行:化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。

化學(xué)腐蝕:金屬表面與周?chē)橘|(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕又分為在氣體中腐蝕和在不導(dǎo)電溶液中的腐蝕。氣體腐蝕是指干燥氣體同金屬相接觸，使金屬表面生成化合物，比如氧化物、氯化物、硫化物等。如果設(shè)備在高溫環(huán)境下長(zhǎng)期運(yùn)行，表面會(huì)氧化而生成氧化皮。金屬在不導(dǎo)電溶液中的腐蝕是指金屬在諸如石油、乙醇等有機(jī)液體中受到腐蝕(比如有硫化物作用的情形)。

電化學(xué)腐蝕:金屬材料(合金或不純的金屬)與電解質(zhì)溶液接觸，通過(guò)電極反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕。電化學(xué)腐蝕的表現(xiàn)形式很多，對(duì)于絕熱層下的設(shè)備腐蝕又可分為:空氣腐蝕和導(dǎo)電介質(zhì)中的腐蝕?？諝飧g是金屬在潮濕的空氣中的腐蝕;導(dǎo)電介質(zhì)中的腐蝕是金屬在受到雨水澆淋，或在各種酸、堿、鹽類(lèi)的水溶液中的腐蝕。

2 化工設(shè)備絕熱層下金屬腐蝕的主要因素

影響化工設(shè)備絕熱層下金屬腐蝕的因素有很多，分析研究表明影響化工設(shè)備絕熱層下金屬腐蝕的主要因素有以下幾點(diǎn):

(1)絕熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、絕熱層類(lèi)型、溫度、濕度、降水以及來(lái)自近海環(huán)境、含高濃度二氧化硫的工業(yè)環(huán)境和氯化物等是關(guān)鍵因素。(2)由于設(shè)計(jì)缺陷或安裝不到位而使水分不能阻擋在絕熱層以外，從而增加了絕熱層下的腐蝕。(3)當(dāng)金屬表面溫度介于100～121℃時(shí)，由于水分不易蒸發(fā)，并且使絕熱層保持較長(zhǎng)時(shí)間的濕潤(rùn)時(shí)，腐蝕會(huì)變得更加嚴(yán)重。在近海環(huán)境或者濕度較大的地域，出現(xiàn)絕熱層下腐蝕的溫度上限會(huì)明顯地?cái)U(kuò)大到121℃以上[1]。(4)絕熱材料本身就帶有水分。(5)循環(huán)熱運(yùn)行或者是間歇工作的化工設(shè)備會(huì)增加腐蝕的程度。(6)在水的露點(diǎn)以下運(yùn)行的設(shè)備容易導(dǎo)致水分在其表面冷凝，提供了一個(gè)潮濕的環(huán)境，從而會(huì)增大絕熱層下發(fā)生腐蝕的概率。(7)從絕熱層溶出的污染物(比如氯化物)會(huì)加劇金屬的腐蝕。(8)能隨著空氣傳播的污染物(氯化物或者二氧化硫等)會(huì)加速絕熱層下的腐蝕。

3 化工設(shè)備絕熱層下金屬的主要腐蝕

(1)材質(zhì)為碳鋼和低合金的設(shè)備會(huì)發(fā)生點(diǎn)蝕和厚度損失。(2)材質(zhì)為奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和雙相不銹鋼的設(shè)備會(huì)發(fā)生點(diǎn)蝕和局部腐蝕。如果設(shè)備所在的環(huán)境存在氯化物，則奧氏體不銹鋼也會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

4 化工設(shè)備絕熱層下金屬腐蝕的常見(jiàn)位置

(1)含有水分較多的位置，比如冷卻塔的下風(fēng)區(qū)域、氣孔、沖水系統(tǒng)附近，或者是帶水噴霧的輔助冷卻系統(tǒng)的周?chē)?2)絕熱層、防潮層、耐候性或者膠合輔料出現(xiàn)破損的位置，或絕熱層與設(shè)備上突出的部件(比如接管和人孔)相連接處安裝不牢固、拼縫不嚴(yán)密部位。(3)設(shè)備上焊接的梯子支架、起重用的吊耳、設(shè)備加強(qiáng)圈、保溫支撐圈、管支架等部位。(4)蒸汽伴熱受損或者出現(xiàn)了泄漏的位置。(5)頂部封頭和底部封頭。

5 化工設(shè)備絕熱層下金屬腐蝕的常見(jiàn)形態(tài)

(1)材質(zhì)為碳鋼和低合金的設(shè)備，把絕緣層去除后會(huì)看到金屬腐蝕常常表現(xiàn)為松散的片狀垢，是高度局部化的腐蝕。(2)通常在被破壞的防腐涂層下可以發(fā)現(xiàn)，在某些局部化損傷的位置，腐蝕往往表現(xiàn)為紅玉型的點(diǎn)蝕。(3)對(duì)于材質(zhì)為奧氏體不銹鋼的設(shè)備，如果使用的絕熱材料如巖棉、礦渣棉、硅酸鈣、泡沫塑料等含有超標(biāo)的氯化物，會(huì)發(fā)生局部的點(diǎn)蝕和氯化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂[2]。(4)絕熱層下的金屬腐蝕通常伴隨有絕熱層和防腐層損傷的跡象。

6 化工設(shè)備絕熱層下金屬腐蝕的預(yù)防和減緩措施

(1)如果所使用的金屬材料對(duì)腐蝕的耐受性較差，通過(guò)使用合適的防腐材料、絕熱材料和防潮材料能有效防止水分與金屬表面接觸，從而最大限度減緩金屬的腐蝕。

(2)設(shè)備附件的外形對(duì)于絕熱層下的腐蝕很重要。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)備表面的開(kāi)口越多則其絕熱層越容易受到水、空氣和污染物的侵入。因而設(shè)計(jì)設(shè)備附件時(shí)應(yīng)盡量避免出現(xiàn)水分滯留的外形結(jié)構(gòu)，或者穿透保溫層的結(jié)構(gòu)。對(duì)這些部位進(jìn)行絕熱層施工時(shí)，應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)化防水處理。

(3)金屬設(shè)備在防腐之前需要進(jìn)行表面清理，其清理質(zhì)量和防腐材料的質(zhì)量對(duì)減緩設(shè)備的腐蝕有著重要影響。無(wú)論設(shè)備結(jié)構(gòu)、絕熱層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有多合理，仍然有可能發(fā)生絕熱層下的腐蝕，因此，預(yù)防或延緩設(shè)備絕熱層下腐蝕的重要措施是在設(shè)備進(jìn)行絕熱層施工前先涂覆一層防腐蝕涂料。采用具有良好的力學(xué)性能、附著力、耐候性和耐蝕性的涂層可以為設(shè)備運(yùn)行提供長(zhǎng)期的保護(hù)。

對(duì)于碳鋼和不銹鋼，其使用涂料的要求應(yīng)不一樣。不銹鋼表面不得使用含溶解性氯化物的涂料，涂料中也不能含有銅、鉛、鋅及其化合物。碳鋼設(shè)備表面涂料一般要求表面處理要達(dá)到Sa 3.0級(jí)，最低也要達(dá)到Sa 2.5級(jí)。

(4)必須重視絕熱材料的選擇和使用。比如相對(duì)于巖棉來(lái)看，泡沫橡塑能更有效地阻止水分跟金屬表面接觸，從而降低或延緩腐蝕。

(5)對(duì)于材質(zhì)為奧氏體不銹鋼的設(shè)備，其使用的絕熱材料中含有的氯化物一定要符合規(guī)定，比如符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT17393—1998《覆蓋奧氏體不銹鋼用絕熱材料規(guī)范》的要求，以使發(fā)生點(diǎn)蝕和氯化物應(yīng)力開(kāi)裂腐蝕可能性減少到最小化。

(6)分析設(shè)備的工藝運(yùn)行條件，如果保溫起的作用不大，可以考慮去掉設(shè)備的絕熱層以降低腐蝕。

(7)為了使預(yù)防/減緩措施更具有科學(xué)性，應(yīng)系統(tǒng)化地開(kāi)展化工設(shè)備絕熱層下金屬腐蝕的檢測(cè)。從預(yù)測(cè)分析開(kāi)始，然后逐步深入。檢測(cè)計(jì)劃既要考慮涂層、絕熱材料的類(lèi)型和使用年限，還要考慮設(shè)備的運(yùn)行溫度和環(huán)境濕度。

(8)對(duì)外部絕熱的及間歇使用的設(shè)備或者在以下溫度范圍內(nèi)運(yùn)行的設(shè)備，應(yīng)考慮進(jìn)行絕熱層下的檢驗(yàn):

①運(yùn)行在－12～175℃內(nèi)，材質(zhì)為碳鋼和低合金的設(shè)備;

②運(yùn)行在60～205℃內(nèi)，材質(zhì)為奧氏體不銹鋼的設(shè)備。

對(duì)絕熱層下金屬腐蝕的常見(jiàn)區(qū)域，如絕熱層或加強(qiáng)圈;接管和人孔;懸梯掛鉤、管支架;損壞的或者堵縫失效的絕熱層;頂部和底部封頭;其它容易積水的位置等，也應(yīng)著重進(jìn)行絕熱層下的檢驗(yàn)。

(9)綜合使用包括目視檢測(cè)在內(nèi)的多種檢測(cè)技術(shù)來(lái)保證檢測(cè)的可靠性。如用于厚度檢測(cè)的超聲波技術(shù);用于鑒別隔濕防潮層檢測(cè)的中子背散射技術(shù);用于夾層下面的隔濕防潮層和被損壞絕熱層檢測(cè)的紅外熱像技術(shù)等。

7 結(jié)論

絕熱層下的金屬腐蝕會(huì)降低設(shè)備材料的強(qiáng)度、塑性、韌性等力學(xué)性能，縮短設(shè)備的使用壽命，甚至造成火災(zāi)、爆炸等災(zāi)難性事故。通過(guò)分析絕熱層下金屬腐蝕的因素，找出腐蝕發(fā)生的常見(jiàn)位置，科學(xué)合理地采取相應(yīng)的預(yù)防和減緩措施，能最大程度地保障化工設(shè)備的“安穩(wěn)長(zhǎng)滿(mǎn)優(yōu)”運(yùn)行。

[1]黃畯，黃家琥，郭長(zhǎng)榮，等.化工生產(chǎn)裝置的腐蝕與防護(hù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1995:65-66.

[2]GB/T17393—2008覆蓋奧氏體不銹鋼用絕熱材料規(guī)范[S].