石化鐵路專用線配件腐蝕與防護(hù)研究

梁國華

(廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 510075)

國內(nèi)鐵路系混凝土軌枕鋪設(shè)，扣件與軌枕、岔枕之間過去采用的是硫磺錨固式聯(lián)結(jié)，隨著列車提速與運(yùn)量的提高，這種聯(lián)結(jié)容易導(dǎo)致鐵軌釘孔開裂［1］。并且暴露于大氣中的鐵路配件如扣件、螺栓、魚尾板、墊板、岔心、拉桿等銹蝕嚴(yán)重。拆卸困難，導(dǎo)致緊固失效。

隨著鐵路列車運(yùn)行速度的提高，鐵路配件的防腐要求也在逐步提高。鐵路配件用量大，且工作環(huán)境惡劣，長期暴露于大氣中，常年日曬雨淋，風(fēng)侵雪蝕，加上列車動力作用及列車載運(yùn)貨物中酸、堿、鹽、水的浸蝕作用，易使鐵路配件發(fā)生化學(xué)、電化學(xué)腐蝕，輕則使配件銹死，影響軌距調(diào)整和軌道水平，高低的找正等養(yǎng)路作業(yè)，重則使螺栓根部腐蝕以至折斷［2］。因此對鐵路線路的維修、大修提出了更高的要求。鐵路線路特別是石化鐵路專用線由于生產(chǎn)運(yùn)營的需要難以做到每年大批量的防銹、施工，這就要求使用防腐性能更好、使用壽命更長的防銹潤滑油脂，具有良好的抗水性、抗氧化性、抗腐蝕性、潤滑性、黏附性和氣候適應(yīng)性，對防護(hù)對象的配套構(gòu)件不易產(chǎn)生溶脹作用，涂刷方便，易于維護(hù)保養(yǎng)，確保鐵路行車的安全。鐵路配件使用長效防腐油脂，逐步走向合理化，是鐵路配件防腐技術(shù)的進(jìn)步，也是國內(nèi)鐵路配件防腐逐漸與世界先進(jìn)技術(shù)接軌的要求。

1 石化鐵路專用線腐蝕防護(hù)現(xiàn)狀

某大型國企石化公司現(xiàn)有鐵路專用線82 km及3 個站場，其中長期受石油化工產(chǎn)品腐蝕的線路主要有煉油廠新、舊硫磺線，焦化南、北線，成品1-4 裝車線，滑油臺南、北線等約3 km 線路。該地區(qū)地處沿海，空氣高鹽分，溫濕多雨，暴露于大氣中的鐵路配件銹蝕嚴(yán)重。加上該公司產(chǎn)品如硫磺、焦油、油品等在裝卸、運(yùn)輸過程中不斷掉落在軌枕上，這些腐蝕性介質(zhì)加劇了鐵路配件的腐蝕，造成鐵路配件銹蝕嚴(yán)重，螺栓道釘斷開、扣件脫落等嚴(yán)重問題，從而導(dǎo)致這部分鐵路配件普遍存在使用壽命短、配件使用周期短。由于該公司鐵路線路受生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)挠绊?，無法長時間封鎖停運(yùn)，造成維修困難、維修成本高等問題。

由于該公司鐵路配件的日常維護(hù)、保養(yǎng)只是采用簡單的黃油涂抹防護(hù)，維護(hù)周期較長，在高溫或雨水沖刷時極易流失，無法隔絕水氣及大氣中的O2，SO2，H2S，Cl2、鹽霧和粉塵的穿透，造成防護(hù)能力喪失。短期使用后發(fā)現(xiàn)配件銹蝕嚴(yán)重、拆卸困難，導(dǎo)致緊固失效、松動，易造成車輛掉道、脫軌等嚴(yán)重事故，影響機(jī)車的行車安全。

基于現(xiàn)狀，鐵路線路配件腐蝕防護(hù)迫切需要防銹效果好、保養(yǎng)期長的長效防腐油脂，以達(dá)到延長鐵路線路維修周期、節(jié)約成本，避免配件在使用周期內(nèi)因腐蝕而失效，保證鐵路的運(yùn)輸生產(chǎn)安全。

2 研究內(nèi)容

課題組對石化鐵路專用線配件腐蝕與防護(hù)情況進(jìn)行了調(diào)研和對比分析，選取腐蝕最嚴(yán)重的焦化南線鐵路專用線進(jìn)行研究攻關(guān)。根據(jù)焦化南鐵路專用線的運(yùn)行工況，對影響鐵路配件腐蝕、防護(hù)的應(yīng)用及各種影響因素進(jìn)行了詳細(xì)地分析，隨后進(jìn)行了大量研究，研究的主要內(nèi)容:腐蝕介質(zhì)的測定、腐蝕機(jī)理的計(jì)算、防護(hù)脂的選用與對比、施工方式及要求等。

2.1 腐蝕介質(zhì)含量分析

由于煉油工藝安全環(huán)保的要求，部分產(chǎn)品如焦炭等在裝車時需注水冷卻，致使部分鐵路配件長期處于高溫、積水環(huán)境，鐵路配件腐蝕嚴(yán)重，對此部分線路的浸泡介質(zhì)先后三次進(jìn)行采樣，分析了腐蝕介質(zhì)組分及所處環(huán)境的酸堿度。腐蝕介質(zhì)組分見表1。

表1 冷卻水腐蝕介質(zhì)分析Table 1 Cooling water corrosion medium analysis mg/L

2.2 腐蝕的計(jì)算與分析

根據(jù)腐蝕介質(zhì)的含量，借助RBI(Risk Based Inspection，基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn))技術(shù)，選取工況最惡劣的腐蝕介質(zhì)(pH 值為6.00，Cl-質(zhì)量濃度為71.19 mg/L，硫化物質(zhì)量濃度為0.235 mg/L)，模擬對污水浸泡的鐵路配件進(jìn)行腐蝕機(jī)理的計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見圖1 和2。

從圖1 和2 得知:當(dāng)pH 值為6.0 時，鐵路配件的腐蝕機(jī)理有鹽酸腐蝕和外部腐蝕兩種，但鹽酸腐蝕占主導(dǎo)機(jī)理，腐蝕速率為0.508 mm/a，此時運(yùn)行損傷因子高達(dá)1 607.18，風(fēng)險(xiǎn)等級為5A，處于中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。這與實(shí)際是吻合的，在高腐蝕速率下，在一個運(yùn)行周期內(nèi)，鐵路配件失效的可能性很大，在沒有考慮是否會影響機(jī)車運(yùn)行安全的前提下，對環(huán)境、成本等的后果影響較低。

在3 次的現(xiàn)場介質(zhì)含量分析的試驗(yàn)中，有2次的pH 值不是處于5.6～6.0，因此，以pH 值為6.1～6.5 再次進(jìn)行評估，結(jié)果表明，主要腐蝕是鹽酸腐蝕，但腐蝕速率下降為0.381 mm/a(詳見圖3)。

圖1 腐蝕的計(jì)算(pH 值=6.0 時)Fig.1 Calculation of corrosion (pH=6.0)

圖2 風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算Fig.2 Calculation of risk

圖3 腐蝕模擬計(jì)算(6.1≤pH 值≤6.5 時)Fig.3 Corrosion simulation (6.1 ≤pH ≤6.5)

由此可知，污水的酸度對鹽酸腐蝕的影響極為敏感，因此日常需加強(qiáng)污水pH 值的監(jiān)控。

從圖1-3 的評估中可知，鐵路配件所處的環(huán)境無應(yīng)力腐蝕開裂，但這是在靜態(tài)無機(jī)車運(yùn)行沖擊下的評估。對承壓能力高、動態(tài)運(yùn)行的評估，RBI 軟件無法識別，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，在機(jī)車運(yùn)行沖擊力大，對于碳含量高的材料，容易造成應(yīng)力開裂。因此，鐵路配件采購的質(zhì)量與材料的選擇對防腐尤為重要，必須重點(diǎn)關(guān)注。

2.3 防護(hù)潤滑脂的試驗(yàn)分析對比

根據(jù)石化鐵路專用線配件所處的環(huán)境及鐵路的運(yùn)營情況，對各類防護(hù)防銹產(chǎn)品如防銹油、防銹漆、防銹脂等進(jìn)行綜合性能評價(jià)，認(rèn)為防護(hù)潤滑脂的應(yīng)用更為可靠與實(shí)用。防護(hù)潤滑脂可分為三類:烴基、皂基、復(fù)合基［3］。烴基以奎克的為代表，主要側(cè)重于一般環(huán)境的防護(hù)，優(yōu)點(diǎn)是添加劑是中性廣譜型，缺點(diǎn)是低溫使用困難，高溫防護(hù)能力差，價(jià)格昂貴;皂基通常為鋰鈣型居多，主要側(cè)重于改善了烴基的高低溫性能不足，缺點(diǎn)是鋰皂活性過大，防護(hù)時間有限;本課題所研究的改進(jìn)型復(fù)合基，是以脂肪酸鋰皂稠化精制礦物油，加入抗氧、防銹、防腐、成膜等添加劑，具有良好的抗水淋性、抗氧化性、抗腐蝕性、潤滑性、黏附性、高低溫性，與岔枕、軌枕螺紋尼龍?zhí)坠芟嗳菪院?，具有良好的附著性和防銹蝕性，并能和已銹蝕的金屬基面進(jìn)行緩慢的絡(luò)合反應(yīng)，達(dá)到穩(wěn)銹、防銹的效果，試驗(yàn)對比模擬效果顯著。

根據(jù)焦化南鐵路配件所處的工況及該地區(qū)高溫、濕熱及臨海的氣候條件，通過已確定的腐蝕介質(zhì)含量、腐蝕機(jī)理等技術(shù)指標(biāo)，選取復(fù)合基的改進(jìn)型防護(hù)潤滑脂。重點(diǎn)進(jìn)行潤滑脂浸泡、滴點(diǎn)測定、濕熱試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)、腐蝕試驗(yàn)、鋼網(wǎng)分油、蒸發(fā)損失和抗雨淋等試驗(yàn)對比分析，試驗(yàn)指標(biāo)全部超過《中華人民共和國鐵道部運(yùn)輸局(運(yùn)基線中［2003］124 號)》指標(biāo)的要求，露天模擬應(yīng)用效果較好。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 潤滑脂質(zhì)量指標(biāo)Table 2 Grease quality index

2.4 防護(hù)和施工要求

焦化裝置南、北鐵路專用線配件腐蝕相比其它線路嚴(yán)重的主要原因是受到污水的浸泡，而污水中Cl-含量較高及pH 值呈弱酸性而引起鹽酸腐蝕，導(dǎo)致腐蝕速率增大，一方面需加強(qiáng)污水pH值的監(jiān)控，另一方面可進(jìn)行排污系統(tǒng)的改造或焦碳裝車工藝的改造，避免污水的聚集。對于鐵路配件的維修與養(yǎng)護(hù)，遵循以下原則:

(1)鐵路配件拆除:卸下螺栓的螺帽、墊片、彈簧、道釘和扣件等配件。

(2)基面清潔:用鋼絲刷、砂皮和鋼鏟刀對鐵路配件等仔細(xì)除銹，將銹斑、污物和灰塵等務(wù)必清除干凈。

(3)道釘防護(hù):用硬質(zhì)毛刷醮上油脂均勻涂敷道釘，旋入塑料或橡膠套管內(nèi)。

(4)鐵路配件內(nèi)外部防護(hù):用硬質(zhì)毛刷醮上油脂把螺栓、彈簧、墊片及螺帽內(nèi)外部均勻涂敷一層(約3mm 厚)。

(5)鐵路配件回裝:按順序安裝鐵路配件，并擰緊螺栓。

(6)鐵路配件外部涂脂二層:用硬質(zhì)毛刷醮上油脂把螺栓、彈簧、墊片及螺帽外部全面涂刷一層;表干后(約24 h)再用毛刷醮上油脂將外露的螺栓、彈簧、墊片全面再涂刷一層油脂。

(7)裸露在大氣中的鐵路配件敷脂:一周后，將露出裸露在大氣中的鐵路配件再涂敷一次油脂或?qū)⑽绰冻雎輻U的螺帽內(nèi)敷滿油脂，須使螺帽和螺桿頂部被脂全部封住，從而達(dá)到保持長久潤滑和防銹效果。

鐵路線路配件在施工中還應(yīng)注意:一是養(yǎng)護(hù)維修時，配件表面銹、塵務(wù)必清除干凈，避免涂敷防銹脂后由于塵、銹的存在封存在配件表面，形成許多“微電池”，從而加劇配件表面的腐蝕;二是養(yǎng)護(hù)維修需在干燥條件下施工，且需保持24 h 干燥;三是防銹的涂敷厚度必須均勻;四是加強(qiáng)配件的日常維護(hù)與保養(yǎng)，定期涂敷。

3 結(jié)論

具有抗水淋性、抗蒸發(fā)性、耐高低溫性的防護(hù)潤滑脂，克服了一般油脂對軌道螺栓及配件防銹周期短、遭水淋流失、遇高溫軟化散失等致使養(yǎng)護(hù)維修重復(fù)用工等缺點(diǎn)，能有效延長設(shè)備使用壽命和養(yǎng)護(hù)維修周期，不僅使行車安全有了更好的保障，還能節(jié)約大量的設(shè)備維修用工，且施工方便，現(xiàn)場應(yīng)用效果較好。

［1］王洪剛.鐵道螺栓、道釘專用防腐脂的研制.潤滑油，2006(10):34-41.

［2］陳南桂，馬致遠(yuǎn).鐵路軌道螺栓長效防腐潤滑脂［J］.鐵道建筑，1998(10):31-33.

［3］張澄清，李慶德.潤滑脂生產(chǎn)［M］.北京:中國石化出版社，1987:199-200.