芳烴裝置戶外鋼結(jié)構(gòu)腐蝕與防護(hù)對(duì)策

曹文衛(wèi)

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司，上海200540)

中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司(簡(jiǎn)稱上海石化)作為特大型煉油、化工、化纖、塑料聯(lián)合企業(yè)，擁有大量鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)裝置和基礎(chǔ)設(shè)施，這些裝置和設(shè)施處于海洋性大氣和工業(yè)大氣污染的環(huán)境下，腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重。尤其是近年逐步增加的進(jìn)口含硫原油，使生產(chǎn)設(shè)備以及戶外鋼結(jié)構(gòu)、管線支架、儲(chǔ)罐等的腐蝕環(huán)境和條件進(jìn)一步惡化。4號(hào)芳烴裝置的戶外鋼結(jié)構(gòu)、管線管架、平臺(tái)、梯子和扶欄等刷涂的防腐蝕涂層，往往使用1～2 a就過(guò)早失效，鋼結(jié)構(gòu)黃銹斑斑，甚至穿孔和破裂，嚴(yán)重威脅了安全生產(chǎn)，也影響人身安全。

1 4號(hào)芳烴戶外鋼結(jié)構(gòu)腐蝕現(xiàn)狀

廠區(qū)內(nèi)平臺(tái)、扶梯、無(wú)保溫層管道和鋼結(jié)構(gòu)等量大面廣，由于受海洋工業(yè)大氣侵蝕，且原有防腐蝕涂層多用醇酸漆、氯磺化乙烯漆和氯化橡膠漆，涂層脫落、起泡、銹蝕，總體陳舊，局部鋼基體腐蝕穿孔。典型腐蝕照片見(jiàn)圖1～2。

圖1 扶梯涂層脫落和銹蝕Fig.1 Escalator peeling coating，corrosion

圖2 鋼平臺(tái)起皮脫落銹蝕Fig.2 Steel platform peeling off the rust

2 戶外鋼結(jié)構(gòu)腐蝕原因分析

2.1 腐蝕產(chǎn)物形貌及樣品成分分析

戶外鋼結(jié)構(gòu)的涂料防腐蝕層，由于長(zhǎng)期承受化工酸氣、鹽霧、溶劑以及紫外光的照射作用，大多發(fā)生了老化和降解，其失效形態(tài)主要有涂層的粉化、脫落、開(kāi)裂、失光、褪色、龜裂和溶脹等。對(duì)所采集的戶外鋼結(jié)構(gòu)的失效涂層樣品，分別采用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)和能譜分析(EDS)進(jìn)行了形態(tài)觀察和定點(diǎn)成分分析。結(jié)果表明，失效涂層的腐蝕產(chǎn)物組成主要是氧化鐵、硅化物、少量氯化物、硫化物以及粉化的有機(jī)物。圖3～圖5分別為戶外鋼結(jié)構(gòu)涂層失效形貌、失效涂層腐蝕產(chǎn)物的顯微形貌及失效涂層底部顯微形貌003處元素成分能譜圖。

圖3 4號(hào)芳烴歧化涂層脫落后腐蝕形貌50×Fig.3 4#aromatics disproportionation peeling coating corrosion morphology after 50×

圖4 失效涂層底部顯微形貌Fig.4 Microstructure morphology of at the bottom of failure coating

圖5 元素成分能譜圖Fig.5 Energy spectrum analysis of elemental compenents

2.2 戶外鋼結(jié)構(gòu)腐蝕及涂層失效分析

2.2.1 大氣腐蝕環(huán)境影響的主要因素

(1)水分的影響。在大氣環(huán)境下水分是對(duì)鋼材起腐蝕作用的主要因素。水是一種電解質(zhì)，可以離解成H+和OH－，還能溶解大量離子，因而會(huì)引起金屬的腐蝕;

(2)SO2及H2S的影響。工業(yè)廢氣中含有大量的SO2和H2S也是大氣腐蝕最重要的因素。鋼材的腐蝕速率隨大氣中的SO2與H2S的含量增加而增加［1］。

(3)海鹽粒子的影響。海鹽粒子多為鈉、鉀、鈣和鎂等一些氯化物，被海風(fēng)攜帶吹送并沉降在鋼結(jié)構(gòu)表面上，形成HCl強(qiáng)腐蝕介質(zhì)。上海石化實(shí)屬海洋工業(yè)大氣，既含有工業(yè)廢氣的有害雜質(zhì)，又含有海洋環(huán)境的海鹽粒子。工業(yè)廢氣中的SO2和海洋大氣中的Cl－的聯(lián)合作用對(duì)金屬的腐蝕較之單一的SO2或Cl－作用都嚴(yán)重得多。

(4)其它雜質(zhì)的影響。在石化生產(chǎn)的大氣環(huán)境中，還含有一定的 NH3，HCN，CO2，Cl2及固體塵粒等，這些雜質(zhì)生成硝酸、亞硝酸、鹽酸、碳酸、氫氰酸等與硫化物生成的硫酸、亞硫酸一起會(huì)在金屬表面濕膜中降低pH值，而加速腐蝕。

2.2.2 涂層過(guò)早失效主要因素

(1)太陽(yáng)的紫外線對(duì)有機(jī)涂層引起粉化、失光和變脆等老化現(xiàn)象;

(2)設(shè)計(jì)選材因素。對(duì)戶外鋼結(jié)構(gòu)的涂料防腐蝕一直不太重視，涂料的選用沒(méi)有考慮環(huán)境介質(zhì)、工藝條件等因素，一律采用防銹底漆加醇酸漆、面漆或氯化橡膠面漆;

(3)表面處理因素。鋼結(jié)構(gòu)外防腐蝕涂裝質(zhì)量除設(shè)計(jì)選材外，涂裝工藝較為關(guān)鍵，而涂裝前表面處理則是關(guān)鍵的關(guān)鍵。鋼表面如有氧化皮、銹蝕產(chǎn)物、油污、舊涂膜和塵土等雜質(zhì)，使涂膜與金屬不能直接接觸，因此涂膜的附著力大大降低，從而影響涂膜的保護(hù)作用;

(4)防腐蝕管理及施工質(zhì)量控制因素。設(shè)備管理上對(duì)戶外鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕與防護(hù)重視不夠。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)外防腐蝕認(rèn)識(shí)不足，重視不夠，疏于管理鋼結(jié)構(gòu)外防腐蝕施工質(zhì)量。

3 戶外鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕對(duì)策

金屬腐蝕防護(hù)從原理來(lái)講就是想方設(shè)法阻止腐蝕電池工作，或降低腐蝕電流。然而金屬的腐蝕防護(hù)是一門綜合技術(shù)，對(duì)于金屬防腐蝕一般的方法是:正確選擇耐腐蝕材料和合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);表面防腐蝕涂層保護(hù);電化學(xué)保護(hù);加注緩蝕劑。目前戶外鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕方法中有機(jī)涂層涂裝是最常用的方法。選擇有機(jī)涂層方案時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)防腐蝕涂層保護(hù)體系的配套性，各層涂料間的匹配性和相容性;(2)底層涂料直接與金屬接觸，應(yīng)具有很強(qiáng)的附著力和良好的防銹性能;(3)面層直接與環(huán)境接觸，有良好的耐環(huán)境腐蝕性能、抗紫外線和良好的耐候性。

參照美國(guó)SSPC制定出的不同腐蝕環(huán)境中推薦使用的多種防腐蝕涂料涂裝方案，針對(duì)上海石化具體的腐蝕環(huán)境，特結(jié)合國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的國(guó)情和涂料產(chǎn)品市場(chǎng)的實(shí)際情況，相應(yīng)地制定出3套防腐蝕涂料的設(shè)計(jì)方案。

①底表面處理方案。底層環(huán)氧磷酸鋅防銹漆75～100 μm(干膜厚度);中間層環(huán)氧云鐵涂料100 μm(干膜厚度);面層丙烯酸聚氨酯涂料100 μm(干膜厚度);

②環(huán)氧富鋅底涂方案。底層環(huán)氧富鋅涂料50～75 μm(干膜厚度);中間層環(huán)氧云鐵涂料100～150 μm(干膜厚度);面層丙烯酸聚氨酯涂料50 ～100 μm(干膜厚度);

③氟碳涂料面漆方案。底層環(huán)氧富鋅涂料50～75 μm(干膜厚度);中間層環(huán)氧云鐵涂料100～150 μm(干膜厚度);面層氟碳涂料50～100 μm(干膜厚度)。

4 防腐蝕方案及腐蝕模擬試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)擬定的3套防腐蝕方案，開(kāi)展防腐性能長(zhǎng)效性的試驗(yàn)，在模擬腐蝕環(huán)境中進(jìn)行加速腐蝕試驗(yàn)——鹽霧腐蝕試驗(yàn)、SO2腐蝕試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1～2。

表1 鹽霧腐蝕試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Results of salt spray corrosion test

表2 SO2腐蝕試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Result of SO2corrosion test

涂料配套腐蝕試驗(yàn)樣品經(jīng)鹽霧腐蝕試驗(yàn)和SO2腐蝕試驗(yàn)后結(jié)果表明，只要防腐蝕涂層的表面處理質(zhì)量達(dá)到要求，厚度達(dá)到250 μm以上，并分3層進(jìn)行刷涂，同時(shí)嚴(yán)格控制每層刷涂的時(shí)間，均能達(dá)到良好的防腐蝕效果;單層的富鋅底層涂料防腐蝕性能很差，必須與中間和面層涂料配套使用。在試驗(yàn)中，專門設(shè)計(jì)了不同防腐蝕涂層的厚度及其顏色，進(jìn)行了不同涂層厚度防腐蝕性能的比較，發(fā)現(xiàn)若僅刷涂?jī)蓪邮请y以阻擋腐蝕介質(zhì)向金屬基體的滲透，達(dá)不到預(yù)期的阻隔效果，這進(jìn)一步表明涂層厚度及涂覆均勻在施工工藝中的重要性。戶外鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕涂層的過(guò)早失效絕大多數(shù)與此有關(guān)。

5 防腐蝕方案的應(yīng)用與效果

根據(jù)分析與模擬試驗(yàn)的結(jié)果，選定了兩種方案，對(duì)于表面處理不宜采用機(jī)械噴砂而只能采用手工除銹的，選用:環(huán)氧磷酸鋅防銹漆100 μm加環(huán)氧云鐵防銹漆100 μm加丙烯酸聚氨酯防腐蝕漆100 μm方案;對(duì)于表面處理采用機(jī)械噴砂處理的，選用:環(huán)氧富鋅底漆100 μm加環(huán)氧云鐵涂料100 μm加丙烯酸聚氨酯涂料100 μm方案。

2009年選用環(huán)氧磷酸鋅防銹漆100 μm加環(huán)氧云鐵防銹漆100 μm加丙烯酸聚氨酯防腐漆100 μm方案，根據(jù)國(guó)家規(guī)范的施工工藝對(duì)戶外鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行涂裝施工，加強(qiáng)中間隱蔽工程的監(jiān)控，按規(guī)范要求進(jìn)行竣工驗(yàn)收，至今已使用近4 a，涂層仍基本完好，大大提高了鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕層的壽命，減少了因每年進(jìn)行涂裝的人力物力等的經(jīng)濟(jì)損失。

［1］ 林玉珍，楊德鈞.腐蝕和腐蝕控制原理［M］.北京:中國(guó)石化出版社，2007:201-203.