沿海煉化裝置檢修中鋼結(jié)構(gòu)外防腐層施工質(zhì)量控制

劉楊宇，郭曉軍，王磊，丁超，崔燦燦中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院，天津300451

沿海煉化裝置檢修中鋼結(jié)構(gòu)外防腐層施工質(zhì)量控制

劉楊宇，郭曉軍，王磊，丁超，崔燦燦中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院，天津300451

煉油廠裝置檢修期停工流程長(zhǎng)，涉及的工藝處理復(fù)雜，管理的專業(yè)化分工程度高，參與檢修的單位和人員眾多，且檢修作業(yè)時(shí)間、危險(xiǎn)作業(yè)頻次、工程項(xiàng)目數(shù)量高度集中。同時(shí)，沿海地區(qū)地理環(huán)境特殊，氣象條件復(fù)雜，影響外防腐層的施工質(zhì)量。針對(duì)沿海煉化裝置鋼結(jié)構(gòu)檢修中外防腐層施工，結(jié)合沿海地區(qū)大氣環(huán)境特殊性以及裝置檢修的實(shí)際情況，分別從鋼結(jié)構(gòu)外防腐層施工特點(diǎn)、涂層方案以及施工控制要點(diǎn)等方面對(duì)質(zhì)量控制進(jìn)行了分析，并提出相應(yīng)的措施建議。

煉化裝置；涂層；質(zhì)量控制

煉化裝置正常工作是確保煉油廠安全高效開展生產(chǎn)的根本前提。目前，我國(guó)千萬(wàn)噸級(jí)原油煉化企業(yè)大多布局在東部沿海地區(qū)。沿海地區(qū)煉化裝置長(zhǎng)期處于海洋大氣（C5-M）[1]與工業(yè)大氣（C5-I）疊加的高腐蝕環(huán)境中，紫外線強(qiáng)，鹽分高，濕度大，空氣中含有大量水、氧、酸性污染物，引發(fā)嚴(yán)重腐蝕，從而影響結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能。目前煉化裝置主要采用涂敷外防腐層的方法進(jìn)行防護(hù)，但是涂層在這種惡劣環(huán)境中容易遭到破壞，出現(xiàn)起皮、開裂、剝落的情況。一旦外防腐層遭到破壞，失去對(duì)裝置的保護(hù)作用，裝置便直接暴露在這種高腐蝕速率環(huán)境中。因此，外防腐層的施工質(zhì)量就顯得尤為重要，成為控制裝置腐蝕的重要因素。

對(duì)于新建的煉化裝置，由于前期質(zhì)量控制嚴(yán)格，一般都能達(dá)到涂層的預(yù)期使用壽命。但是裝置運(yùn)行幾年后，檢修過(guò)程中外防腐層施工質(zhì)量往往得不到保證，防腐層往往提前失效，導(dǎo)致裝置鋼結(jié)構(gòu)腐蝕嚴(yán)重[2]。這主要是由于煉化裝置檢修期停工流程長(zhǎng)，涉及的工藝復(fù)雜，管理的專業(yè)化分工程度高，參與檢修的單位和人員眾多，且檢修作業(yè)時(shí)間、危險(xiǎn)作業(yè)頻次、工程項(xiàng)目數(shù)量高度集中。同時(shí)，沿海地區(qū)地理環(huán)境特殊，氣象條件復(fù)雜，也影響到外防腐層的施工質(zhì)量。本文針對(duì)沿海煉化裝置檢修中鋼結(jié)構(gòu)外防腐層施工，結(jié)合裝置檢修的實(shí)際情況，分別從裝置檢修鋼結(jié)構(gòu)外防腐層施工特點(diǎn)以及施工控制要點(diǎn)等方面對(duì)施工質(zhì)量控制進(jìn)行了分析，并提出相應(yīng)的措施建議。

1　裝置檢修外防腐層施工特點(diǎn)

1.1施工工期短

煉化裝置停工大檢修的顯著特點(diǎn)是，同時(shí)停工的生產(chǎn)裝置套數(shù)多，檢修工作量大，工期非常短，一般不超過(guò)2個(gè)月，留給涂層施工的工期就更短，而涂層的施工質(zhì)量必須要以一定的干燥時(shí)間作為保障，因此工作量與工期矛盾突出，給外防腐層的質(zhì)量控制帶來(lái)很大的困難。

1.2交叉作業(yè)多

由于檢修時(shí)間的制約，裝置檢修的交接界面往往不能整體進(jìn)行。由于煉化裝置檢修涉及到清掃、防腐、焊接、試壓、吊裝等多種作業(yè)，交叉作業(yè)多，人員流動(dòng)大。由于涂層施工后，干燥固化需要一定的時(shí)間，在未完全固化前其他工種的作業(yè)容易對(duì)涂層造成一定的機(jī)械損傷，給外防腐層的施工和養(yǎng)護(hù)帶來(lái)很大的困難。

1.3作業(yè)難度大

煉化裝置由大量管廊橋架、承重梁、塔器、容器等組成，裝置鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，異構(gòu)件多，作業(yè)空間狹小，多數(shù)處于高空作業(yè)，需要搭設(shè)腳手架，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大。多數(shù)裝置外防腐層施工處于露天作業(yè)，受雨、雪、風(fēng)、濕度、溫度等環(huán)境因素的影響較大，再加上沿海地區(qū)空氣濕度大、鹽分高、氣象條件變化快，表面處理后必須馬上進(jìn)行施工。表面處理以手工打磨為主，涂敷方式以輥涂、刷涂為主，作業(yè)效率低。

2　外防腐層方案

2.1涂層結(jié)構(gòu)

涂層都具有透水性，不同的涂料品種，透水速度不同[3]。單層涂敷很難得到完整均勻無(wú)孔的涂層，采用多道涂層可以將前一道涂層留下的針孔、漏涂及其他弊病予以彌補(bǔ)。同時(shí)，不同類型的涂料可以進(jìn)行互補(bǔ)，延長(zhǎng)水分子的滲透路徑，阻止水分子等腐蝕介質(zhì)向金屬基材的滲透。因此，涂層結(jié)構(gòu)的選擇盡量遵循“多道薄涂”的原則，一般主張“多層異類”的結(jié)構(gòu)。裝置的外防腐層多采用環(huán)氧底漆/環(huán)氧云鐵中間漆/聚氨酯面漆的結(jié)構(gòu)，底漆和面漆采用多道薄涂，中間漆使用厚涂層，厚度一般在300μ m以上。環(huán)氧底漆提供良好的附著力，中間漆提供良好的屏蔽作用，面漆抗紫外光性能優(yōu)良。

外防腐層結(jié)構(gòu)還應(yīng)考慮到涂料間的配套性，應(yīng)將其作為一個(gè)體系來(lái)考慮。配套性應(yīng)從外部因素和涂料自身因素兩個(gè)方面去考慮。外部因素主要有表面處理質(zhì)量、基材特性、施工環(huán)境、施工條件、施工方式等方面，涂料自身因素主要有涂料固化方式、固化溫度、與其他類型涂料的相容性等方面。由于防腐涂料廠家和施工隊(duì)伍往往是分開的，防腐涂層體系的配套性往往被忽視，結(jié)果出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

具體到煉化裝置上，對(duì)于部分未受損壞且附著力較好的外防腐層，一般很難將其清除干凈，處理費(fèi)用也非常高，這部分外防腐層可以作為底漆繼續(xù)使用，但應(yīng)該考慮新舊涂料品種的配套性。如果在原有的舊涂層上重涂時(shí)不配套，會(huì)出現(xiàn)咬底、起泡的情況。在涂覆前，應(yīng)在涂層表面進(jìn)行相溶性和附著力試驗(yàn)，確定新的涂料與原有涂層配套后，再進(jìn)行涂覆施工。

2.2涂料性能

在不同的環(huán)境介質(zhì)、底材種類及施工條件下，應(yīng)有針對(duì)性地選擇涂料。由于煉化裝置由多個(gè)不同功能的煉油設(shè)備組成，涉及到的外防腐層涂料品種較多，不同的設(shè)備部位對(duì)涂料的性能要求也不一樣。

由于煉化裝置一直處在運(yùn)行狀態(tài)，外防腐層會(huì)有部分破損，鋼結(jié)構(gòu)表面有大量銹蝕、灰塵、油污和雜質(zhì)。在表面處理時(shí)，很難將這些雜物徹底清除干凈，且表面處理的費(fèi)用非常高，耗時(shí)長(zhǎng)。傳統(tǒng)的防腐底漆，如環(huán)氧富鋅涂料等，對(duì)底材表面處理要求較高，如果直接在底材表面進(jìn)行涂裝，難以保證附著力達(dá)到要求?？梢钥紤]采用帶銹防銹涂料，在無(wú)疏松銹層、無(wú)油、無(wú)雜質(zhì)的帶銹鋼材表面使用，與部分難以打磨掉的銹層結(jié)合在一起，保證了涂層的附著力，降低表面處理費(fèi)用?？紤]到沿海地區(qū)的大氣濕度高、露點(diǎn)溫度高的情況，環(huán)氧類底漆和中間漆應(yīng)盡量避免選擇低分子量脂肪族胺和脂環(huán)胺類固化劑，這類固化劑在潮濕環(huán)境中容易與水及CO2發(fā)生反應(yīng)，出現(xiàn)發(fā)白和起霜。

暴露在大氣中的涂層（特別是有機(jī)涂層）使用一段時(shí)間后就會(huì)出現(xiàn)失光、褪色、泛黃、剝落、開裂甚至脫落等現(xiàn)象[4]。環(huán)氧類涂層分子結(jié)構(gòu)中的醚鍵和羥基在紫外光作用下容易斷裂降解，在環(huán)氧涂層的上面必須涂覆面漆，成為整個(gè)外防腐涂層體系的第一道屏障。面漆應(yīng)選擇具有優(yōu)良的耐光老化、耐鹽霧性能，能夠長(zhǎng)期經(jīng)受紫外光和鹽霧環(huán)境。目前，性能優(yōu)良的丙烯酸聚氨酯防腐蝕涂料，其耐紫外光老化試驗(yàn)可達(dá)到4 000 h，耐鹽霧達(dá)到2 500 h。

對(duì)于煙囪、爐塔表面溫度較高的部位，外防腐層需要選用耐高溫的防腐蝕涂料，裝置的煙囪和爐塔的最高溫度可達(dá)400℃。

除了涂料的防腐性能，還應(yīng)考慮涂料的施工性能和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。如裝置鋼結(jié)構(gòu)涂敷施工時(shí)，多采用人工輥涂、刷涂的方式，涂覆效率低。應(yīng)盡量選擇固化快、適用期長(zhǎng)、涂裝間隔時(shí)間短的涂料。

3　外防腐層施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.1施工環(huán)境

由于裝置檢修多在露天進(jìn)行，外防腐層施工質(zhì)量受環(huán)境因素的影響非常大。環(huán)氧-胺雙組份體系涂料固化時(shí)，受溫度、濕度的影響非常大。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度超過(guò)40℃時(shí)，涂料和固化劑反應(yīng)加速，適用期減短，甚至出現(xiàn)暴聚的情況；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度低于10℃時(shí)，樹脂和固化劑的反應(yīng)活性降低，涂料的干燥固化緩慢，低于5℃時(shí)，固化反應(yīng)幾乎不再進(jìn)行；23℃時(shí)，完全固化一般需要7 d。部分環(huán)氧-胺雙組份體系涂料在沿海高濕度空氣環(huán)境中固化時(shí)，會(huì)出現(xiàn)發(fā)白和起霜的情況。丙烯酸聚氨酯類涂料的固化劑——異氰酸酯可以與空氣中的水進(jìn)行反應(yīng)，使涂層表面出現(xiàn)氣泡，影響施工質(zhì)量。

外防腐層的施工宜在氣象條件良好，環(huán)境溫度為10～30℃，基材表面溫度高于露點(diǎn)溫度3℃以上，相對(duì)濕度小于80%的環(huán)境下進(jìn)行，應(yīng)做好溫度、濕度的監(jiān)測(cè)，尤其是露點(diǎn)溫度的監(jiān)測(cè)。

3.2表面處理質(zhì)量

表面處理包括表面除銹等級(jí)、潔凈度、錨紋深度等，如果表面處理不當(dāng)，會(huì)直接影響涂層的附著力、使用壽命和外觀等。有關(guān)資料表明，防腐涂層達(dá)不到設(shè)計(jì)防腐年限的主要因素大都是表面處理不符合要求。由于裝置鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，異構(gòu)件多，作業(yè)空間狹小，使表面處理難度增大。對(duì)裝置不同區(qū)域的表面處理主要是做好處理方案，保證處理質(zhì)量。

煉化裝置一直處于運(yùn)行狀態(tài)，部分外防腐層出現(xiàn)老化、剝落、失效的情況時(shí)導(dǎo)致涂層下有腐蝕發(fā)生，形成鐵銹、氧化皮等。在進(jìn)行表面處理時(shí)必須先將表面的浮銹、氧化皮以及破損的涂層清理干凈。對(duì)于在維護(hù)周期內(nèi)，還具有一定保護(hù)功能的涂層（基材沒(méi)有受到腐蝕，是完好的），只要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單維護(hù)便可安全地繼續(xù)使用[5]。在舊涂層上重涂時(shí)，需要對(duì)涂層進(jìn)行打磨搭接處理，保證涂層的層間附著力。

對(duì)于處理面積較大的設(shè)備，如爐體、氣柜等可采用自動(dòng)噴砂處理，達(dá)到Sa2級(jí)以上。對(duì)于難以采用自動(dòng)噴砂除銹的地方，如鋼結(jié)構(gòu)、管廊橋架等部位可以采用手動(dòng)除銹，達(dá)到St3級(jí)，并打出錨紋深度。在涂覆施工前，將表面吹掃干凈，并進(jìn)行清潔度的檢查。

與其他現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不同，沿海地區(qū)濕度大、鹽份高，容易對(duì)處理后的底材表面形成二次污染，可溶性鹽、氯離子的存在對(duì)涂層的施工質(zhì)量有極大的影響。表面處理后，按照NACE 0108標(biāo)準(zhǔn)對(duì)表面鹽分進(jìn)行檢測(cè)，允許的最大可溶性氯離子含量見(jiàn)表1[6]。在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求后，進(jìn)行底漆施工。

表1　NACE0108標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的表面可溶性氯離子含量

3.3涂裝間隔時(shí)間

由于沿海地區(qū)空氣濕度大、鹽分高，經(jīng)過(guò)處理的鋼材表面很快出現(xiàn)返銹，應(yīng)在4 h內(nèi)涂敷底漆。一般涂裝多采用“濕碰濕”的工藝，主要是控制涂裝間隔時(shí)間，即在底層漆膜表干后未完全固化前，涂覆下一道漆膜[7]。如果兩道漆間隔時(shí)間太長(zhǎng)，前一道漆完全固化，容易出現(xiàn)“兩層皮”的情況，層間附著力差；間隔時(shí)間太短，底層漆溶劑不能完全揮發(fā)，殘留在涂層中，影響涂層的機(jī)械強(qiáng)度。施工后，陽(yáng)光不能直射的部位，由于溫度比較低，涂層固化反應(yīng)比較慢，應(yīng)當(dāng)注意查看涂層的固化情況。裝置表面的溫度在夜間可能降低到露點(diǎn)以下，空氣中的水會(huì)冷凝在涂層表面，影響下一道涂層的施工作業(yè)。施工前，應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度濕度安排好涂裝間隔時(shí)間，采取一定的防護(hù)措施，盡量避免出現(xiàn)結(jié)露情況。

由于裝置檢修時(shí)交叉作業(yè)多，工期緊，作業(yè)難度大，經(jīng)常出現(xiàn)涂裝間隔時(shí)間難以保證的情況。一是某一工序作業(yè)時(shí)間周期較長(zhǎng)，影響下一道漆膜的施工；二是為了保證檢修進(jìn)度，人為壓縮涂裝間隔時(shí)間的情況。需要合理安排作業(yè)工序，做好前后作業(yè)任務(wù)的安排，嚴(yán)格控制涂裝間隔時(shí)間。

3.4涂料配置

檢修時(shí)外防腐層多采用雙組份涂料，涂料與固化劑的準(zhǔn)確配比非常重要。配置時(shí)，固化劑加入量太少，會(huì)造成涂層固化不充分，理化性能差，投產(chǎn)后涂層容易出現(xiàn)提前失效。環(huán)氧類涂料固化劑加入量過(guò)多，會(huì)造成涂層發(fā)硬發(fā)脆，易出現(xiàn)開裂。固化反應(yīng)速度受環(huán)境溫度影響較大，溫度較高時(shí)，樹脂和固化劑的反應(yīng)活性增大，固化劑的用量可以適度減少；溫度較低時(shí)，樹脂和固化劑的反應(yīng)活性降低，固化劑的用量可以適度增加。固化劑加入后應(yīng)攪拌均勻，否則會(huì)導(dǎo)致涂料與固化劑局部反應(yīng)過(guò)快，影響涂層固化后的性能。

煉化裝置檢修施工時(shí)使用的外防腐涂料品種較多，每種涂料的混合比例不一樣，配置時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)由于固化劑加量不準(zhǔn)，導(dǎo)致涂層出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的情況，應(yīng)嚴(yán)格按照說(shuō)明書要求進(jìn)行混合。

稀釋劑通常是用來(lái)調(diào)整涂料黏度，保證施工性能的，需遵循產(chǎn)品說(shuō)明書正確使用稀釋劑。低溫施工時(shí)，可提前24 h將涂料放在20～30℃的環(huán)境中加熱，以避免不必要的稀釋。

3.5加強(qiáng)人員管理

人員作為施工質(zhì)量的主體，也是質(zhì)量控制的要點(diǎn)。施工人員的操作水平高低直接決定涂層施工質(zhì)量的好壞。目前防腐施工隊(duì)伍水平參差不齊，施工人員整體素質(zhì)較低，缺少必要的專業(yè)培訓(xùn)。在裝置檢修涂層施工時(shí)，應(yīng)做好施工組織設(shè)計(jì)，加強(qiáng)對(duì)管理和操作人員的專業(yè)培訓(xùn)和技術(shù)方案交底。

4　外防腐層的檢驗(yàn)、修復(fù)和養(yǎng)護(hù)

4.1外防腐層的檢驗(yàn)

外防腐層的檢驗(yàn)一般包括過(guò)程檢驗(yàn)和最終檢驗(yàn)。過(guò)程檢驗(yàn)主要對(duì)涂料的外觀和濕膜厚度進(jìn)行檢測(cè)，每道涂層完工后，涂層外觀應(yīng)平整光滑，無(wú)漏涂、流掛、氣泡等缺陷。外防腐層的最終檢驗(yàn)包括外觀、干膜厚度、漏點(diǎn)和附著力的檢驗(yàn)。全部外防腐層施工完成后，應(yīng)沒(méi)有流掛、流垂、針孔、魚眼、氣泡、桔皮、裹灰之類的表面缺陷及其他異常現(xiàn)象，并應(yīng)具有良好的視覺(jué)外觀，面漆應(yīng)完全遮蓋住下層的顏色[8]。干膜厚度采用磁性測(cè)厚儀測(cè)量?，F(xiàn)場(chǎng)附著力的檢測(cè)主要采用劃叉法和拉拔法，對(duì)涂層具有破壞性，應(yīng)在裝置附件等非關(guān)鍵部位進(jìn)行。附著力不合格的涂層應(yīng)進(jìn)行整體補(bǔ)涂。

4.2外防腐層的修復(fù)

漏點(diǎn)檢測(cè)不合格部位和檢驗(yàn)損傷部位的涂層應(yīng)進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)時(shí)應(yīng)將漏點(diǎn)或損壞的涂層清理干凈，修復(fù)層和原防腐層有一定的搭接過(guò)渡，寬度一般不小于50 mm；厚度不足部位應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)涂，補(bǔ)涂時(shí)將原有涂層打毛，使表面粗糙。修復(fù)和補(bǔ)涂后的涂層部位應(yīng)重新進(jìn)行外觀、厚度、漏點(diǎn)和附著力的檢測(cè)。

4.3外防腐層的養(yǎng)護(hù)

由于外防腐層施工后，固化過(guò)程需要一定的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，涂層的機(jī)械強(qiáng)度低，很容易受到交叉污染、劃傷和破壞。施工過(guò)程中應(yīng)合理安排作業(yè)工序，在涂層的施工過(guò)程中采取防護(hù)措施進(jìn)行保護(hù)，施工完畢后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

5　結(jié)束語(yǔ)

沿海地區(qū)煉化裝置外防腐層施工因其地理位置特殊以及檢修工作復(fù)雜，施工質(zhì)量控制應(yīng)結(jié)合施工特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，進(jìn)行整體控制，從而保證外防腐層施工質(zhì)量。

[1]ISO 12944-2-1998，Paints and varnishes——Corrosio n protection of steel structures by protective paint systems[S].

[2]肖棟梁.大型煉化裝置檢修的管理[J].石油化工安全環(huán)保技術(shù)，2014，30（1）：1-3.

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Construction Quality Control of Anticorrosive Coating of Steel Structure in Coastal Refining Equipment Overhaul

LIU Yangyu，GUO Xiaojun，WANG Lei，DING Chao，CUICancan
CNPC Research Institute of Engineering Technology，Tianjin 300451，China

Oilrefining equipment overhaul relates to long shutdown period，complex treatment process，high management level of specialized division of labor，participation of a number of maintenance units and personnel.Morever，the maintenance operation time，dangerous operation frequency and project number are highly concentrated.At the same time，the particular geographical environment in coastal area and the complex weather condition will affect the construction quality of the outer anticorrosive coating of steel structure.According to the special weather condition in coast area and the practical situation of refining equipment overhaul，this article analyzes the quality control factors such as coating construction characteristics，coating scheme and construction control points for the steel structures.Corresponding countermeasures are suggested.

refining equipment；coating；quality control

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.05.018

劉楊宇（1986-），男，湖北鐘祥人，工程師，2009年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）材料物理與化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)從事防腐保溫技術(shù)研究。Email：liuyy004@cnpc.com.cn

2016-02-22；

2016-04-11