重防腐涂層在腈綸廠紡絲車間的應(yīng)用

陳雙锏 吳希革

(大慶魯朗潤(rùn)科技有限公司，黑龍江 大慶 163316)

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重防腐涂層在腈綸廠紡絲車間的應(yīng)用

陳雙锏 吳希革

(大慶魯朗潤(rùn)科技有限公司，黑龍江 大慶 163316)

硫氰酸鈉(NaSCN)作為腈綸紡絲工藝溶劑對(duì)設(shè)備和廠房造成嚴(yán)重腐蝕。依據(jù)硫氰酸鈉腐蝕特點(diǎn)，以改性環(huán)氧樹脂和特種固化劑為主要材料等制備高抗?jié)B透耐溫聚合物涂層，進(jìn)行物理性能的測(cè)試及現(xiàn)場(chǎng)掛片試驗(yàn)，證明該涂層對(duì)腈綸廠紡絲車間設(shè)備及廠房?jī)?nèi)部具有良好的保護(hù)作用。該涂層鹽霧試驗(yàn)3 000 h后涂層無(wú)變化，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%HCl或質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5%NaCl溶液中常溫浸泡90 d后涂層性能合格；在原油中80 ℃浸泡90 d后涂層性能合格；耐高溫高壓試驗(yàn)后，涂層無(wú)氣泡，附著力為A級(jí)。在腈綸廠掛片1 a后，涂層沒有破壞現(xiàn)象，與金屬附著力仍保持良好。

高抗?jié)B透 耐溫 聚合物涂層 硫氰酸鈉

腈綸在民用工業(yè)中具有非常廣泛的應(yīng)用，有硫氰酸鈉(NaSCN)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲基亞砜(DMSO)和硝酸(HNO3)等5 種溶劑共 8 條腈綸生產(chǎn)工藝路線，形成了多種工藝路線并存的腈綸工業(yè)體系[1- 2]。其中，NaSCN濕紡二步法將是未來(lái)腈綸發(fā)展的主流工藝路線。但是，NaSCN對(duì)碳鋼、鋁和一般的不銹鋼等金屬或合金都有很強(qiáng)的腐蝕作用，有些生產(chǎn)設(shè)備會(huì)和溶劑發(fā)生直接接觸，造成金屬的嚴(yán)重腐蝕[3]。預(yù)防NaSCN的腐蝕，目前國(guó)際和國(guó)內(nèi)普遍采用超低碳奧氏體不銹鋼(316L)制造設(shè)備抵抗硫氰酸鈉的腐蝕[4]，316L不銹鋼具有許多優(yōu)異的綜合性能(在空氣、水、中性溶液和各種氧化性介質(zhì)中穩(wěn)定)，但在溫度、壓力和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下還是會(huì)發(fā)生腐蝕破壞。此外，由于廠房?jī)?nèi)部溫度較高(夏天室溫最高局部可達(dá)45 ℃左右，冬天也保持在25 ℃以上)，廠房?jī)?nèi)部長(zhǎng)年浸在潮濕的熱空氣當(dāng)中，冬天表面還會(huì)發(fā)生水蒸氣的凝結(jié)，造成廠房?jī)?nèi)壁的腐蝕液比較嚴(yán)重。

解決車間的腐蝕問(wèn)題，主要就是研究NaSCN對(duì)金屬的腐蝕和潮濕的空氣對(duì)廠房?jī)?nèi)部的腐蝕。針對(duì)這一情況，成功開發(fā)出一種高抗?jié)B透耐溫聚合物涂層，具有杰出的耐溫抗磨性能、超強(qiáng)的附著力及卓越的耐腐蝕性，可以在高溫高壓環(huán)境下有效抵制H2O，CO2，Cl-和NaSCN等對(duì)金屬的腐蝕，能顯著提高金屬設(shè)備的使用壽命。

1 腈綸廠紡絲車間的腐蝕機(jī)理

腈綸廠紡絲車間工作溫度較高，一般為50～70 ℃，腐蝕介質(zhì)屬于酸性蒸汽，其中含有大量的Cl-,CO2,H2O蒸汽和NaSCN等，對(duì)設(shè)備及車間的腐蝕非常嚴(yán)重(見圖1)。腈綸廠紡絲車間的腐蝕主要包括幾個(gè)方面[5]：(1)鹽引起的對(duì)設(shè)備的化學(xué)腐蝕及電化學(xué)腐蝕；(2)NaSCN經(jīng)氧化生成腐蝕性極強(qiáng)的硫酸產(chǎn)生的腐蝕；(3)NaSCN溶劑在流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生氣泡引起的物理腐蝕；(4)硫酸鹽還原菌、厭氧菌等把NaSCN還原成腐蝕性極強(qiáng)的硫化氫、亞硫酸和硫酸，引起對(duì)設(shè)備的腐蝕；(5)潮濕的空氣對(duì)廠房?jī)?nèi)壁涂層及混凝土的侵蝕。

腈綸廠紡絲車間的設(shè)備一般是不銹鋼材質(zhì)，在較高溫度的硫氰酸鈉的腐蝕作用下，容易發(fā)生點(diǎn)蝕和不均勻腐蝕，尤其在焊縫部位，產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，鐵素體屬于陽(yáng)極，奧氏體屬于陰極，形成原電池，陰極溶解，使腐蝕不可控制。在所有的腐蝕過(guò)程中，最終都生成疏松的氧化鐵。

2 防腐蝕措施

腈綸廠紡絲車間工作溫度為50～70 ℃，腐蝕介質(zhì)含有大量的Cl-,CO2、蒸汽和NaSCN等，對(duì)車間設(shè)備的腐蝕非常嚴(yán)重，涂料是最有效的防腐措施。研制的無(wú)溶劑耐溫聚合物涂層A和D,其物理機(jī)械性能見表1。該涂層能夠適合含硫介質(zhì)設(shè)計(jì)的管道、儲(chǔ)罐內(nèi)涂防腐蝕設(shè)計(jì)。該涂層具有突出的耐磨性能以及優(yōu)異的抗H2S，CO2和Cl-腐蝕性能，涂層性能指標(biāo)符合SY/T6717-2008，NACE TM0185-2006標(biāo)準(zhǔn)要求。該A涂層中有的能在50 ℃工況條件下長(zhǎng)期運(yùn)行，D涂層在150 ℃工況條件下長(zhǎng)期運(yùn)行。

圖1 腈綸廠紡絲車間和設(shè)備腐蝕情況

指標(biāo)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)值A(chǔ)D體積固含量≥95%≥95%表干/實(shí)干時(shí)間(25℃)/h4/164/16完全固化時(shí)間(25℃)/d77抗15J沖擊(25℃)無(wú)針孔無(wú)針孔無(wú)針孔附著力(拉開法)/MPa≥102125耐磨性/mg≤120100100電氣強(qiáng)度/(MV·m-1)≥303535體積電阻率/(Ω·cm)≥1×10131.0×10141.0×1014

2.1 聚合物涂層的基本性能

A和D聚合物涂層具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1) 涂層固體份含量很高，實(shí)現(xiàn)無(wú)溶劑化，對(duì)環(huán)境友好；(2)涂層表干/實(shí)干時(shí)間短，固化時(shí)間快，有利于施工，節(jié)省工期，并且施工工序簡(jiǎn)單;(3)涂層具有良好的抗沖擊性和耐磨性，其性能指標(biāo)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于指標(biāo)要求，這些性能是涂層防腐蝕性能的保障;(4)涂層具有優(yōu)異的黏附性，其附著力大于20 MPa，優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性在油、水、酸性氣體等復(fù)雜的腐蝕環(huán)境中具有良好的附著力。

2.2 聚合物涂層防腐蝕性能

該聚合物涂層是一種新型改性樹脂涂層，具有極好的分子結(jié)構(gòu)，具有良好的耐高溫性能(涂層的玻璃化溫度高達(dá)180 ℃)，具有高密度分子交聯(lián)結(jié)構(gòu)，具有很低的氣體、各種腐蝕介質(zhì)滲透率，特種填料的加入不但能提高涂層的機(jī)械性能，還能夠起到良好的涂層屏蔽作用，具有良好的防腐作用。表2給出了涂層的耐鹽霧試驗(yàn)、耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕(酸、鹽、有機(jī)溶劑)和耐高溫高壓性能(不同氣氛下的高溫高壓試驗(yàn))的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，涂層的性能均能達(dá)到合格，在高溫高壓腐蝕介質(zhì)中，涂層的附著力仍能達(dá)到A級(jí)。該涂層具有較強(qiáng)的抗腐蝕性能，可以用于腈綸廠車間的重防腐蝕涂層。

表2 聚合物涂層的防腐蝕性能

2.3 掛片實(shí)驗(yàn)

聚合物涂層在腈綸廠的進(jìn)行掛片實(shí)驗(yàn)，聚合物涂層在腐蝕條件下1個(gè)月后，無(wú)論是A涂層還是D涂層，都沒有出現(xiàn)失光、氣泡、腐蝕等現(xiàn)象，為了加快對(duì)涂層的評(píng)價(jià)，將涂層打掉一部分繼續(xù)試驗(yàn)，1 a后，沒有涂層的部分嚴(yán)重腐蝕；涂層邊緣有輕微銹蝕，但是涂層沒有與基材分離、脫落的跡象，說(shuō)明該系列涂層與基材有非常強(qiáng)的黏附性，保證涂層可以在強(qiáng)腐蝕條件下對(duì)金屬起到長(zhǎng)期的保護(hù)作用。

3 施工工藝及實(shí)際應(yīng)用

重防腐用高抗?jié)B透耐溫聚合物涂層對(duì)腈綸廠設(shè)備、地面及混凝土雙T樓板處進(jìn)行防腐的施工，具體工藝：

(1)設(shè)備外壁涂層施工工藝：首先對(duì)設(shè)備外壁清洗油污，用噴鋼丸除銹，清理干凈后，刷涂底層(厚度70～100 μm)兩遍，表干后，噴涂綠色面層(兩遍厚度200～250 μm)，室溫固化7～10 d檢驗(yàn)。(2)室內(nèi)地面、墻壁及頂棚涂層施工工藝：對(duì)地面、墻壁及頂棚進(jìn)行初級(jí)清掃、風(fēng)機(jī)除濕、鋼丸噴射打毛，然后二次清掃并吸塵至表面清潔，然后依次涂刷聚合物封閉底漆(厚度300 μm)、聚合物涂層中間層(厚度300 μm)和聚合物涂層面層(厚度300 μm)，完全固化后檢驗(yàn)。(3)混凝土雙T樓板防腐處理方案：首先對(duì)砼基進(jìn)行處理，然后對(duì)腐蝕嚴(yán)重裸露鋼筋處砼基進(jìn)行修補(bǔ)，根據(jù)損壞程度涂刷封閉底漆，進(jìn)一步涂刷抗?jié)B防腐底漆3～4道(250～400 μm)，表干后再刷涂2道抗?jié)B防腐面層(150～250 μm)，加固養(yǎng)護(hù)，檢測(cè)。

涂層光亮、致密，經(jīng)過(guò)幾年使用，具有非常好的抗?jié)B透防腐蝕性能。

4 結(jié) 論

(1)分析了腈綸廠紡絲車間的腐蝕情況及腐蝕機(jī)理；(2)研制了A和D無(wú)溶劑聚合物涂層，這兩種涂層對(duì)金屬具有良好的附著力，同時(shí)還具有良好的抗沖擊性能和耐磨性能；鹽霧試驗(yàn)、耐化學(xué)介質(zhì)試驗(yàn)及耐高溫高壓性能測(cè)試表明涂層具有良好的防腐蝕性能，可以用于腈綸紡絲車間的重防腐涂層材料。

[1] 宋道明，趙忠生，邢松林. 腈綸紡絲裝置的防腐蝕措施[J].煉油與化工,2012(2): 55-56.

[2] 童定祥. 硫氰酸鈉儲(chǔ)槽腐蝕原因分析[J]. 石油化工腐蝕與防護(hù),2003, 20(4): 29-31.

[3] 馬立新，關(guān)宇環(huán). 腈綸紡絲設(shè)備的防腐蝕措施[J]. 煉油與化工,2010 (3): 50-51.

[4] 徐英勇. 腈綸生產(chǎn)中硫氰酸鈉腐蝕與防護(hù)研究[D]. 大慶：大慶石油學(xué)院，2008.

[5] 楊德，何本紅，王劍. 腈綸化纖廠耐硫氰酸鈉腐蝕專用重防腐涂料的研制[J]. 現(xiàn)代涂料與涂裝,2005 (3): 12-13.

(編輯 王菁輝)

Application of Heavy Corrosion-resistant Coating in Spinning Equipment of Nitrile Plant

ChenShuangjian,WuXige

(DaqingQingluLangrunTechnologyCo.,Ltd.,Daqing163316,China)

The NaSCN which is the solvent for spinning of nitrile had caused serious corrosion in the equipment and plant. Based upon the corrosion characteristics of NaSCN, an anti-permeation heat-resistant coating was prepared with modified epoxy resin and special curing agent, and physical performance tests and site coupon tests were conducted. The tests verified that the coating offered a good protection for the spinning equipment and the equipment in spinning plant. . No changes were found in the coating after 3 000 hours of salt spray tests. The performances of coating were still on required specifications after being submerged in 3.5%NaCl solution at ambient temperature for 90 days. The performances were also on specifications after it was submerged in crude oil at a temperature of 80 ℃ for 90 days. After the high-pressure and high-temperature tests, there was no bubble in the coating, and adhesion of the coating was Class A. After one year’s coupon test in the plant, no damages were found and adhesion to the metal was excellent.

anti-permeation, heat-resistant, polymer coating, NaSCN

2016-04-02；修改稿收到日期：2016-05-08。

陳雙锏，工程師，從事環(huán)氧樹脂、固化劑的改性及防腐蝕涂層領(lǐng)域研究工作，E-mail: qllrchenshuangjian@163.com