石油庫和加油站法蘭防腐的方法

吉海強 盧品寶

〔中國石化廣西石油分公司 廣西南寧 530022〕

石油庫和加油站法蘭防腐的方法

吉海強 盧品寶

〔中國石化廣西石油分公司 廣西南寧 530022〕

簡要敘述了石油庫與加油站管線與閥門法蘭銹蝕的現(xiàn)狀及其腐蝕的原理和化學反應。重點介紹了法蘭防腐的方法：一是聚氨酯泡沫防吸氧腐蝕法，二是防電化腐蝕法，三是硫酸銅化學置換反應法，四是盤根填充玻璃膠封堵法，五是膠帶黃油封堵法，六是粘彈體防腐法，七是設置法蘭保護罩法；比較了這幾種方法，認為聚氨酯泡沫防吸氧腐蝕法簡單、效率高、價廉，但拆卸法蘭費力，而粘彈體防腐法效果優(yōu)異，維護方便，使用壽命30年。

石油庫 加油站 法蘭 防腐 方法 介紹

1 庫站法蘭管理的現(xiàn)狀

廣西壯族自治區(qū)屬于亞熱帶季風氣候，空氣濕度大，潮濕時間長，油庫和加油站管線法蘭和閥門法蘭銹蝕嚴重，盡管采取涂刷防腐漆保護，但多是簡單防腐。而法蘭長期暴露在大氣環(huán)境中，受到環(huán)境濕度、溫度變化，氯離子含量、各種腐蝕性元素含量等因素的影響，法蘭外部涂層易于損傷，造成法蘭間隙及法蘭片的腐蝕。

2 庫站法蘭的腐蝕原理

2.1 普通腐蝕

法蘭的金屬成分主要是鐵。鐵腐蝕包含氧化腐蝕和電化學腐蝕兩種。

法蘭中的金屬鐵(Fe)是一種非穩(wěn)定性金屬，極易與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應而生成三氧化二鐵(Fe2O3)。另外，由于環(huán)境污染，雨水的酸度較大，加上廣西壯族自治區(qū)全年雨水較為充足，酸雨中的氫離子(H+)極易與鐵原子發(fā)生電子轉移，鐵原子(Fe)失去電子，發(fā)生氧化反應(Fe-3e—Fe+3e),造成了法蘭中的金屬鐵腐蝕。

法蘭中的金屬鐵(Fe)不是一種純凈物。純凈鐵強度低，有較好的延展性與柔韌性。在煉鐵的時候，為了提高鐵的強度硬度，要添加一些比如碳、硅、錳、硫、磷等元素，其中一些原子(比如碳)的電位比鐵原子的電位低，加上雨水或空氣中水分在金屬鐵表面的凝結，形成了電解質溶液，發(fā)生原電池反應，比較活潑的金屬失去電子而被氧化，即電化學腐蝕。在潮濕的空氣里，鋼鐵的表面吸附了一層薄薄的水膜，水膜中含有少量的氫離子與氫氧根離子，還溶解了氧氣等氧化劑，結果在鋼鐵表面形成了一層電解質溶液，它與鋼鐵里的鐵和少量的碳恰好形成無數(shù)微小的原電池。在這些原電池里，鐵是負極，碳是正極。鐵原子失去電子而被氧化。電化學腐蝕是造成鋼鐵腐蝕的主要原因。

2.2 電化學反應

法蘭中金屬鐵的電化學腐蝕是最為普遍的一種。金屬鐵法蘭被放置在水溶液或潮濕的大氣中，表面會形成一種腐蝕電池，有陰極與陽極。陽極發(fā)生氧化反應，使陽極發(fā)生溶解，陰極發(fā)生還原反應。腐蝕電池形成的原因主要是由于金屬表面吸附空氣中的水分，形成一層金屬水膜，使空氣中的二氧化碳CO2、二氧化硫SO2、二氧化氮NO2等化學物質溶解在這層金屬水膜中，形成電解質溶液。被浸泡在這層電解質溶液中的金屬鐵還含有其他金屬物質及其他化學元素。如工業(yè)用的鋼鐵，實際上是合金，即除鐵之外，還含有石墨、滲碳體 (Fe3C)以及其它金屬和雜質，它們大多數(shù)沒有鐵活潑。因此，金屬水膜導致的腐蝕電池的陽極為鐵，陰極為其他雜質，由于鐵與雜質的緊密接觸，使法蘭中的鐵腐蝕不斷進行。

(1)電化學(析氫)腐蝕(鋼鐵表面吸附水膜酸性較強時)

負極(Fe)：Fe-2eˉ=Fe2+Fe2++2H2O= Fe(OH)2+2H+

正極(雜質)：2H++2eˉ=H2

電池反應：Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2↑

由于有氫氣放出，所以稱之為析氫腐蝕。

(2)氧化(吸氧)腐蝕(鋼鐵表面吸附水膜酸性較弱時)

負極(Fe)：Fe-2eˉ=Fe2+

正極：O2+2H2O+4eˉ=4OHˉ

總反應：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2

由于吸收氧氣，所以也叫吸氧腐蝕。

析氫腐蝕與吸氧腐蝕生成的Fe(OH)2被氧所氧化，生成Fe(OH)3脫水生成Fe2O3鐵銹。

4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

鋼鐵制品在大氣中的腐蝕主要是吸氧腐蝕。

Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2↑

O2+2H2O+4eˉ→4OHˉ

2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)22H++2eˉ→H2

電化(析氫)腐蝕主要發(fā)生在強酸性環(huán)境中，而吸氧腐蝕發(fā)生在弱酸性或中性及堿性環(huán)境中。

3 庫站法蘭的防腐方法

根據(jù)庫和站法蘭的腐蝕原理，可以采取“隔離”、“隔斷”腐蝕發(fā)生條件，達到法蘭防腐目的；另外，采購304不銹鋼材質的螺栓，可以有效防止法蘭螺桿銹蝕。

(1)聚氨酯泡沫防吸氧腐蝕法。清除鐵銹后再用砂紙打磨法蘭表面鐵銹，然后用透明膠封粘大部分法蘭，注入適量的聚氨酯泡沫填縫劑再等待20 min固化，在法蘭面上形成致密的涂層，隔絕氧氣、雨水及露水，防止了氧化腐蝕的發(fā)生。聚氨酯泡沫填縫劑固化后，使用刀片割除透明膠，再在法蘭表面涂一層與法蘭顏色相同的油漆即可。本方法一個法蘭的防腐成本約10元。

(2)防電化學腐蝕法。一是犧牲陽極法。采用鋅或鋁等比鐵高電位的金屬埋于地下，使用銅導線連接法蘭與高電位金屬，使鋅或鋁等高電位金屬與低電位的鐵法蘭形成原電池，高電位的金屬失去電子被氧化，低電位的鐵原子得到電子被還原，從而保護了鋼鐵不被腐蝕。二是陰極保護法。通過設備給鋼鐵輸入負電子，由于負電子充足，鐵原子就能減少與鋼鐵中少量存在的元素發(fā)生的電子轉移，從而保護鋼鐵不被腐蝕。本方法一個法蘭的防腐成本約15元。

(3)硫酸銅化學置換反應法。如圖1所示，用膠帶把法蘭連接處密封，在頂端開一個小孔，通過漏斗注入質量濃度為50 %的藍色硫酸銅溶液，靜置30 min，溶液由藍色變成淺綠色的硫酸亞鐵溶液，銅置換了法蘭表面的鐵，形成銅保護膜。本方法一個法蘭的防腐成本約10元。

圖1 硫酸銅置換反應法防法蘭腐蝕

(4)盤根填充玻璃膠封堵法。采用盤根纏繞填充法蘭縫隙，再用玻璃膠封堵，杜絕了氧化(吸氧)腐蝕和電化(析氫)腐蝕。隨著時間的延長，玻璃膠固化收縮，在法蘭面產生細小縫隙，再次用盤根和玻璃膠充塞縫隙，防止空氣、雨水、濕氣進入腐蝕。本方法一個法蘭成本約20元。

(5)膠帶黃油封堵法。在法蘭縫隙填充黃油，再使用銀白防水防曬膠帶纏繞法蘭縫隙，隔絕空氣、雨水和潮氣達到防腐目的。此辦法一個法蘭的防腐成本約10元，每半年須重新纏繞一次，成本低，效果較好。

(6)粘彈體防腐法。采取填充粘彈防腐膏將法蘭縫隙封實，再在法蘭上纏繞粘彈防腐膠帶將法蘭縫隙密封的辦法。粘彈性防腐法是一種新型的防腐技術，技術核心是所使用的粘彈體，它是一種高性能聚合物，介于液態(tài)和固態(tài)之間，在-50～95℃范圍內，既不會隨意流淌，也不會固化。在30年的使用期內，永遠保持良好的氣密性和水密性。本方法一個法蘭的防腐成本約30～40元。

(7)設置法蘭保護罩法。采用不銹鋼和非金屬(塑料)法蘭保護罩，直接安裝于法蘭縫隙上，隔絕空氣、雨水和潮氣(見圖2)。本方法一個法蘭的防腐成本約20元。

圖2 法蘭保護罩封堵法蘭縫隙法

4 小結

(1)聚氨酯泡沫防吸氧腐蝕法。利用聚氨酯泡沫充填法蘭縫隙對管線、閥門的法蘭連接處進行防腐處理，方法簡單，效率高，費用低，無風險，技術簡單，能初步解決潮濕環(huán)境下法蘭面的防腐問題。最大的缺點是拆卸法蘭時比較費力。

(2)粘彈體防腐法。該技術是為法蘭防腐而開發(fā)的新型防腐技術，為管線閥門上法蘭間隙防腐、法蘭螺栓防腐提供了一種全新的解決方案。它徹底解決了法蘭防腐使用黃油、油漆、牛油布等傳統(tǒng)冷纏帶所存在的問題，使用永不固化的粘彈性法蘭防腐劑，填充密封法蘭間隙；配合螺栓安防帽，徹底隔絕水分和氧氣，防腐效果優(yōu)異，美觀大方，維護簡單方便，使用壽命長達30年，十分適合兩廣地區(qū)潮濕天氣的法蘭防腐。

(3)其他的防電化腐蝕法、硫酸銅化學置換反應法、盤根填充玻璃膠封堵法、膠帶黃油封堵法和設置法蘭保護罩法，方法簡單，但防腐效果僅能保持6～12月，無法實現(xiàn)長久的法蘭防腐效果。

[1] 王風平，李曉剛，林翠，等．316L不銹鋼法蘭腐蝕失效分析及對策[J]．腐蝕科學與防腐技術，2003，15(3)：180-l83．

[2] 陳入領，范家峰，王曉偉．閥門腐蝕失效分析及處理 [J]．閥門，2002(2)：30-32．

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中插4 《石油庫與加油站》雜志社

2017-03-03。

吉海強，男，(1979-)，油品儲運工程師，2004年畢業(yè)于廣西大學化學化工學院化學專業(yè)，獲理學學士學位，現(xiàn)在中國石化銷售有限公司廣西石油分公司擔任處長助理，從事HSE督查、HSE管理工作。