長周期涂油封存防銹方案評價研究

姜 銳，譚振洲，，包 寧，徐欣軼，閆宏飛

(1.沈陽寶金金屬防護技術有限公司，遼寧 沈陽 110032；2.沈陽防銹包裝材料有限責任公司，遼寧 沈陽 110032)

0 前 言

工業(yè)氣體被譽為“工業(yè)的血液”，我國工業(yè)氣體行業(yè)針對成套設備完全國產(chǎn)化還缺乏關鍵單元設備的自主核心技術，導致國產(chǎn)設備與國外先進水平相比依然還有較大差距，造成工業(yè)氣體的大型空氣壓縮機、增壓機、高效率中壓膨脹機、液體膨脹機、大型離心式液體泵等關鍵部件及其零部件主要依賴進口，并且國外采購及運輸周期比較長，因此必須針對各類設備的關鍵部件及其零部件進行提前儲備，防止關鍵設備或設備的關鍵部件及其零部件發(fā)生突然故障而又無法更換造成停產(chǎn)的問題，因此，亟需解決工業(yè)氣體行業(yè)關鍵設備部件及其零部件在長周期存儲過程中的防銹防護問題。

1 防銹方案設計及驗證試驗

1.1 防銹方案設計

針對工業(yè)氣體行業(yè)關鍵設備部件及其零部件的存儲周期長、大氣腐蝕環(huán)境多樣、腐蝕影響因素多樣等特點，需要在綜合考慮各種腐蝕影響因素的基礎上提供系統(tǒng)的解決方案。

工業(yè)氣體行業(yè)關鍵金屬設備部件及其零部件在存儲過程中易受到大氣環(huán)境中各種腐蝕因素的影響而發(fā)生銹蝕，尤其是在高溫高濕的夏季容易導致金屬設備發(fā)生更加嚴重的腐蝕問題[1－4]。本工作在綜合考慮各類金屬設備及其零部件的材質(zhì)類型、存儲環(huán)境、防銹需求等基礎上，結(jié)合金屬設備及其零部件的規(guī)格尺寸、結(jié)構(gòu)復雜程度、外觀形狀等因素，同時參考GB/T 5048－2017“防潮包裝”[5]、GB/T 4879－2016“防銹包裝”[6]及GB/T 14188－2008“氣相防銹包裝材料選用通則”[7]，針對關鍵金屬設備部件及其零部件主要采用涂防銹油后進行雙層密封包裝的方式，同時在包裝內(nèi)部放置干燥劑控制包裝內(nèi)部的相對濕度，實現(xiàn)金屬設備及其零部件在長周期存儲過程中的防銹防護[8－12]。

首先，根據(jù)金屬部件及其零部件的存儲周期長、腐蝕介質(zhì)多樣的因素，采用3 款不同類型的防銹油進行涂油防銹處理，其性能指標見表1；其次，外包裝采用阻隔性能優(yōu)異的VPF 真空包裝膜，內(nèi)包裝采用氣相防銹塑料薄膜加強防銹；最后，參考GB/T 5048－2017“防潮包裝”[5]附錄A 干燥劑的計算方法計算干燥劑的用量，考慮使用常規(guī)的硅膠干燥劑存在使用量大、占用空間大、不便于操作等問題，因此同時采用硅膠干燥劑和吸濕量大的速效干燥劑進行對比驗證，硅膠干燥劑和速效干燥劑的吸濕率(25 ℃、相對濕度90%)分別為35%和178%。

表1 3 款防銹油的性能指標Table 1 Three anti-rust oil performance index

干燥劑的用量參照GB/T 5048－2017“防潮包裝”中附錄A.2 硅膠干燥劑，關于硅膠干燥劑的計算選擇用量如下:

使用聚乙烯等塑料薄膜包裝材料制成的袋子:

式中W——硅膠干燥劑用量，g

A——包裝材料的總面積，m2(取量值)

Y——預定的儲存時間，a

R1——溫度40 ℃，濕度90%條件下包裝材料的水蒸氣透過量，g/(m2·d)

D——包裝內(nèi)含濕性材料總面積質(zhì)量(包裝紙、襯墊、緩沖材料)，g

速效干燥劑的用量(W1)計算:

式中W1——速效干燥劑的用量，g

K——以細孔硅膠在溫度25 ℃，相對濕度90%時，吸濕率以35%計

K1——速效干燥劑在溫度25 ℃，相對濕度90%時，吸濕率以178%計

以外包裝尺寸為150 mm×180 mm 的平口袋為例，外包裝的表面積為0.054 m2；包裝內(nèi)無含濕性材料，硅膠干燥劑與速效干燥劑的計算用量為:

因此，最終包裝內(nèi)選擇放置的硅膠干燥劑量為2袋25 g，其中內(nèi)包裝與中間層各放置25 g；速效干燥劑的量為2 袋5 g，其中內(nèi)包裝與中間層各放置5 g。

溫度40 ℃，相對濕度90%條件下，VPF 真空包裝膜(SF/VPF-T-120)的水蒸氣透過量≤3 g/(m2·d)，選取最大值3 g/(m2·d)代入計算公式。

1.2 驗證試驗

1.2.1 試驗材料

(1)10 鋼金屬試片 將加工后的3 個平行10 鋼標準試片，試片尺寸為50 mm×50 mm×(3～5) mm，用180號砂紙沿與試片邊沿兩孔連接線平行的方向打磨，試片表面不得有凹坑、劃傷、銹蝕。打磨好的試片分別在盛有無水乙醇的3 只蒸發(fā)皿中依次清洗。清洗時用鑷子夾持脫脂棉或紗布進行擦洗，然后用熱風吹干，放入盛有細孔硅膠的干燥器中備用。清洗干凈后的試片禁止赤手接觸。經(jīng)打磨清洗準備好的試片，存放時間不得超過8 h，否則應重新打磨清洗。

(2)防銹防護材料 防銹防護材料詳見表2，其他材料有無水乙醇、脫脂棉或紗布、180 號砂紙等。

表2 防銹防護材料Table 2 Antirust and protection material

1.2.2 試驗方法

(1)百葉箱試驗 百葉箱試驗參照GB/T 5619－1985“防銹材料百葉箱試驗方法”[13]，百葉箱包括箱體、紗窗、試樣架等部分。箱底部距離地面在500 mm以上。

將百葉箱放置在遼寧省沈陽市某4 樓屋頂平臺上，距箱四周5 m 處均無遮擋陽光的高大建筑物、樹木或其他遮擋物，且滿足試樣的試驗面朝南。沈陽市是我國著名的工業(yè)城市，位于我國中溫帶氣候區(qū)，是典型的溫帶半濕潤區(qū)季風型大陸氣候，受季風影響，降水集中，溫差較大。

百葉箱試驗周期為3 a。

(2)干燥劑吸濕率 干燥劑的吸濕率是干燥劑在一定溫度一定濕度的條件下放置一定的時間，計算出干燥劑吸濕率，計算公式[14]為:

式中k——干燥劑吸濕率，%

m0——吸濕前干燥劑的質(zhì)量，g

m1——吸濕后干燥劑的質(zhì)量，g

1.2.3 試驗方案

采用3 款不同類型的防銹油進行涂油防銹處理，瀝油后分別采用內(nèi)包裝材料氣相防銹塑料薄膜和外包裝材料VPF 真空包裝膜進行雙層密封包裝，在內(nèi)層包裝和中間層分別放置硅膠干燥劑和速效干燥劑，硅膠干燥劑放置2 袋×25 g/袋；速效干燥劑放置2 袋×5 g/袋，具體詳見表3。

表3 百葉箱試驗方案Table 3 Shed storage exposure test scheme

2 結(jié)果與討論

百葉箱試驗3 a 后，外包裝材料VPF 真空包裝膜與內(nèi)層防銹包裝材料氣相防銹塑料薄膜的外觀均無明顯變化。其中清洗前，10 鋼試片表面均有油膜，其中涂溶劑稀釋型防銹油SF/Y1030 的10 鋼試片表面有較厚的油膜；清洗后，可觀察分別采用3 款防銹油和2 種干燥劑進行組合封存防銹包裝的試片均未發(fā)生銹蝕，說明6 種組合封存防銹方案均具有優(yōu)異的防銹性能。同時結(jié)合表1 中3 款防銹油的運動黏度、膜厚及掛油量的對比數(shù)據(jù)，可知薄層防銹油SF/Y216 的運動黏度、膜厚及掛油量均是最小的。綜上，針對3 a 長周期庫內(nèi)封存防銹推薦采用薄層防銹油SF/Y216，不僅用量最少、油膜最薄，而且便于后續(xù)清洗，符合環(huán)保的理念。

百葉箱試驗3 a 后，針對包裝內(nèi)2 種干燥劑的吸濕率進行對比分析，結(jié)果見表4。試驗后中間層的硅膠干燥劑與速效干燥劑的吸濕率處于同一水平，均處于15%～16%之間；而內(nèi)層速效干燥劑的吸濕率明顯高于硅膠干燥劑的吸濕率，內(nèi)層速效干燥劑的吸濕率均大于10%，內(nèi)層硅膠干燥劑的吸濕率均小于10%，說明內(nèi)層速效干燥劑的吸濕效果要優(yōu)于硅膠干燥劑，并且2種干燥劑的吸濕率均未達到飽和狀態(tài)，同時速效干燥劑的飽和吸濕率遠大于硅膠干燥劑的飽和吸濕率。因此針對長周期室內(nèi)封存防銹建議采用速效干燥劑進行內(nèi)包裝的濕度控制，不僅可以減少干燥劑的使用量，降低包裝尺寸，而且便于操作，同樣也是符合包裝輕量化的發(fā)展趨勢。

表4 百葉箱試驗3 a 后2 種干燥劑的吸濕率對比Table 4 Comparison of absorbency rate of two kinds of desiccant after three-year shed storage exposure tests

3 結(jié) 論

(1)百葉箱驗證試驗3 a，確定設計的6 種涂油防銹組合包裝方案均可以滿足3 a 長周期庫內(nèi)封存防銹的要求。

(2)針對未來包裝輕量化、材料減量化以及安全環(huán)保的要求，建議采用薄層防銹油SF/Y216 進行涂油處理，采用VPF 真空包裝膜與氣相防銹塑料薄膜雙層密封包裝方式，內(nèi)部放置速效干燥劑控制濕度的組合封存防銹方案進行3 a 庫內(nèi)封存防銹，不僅具有優(yōu)異的防銹性能，且具有操作工藝簡單、勞動強度低、防銹材料容易去除、實用性強等優(yōu)點。