氧化聚合包覆防腐蝕技術(shù)在京博石油化工有限公司的應(yīng)用

＊王寧 馬韻升 趙立秋 王青波 王靜 侯保榮*

（1.中國科學院海洋研究所 海洋環(huán)境腐蝕與生物污損重點實驗室 山東 266071 2.山東京博控股集團有限公司 山東 256500 3.山東石油化工有限公司 山東 256500）

金屬的腐蝕現(xiàn)象廣泛存在于各行各業(yè)中，嚴重的腐蝕極易引發(fā)事故，這不僅會在經(jīng)濟上造成較大的破壞性[1]，更有可能會危及人身安全，造成不可逆轉(zhuǎn)的人員及財產(chǎn)損失。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在金屬腐蝕方面，石油化工行業(yè)的腐蝕損失遠高于其他行業(yè)的腐蝕損失[2]。這是由于化工廠區(qū)內(nèi)大氣環(huán)境中腐蝕等級一般能夠達到C5級別，其化工生產(chǎn)的產(chǎn)品多為易燃、易爆、有毒、有腐蝕性的物質(zhì)，眾多的化工設(shè)施具有高溫高壓的特點，廠區(qū)內(nèi)的支撐架構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致化工廠區(qū)防腐管理難度較大[3]。在這些情況下，化工設(shè)備設(shè)施一旦出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，可能會引發(fā)產(chǎn)品泄露，甚至發(fā)生爆炸的危險。因此，在化工設(shè)備的設(shè)計、使用以及維護當中，必須做好防腐問題[4]。

1.京博石化地腳螺絲及儲罐邊緣板腐蝕現(xiàn)狀

山東京博石油化工有限公司位于山東省濱州市博興縣經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，是一家以石油化工為主的大型民營企業(yè)。與眾多的化工廠類似，京博石化眾多的設(shè)備設(shè)施及鋼結(jié)構(gòu)件也面臨著腐蝕問題。針對防腐，首先就是要了解與認識腐蝕問題，針對不同的設(shè)備和結(jié)構(gòu)采取不同的防腐方式，這也是降低腐蝕成本，保障生產(chǎn)安全的必然要求。

根據(jù)現(xiàn)場觀察，廠區(qū)內(nèi)眾多金屬構(gòu)件均采用涂料進行防腐，但傳統(tǒng)防腐蝕涂料保護方法對地腳螺栓、管道閥門、儲罐邊緣板、法蘭、管道焊縫等特殊部位無法提供足夠的保護。近年來，這些特殊部位出現(xiàn)了不同程度的腐蝕現(xiàn)象，有些甚至已經(jīng)對安全生產(chǎn)構(gòu)成了威脅[5]。

(1)地腳螺絲腐蝕現(xiàn)狀

廠區(qū)內(nèi)大部分的地腳螺栓位于鋼架的底部，用于鋼架與鋼架或鋼架與混凝土的連接，材料一般為高強鋼，其耐蝕性較差。如圖1所示，混合化學元素的雨水極易在地腳螺栓處聚集、濃縮，形成惡劣的腐蝕環(huán)境，外加力學作用導(dǎo)致內(nèi)部損傷，進一步誘發(fā)材料化學演變，加速金屬構(gòu)件的腐蝕失效。另外由于地腳螺栓連接的金屬材質(zhì)不同，且螺栓與螺母、螺母與構(gòu)件、螺栓與構(gòu)件之間存在著縫隙，將會導(dǎo)致電偶腐蝕和縫隙腐蝕的發(fā)生，并且腐蝕產(chǎn)物的迅速堆積，會進一步加快腐蝕速率，極大地降低螺栓的強度，威脅管廊整體鋼結(jié)構(gòu)的安全。而且關(guān)鍵位置上的重要地腳螺栓具有永久使用的特點，后期無法更換，一旦銹蝕，影響較大。因此，對其采用更加可靠的防腐保護方式勢在必行。

圖1 地腳螺栓腐蝕情況

(2)儲罐邊緣板腐蝕現(xiàn)狀

在化工企業(yè)里，儲罐是十分常見的設(shè)備設(shè)施，腐蝕是造成儲罐失效的主要原因，嚴重影響儲罐的服役壽命，其中邊緣板是儲罐最需要進行腐蝕保護的部位，如圖2所示。在儲罐運行及環(huán)境溫度發(fā)生變化時，罐底外邊緣板會產(chǎn)生立體移位，導(dǎo)致罐底板與基座之間存在縫隙，水、氧和腐蝕性介質(zhì)很容易通過這個縫隙進入底板下部，使其發(fā)生縫隙腐蝕，嚴重情況下可能會造成罐底板腐蝕穿孔，直接影響油罐的使用安全。

圖2 儲罐邊緣板腐蝕情況

縫隙腐蝕主要發(fā)生于金屬構(gòu)件結(jié)構(gòu)表面不平整而產(chǎn)生的縫隙處，空氣中的化學氣體摻雜水后形成電解質(zhì)液膜，在毛細作用下會進入縫隙中構(gòu)成電化學腐蝕體系[6-7]，該類型腐蝕過程比較隱秘，巡檢中不容易被發(fā)現(xiàn)，如果不采取完善的防護措施容易引發(fā)安全事故。

2.氧化聚合包覆防腐蝕技術(shù)及其特點

作為一種先進的防腐技術(shù)，氧化聚合包覆防腐蝕技術(shù)可以在特殊位置鋼結(jié)構(gòu)的防腐上發(fā)揮巨大優(yōu)勢[8]，其在研發(fā)過程中就得到了“十一五”國家科技支撐計劃、“十二五”國家科技支撐計劃、國家海洋局公益性項目的支持和資助。氧化聚合包覆防腐蝕技術(shù)為研發(fā)團隊歷經(jīng)多年技術(shù)攻關(guān)研發(fā)的原創(chuàng)性技術(shù)，主要包括：研發(fā)了銹轉(zhuǎn)化功能的防蝕膏；提高了防蝕帶的位移追隨性；實現(xiàn)外防護劑的自固化功能等。如圖3所示[9]，該技術(shù)在結(jié)構(gòu)上由三層保護層組成，分別為氧化聚合防蝕膏、氧化聚合防蝕帶和外防護劑，此外還有用于異型部位塑型的防蝕膠泥。

圖3 氧化聚合包覆防腐層結(jié)構(gòu)示意圖

(1)氧化聚合防蝕膏

氧化聚合防蝕膏是以高分子聚合物為主體，包含主劑、緩蝕劑、防銹劑、無機填料等，經(jīng)混合、加熱攪拌、冷卻、分裝等工藝加工制成的膏狀無溶劑型防腐產(chǎn)品[10]。氧化聚合防蝕膏使用在三層防腐材料的最內(nèi)層，也是氧化聚合包覆技術(shù)中最核心的材料，該材料含有的銹轉(zhuǎn)化成分可以將金屬表面未除盡的銹轉(zhuǎn)化為絡(luò)合物，并形成致密的保護膜附在金屬上，阻止金屬與氧氣及電解質(zhì)液膜反應(yīng)，起到除銹、防銹雙重作用。

(2)氧化聚合防蝕帶

氧化聚合防蝕帶是以無紡布為載體，在含有防銹劑、填料等化合物中浸漬制成的一種十分柔軟的帶狀防蝕材料，可以纏繞粘貼到各種復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)表面。氧化聚合防蝕帶同樣具有良好的密閉性，其外表面可以在氧化聚合的作用下固化封閉，內(nèi)部保持柔軟狀態(tài)，從而可以將氧氣及電解質(zhì)溶液阻擋在金屬表面外部，達到最好的防腐性能。在其它物理性能方面，氧化聚合防蝕帶還具有優(yōu)秀的耐候性和阻燃性。

(3)外防護劑

外防護劑是以水性乳液為基料，添加惰性無機填料、顏料等制成的防護材料。在使用時，外防護劑涂刷在氧化聚合防蝕帶表面，其表層與空氣接觸后，可以在20min內(nèi)氧化聚合成堅韌的皮膜，內(nèi)部含有的特殊成分可以有效防止紫外線照射老化和腐蝕介質(zhì)進入。

3.氧化聚合包覆技術(shù)在京博石化的應(yīng)用

如圖4所示，氧化聚合包覆防腐蝕技術(shù)的施工主要包括表面處理、涂抹氧化聚合防蝕膏、纏繞氧化聚合防蝕帶、涂刷外防護劑幾個步驟[11]。

圖4 儲罐邊緣板氧化聚合防腐施工情況

(1)表面處理

①目的：為達到最佳的保護效果，需要簡單的對金屬結(jié)構(gòu)表面的氧化皮、雜質(zhì)、異物及浮銹進行去除，保證氧化聚合防蝕膏與金屬表面充分結(jié)合。②處理要求：金屬結(jié)構(gòu)表面無明顯鼓泡和浮銹。③處理方法：用檢查錘敲打鼓起處，檢測在漆膜下是否有銹層；用鏟刀將浮銹和鼓泡全部鏟掉；用鋼絲刷打磨除銹，不需要噴砂除銹。

(2)涂抹氧化聚合防蝕膏

①涂抹方法：擠出少許氧化聚合防蝕膏，使用刮板在被保護的金屬表面抹平，在不方便使用刮板的地方也可以直接使用手掌進行涂抹，確保金屬被保護范圍內(nèi)沒有漏涂現(xiàn)象。②氧化聚合防蝕膏用量：普通表面約300～500g/m2；銹蝕特別嚴重處用量相應(yīng)增加。

(3)粘貼氧化聚合防蝕帶

①粘貼方法：進行粘貼時，需要從下往上依次粘貼氧化聚合防蝕帶，層與層之間需要搭接55%的面積，施工完畢后保證每處均有2層以上氧化聚合防蝕帶覆蓋。②粘貼時，應(yīng)稍用力將氧化聚合防蝕帶鋪平，將里面空氣壓出。③注意事項：粘貼時，應(yīng)一面粘貼一面用手撫平，將內(nèi)留氣體完全排出，確保氧化聚合防蝕帶能緊貼在結(jié)構(gòu)表面。對于特別復(fù)雜的法蘭等部位，一定要保證施工部位各處均有2層以上氧化聚合防蝕帶覆蓋。

(4)涂刷外防護劑

①外防護劑要涂刷2遍。用毛刷沾少許外防護劑，在氧化聚合防蝕帶的表面進行均勻涂刷。第一層涂刷完畢后，經(jīng)過大約10～20min，使用手指觸摸確認干燥后，再刷第二遍。②外防護劑的用量大約為300～500g/m2。

(5)結(jié)果驗證

如圖5及圖6所示，對應(yīng)用了氧化聚合包覆防腐蝕技術(shù)一年多的儲料罐邊緣板和地腳螺栓進行現(xiàn)場拆檢，剖開防護層發(fā)現(xiàn)內(nèi)部油脂依然十分豐富，積極發(fā)揮著保護作用，擦拭掉腐蝕膏，發(fā)現(xiàn)邊緣板和地腳螺栓表面完好，內(nèi)部無腐蝕痕跡。

圖5 儲罐邊緣板氧化聚合防腐檢查

圖6 地腳螺栓氧化聚合防腐檢查

事實證明，氧化聚合包覆防腐蝕技術(shù)不僅摒棄了傳統(tǒng)的涂刷防護漆的防腐方式，更是有效解決了存在反復(fù)位移與縫隙的儲罐邊緣板和具有較大內(nèi)應(yīng)力的地腳螺栓反復(fù)銹蝕的防腐難題，防腐效果達到了國際先進水平。

除儲罐邊緣板及地腳螺栓外，氧化聚合包覆防腐蝕技術(shù)在其它部件上的防腐同樣具有良好的推廣價值。比如，橋梁纜索和吊桿、焊接件、螺栓和螺母、球形接頭、法蘭和其他異形零件。特別是橋梁的電纜和吊桿，在荷載作用下容易產(chǎn)生較大的撓度和振動，在腐蝕因子、溫度、紫外線和大氣載荷的協(xié)同作用下特別容易腐蝕，氧化聚合防腐技術(shù)均可很好地解決上述問題。

4.結(jié)語

氧化聚合包覆防腐蝕技術(shù)在京博石化有限公司的應(yīng)用，為地腳螺栓和儲罐邊緣板提供了長效可靠保護，解決了地腳螺栓和儲罐邊緣板腐蝕防護的短板問題，具有重要的實用價值。

氧化聚合包覆防腐蝕技術(shù)在京博石化的落地實現(xiàn)了“以研帶產(chǎn)”的技術(shù)推廣，響應(yīng)了“防風險、除隱患、遏事故”的安全生產(chǎn)主題，是針對工業(yè)大氣區(qū)異型鋼構(gòu)件防腐難題提出的最優(yōu)腐蝕防護決策。