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包裹保溫層下的管道防腐原因分析與防護涂層

發(fā)布時間：2022年2月11日   |   閱讀次數(shù)： 1445

包裹保溫層下的管道防腐原因分析與防護

志盛威華 周工

    巖棉保溫層表面往往會以鐵皮或鋁皮進行防護，人們往往會被鐵皮、鋁皮的腐蝕程度所麻痹而忽略了巖棉保溫層下被保溫的設(shè)備、管道的腐蝕狀況。由防護層傳遞的信息與實際情況是不相符的，被表象所麻痹是非常危險的。

    在工程維修過程中，當(dāng)巖棉保溫層被打開后，往往會發(fā)現(xiàn)原有的防腐涂層消失不見，被保溫的設(shè)備、管道表面腐蝕、銹蝕相當(dāng)嚴(yán)重。巖棉保溫層下的腐蝕比同等溫度在空氣中的腐蝕更為嚴(yán)重。北京志盛威華周工對此種腐蝕發(fā)生的原因、防止方法進行了詳細的分析和分享：

    巖棉保溫層下的腐蝕在國際上被稱為：Corrosion under insulation(CUI)翻譯過來為隔熱腐蝕。這種腐蝕很早就被歸納到傳統(tǒng)的腐蝕中，又由于此種腐蝕隱蔽發(fā)生在隔熱層之下，因此往往被人們所忽視。隨著由隔熱腐蝕導(dǎo)致的安全事故頻繁發(fā)生，人們才開始重視審視、研究此腐蝕，研究結(jié)果表明隔熱腐蝕的原理與常規(guī)腐蝕并不相同，用常規(guī)材料防治解決隔熱腐蝕相當(dāng)困難。二十世紀(jì)五十年代“隔熱腐蝕”的概念逐步在各個文獻中出現(xiàn)，直至1989年隔熱腐蝕的概念才在NACE文件中出現(xiàn)。

    隔熱腐蝕的機理因材料不同而不同，一般可分為碳鋼隔熱腐蝕、不銹鋼隔熱腐蝕。志盛威華周工介紹：

一．碳鋼隔熱腐蝕機理：

碳鋼受到隔熱腐蝕根本原因在于和保溫層下的水汽的接觸。保溫層為隔熱腐蝕提供了以下三個條件中的兩種或三種：

1.         為水或其他腐蝕介質(zhì)提供存留的空間和縫隙，并使水或其他腐蝕介質(zhì)不易排出保溫層；

2.         保溫材料較為蘇松，具有吸水性，有些材料具有良好的浸潤性，容易從外界環(huán)境中吸取水份；

3.         因保溫材料外部防護層并不致密，當(dāng)溫度變化導(dǎo)致保護層內(nèi)氣壓變化由此引起隔熱保溫體系對外界空氣的呼吸，致使?jié)穸容^大的空氣進入隔熱層；

4.         保溫材料在生產(chǎn)制作、儲運安裝過程中帶來污染物加速腐蝕的發(fā)生。

    保溫層下的水汽主要來自兩個方面：外界的水（水汽）滲透、冷凝。

    由于外界保護材料的設(shè)計缺陷、異形部位安裝精密度達不到、施工失誤造成的缺陷、機械損傷、疏于維護等原因，都會使水汽進入保溫層。水汽一旦滲入保溫層幾乎不可能徹底排出，保溫層中的水往往以汽液共存態(tài)出現(xiàn)。

    溫度也是影響隔熱腐蝕的重要因素：溫度越高，水汽停留在碳鋼表面的時間就越短，水汽在腐蝕過程中的影響隨之弱化；但是溫度越高，腐蝕速率越高，隨著溫度的升高防腐涂層的選擇面越來越小，在此環(huán)境下，100℃以上環(huán)氧類涂層會很快失效，100℃以上高溫的隔熱層下防腐涂層市面上很少。

    在一個開放的系統(tǒng)下，水中的氧含量隨著溫度升高而降低。在開放環(huán)境中，當(dāng)溫度高于80℃時，碳鋼的腐蝕速率開始下降。但傳統(tǒng)隔熱保溫層與防腐涂層之間卻類似于封閉系統(tǒng)下的腐蝕情況，水汽中的氧含量是飽和的。這樣的話，富氧腐蝕會在一個密閉的系統(tǒng)中發(fā)生。水汽中溶解的鹽分更會加速設(shè)備的腐蝕。

    在實際工況的測試中，志盛威華工程師發(fā)現(xiàn)，溫度在-4至175℃之間碳鋼材質(zhì)的設(shè)備隔熱腐蝕嚴(yán)重。當(dāng)溫度低于-4℃時，一般沒有腐蝕；當(dāng)溫度高于175℃時，水份在隔熱層中基本為氣體形態(tài)存在，碳鋼表面始終處于干燥狀態(tài)，也很少發(fā)生腐蝕。但是一旦當(dāng)設(shè)備因停機檢修等問題，溫度區(qū)間處于-4至175℃之間時，隔熱腐蝕會很快發(fā)生。

    隔熱腐蝕比常規(guī)腐蝕更為嚴(yán)重，還與保溫材料的特性有關(guān)；

5.保溫層中可溶性鹽的殘留，例如阻燃劑中的氯化物、硫化物等酸性物質(zhì)可以加速腐蝕；

6.保溫層材料因蘇松具有吸水性、水的滲透、外層保護材料相對致密性等導(dǎo)致大量水份滯留；

7. 保溫層中的殘留物質(zhì)可以與水反應(yīng)生成氯化氫或其他酸。

    二．奧氏體不銹鋼及雙相不銹鋼的隔熱腐蝕機理：

    不銹鋼合金對應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）敏感的是含鉻18、鎳8的系列不銹鋼。高鎳、鉻、鉬含量的奧氏體不銹鋼，和低鎳，高鉻含量的雙相不銹鋼對保溫層下的應(yīng)力腐蝕開裂會相對耐受力高一些，但是不是完全免疫的。例如，在海上環(huán)境下發(fā)現(xiàn)，雙相不銹鋼在保溫層下依然會受到外界應(yīng)力腐蝕開裂的影響。

    外部應(yīng)力腐蝕開裂（ESCC）在氯化物或其他鹵鹽存在于環(huán)境中極易發(fā)生，當(dāng)水汽穿過保溫層到達設(shè)備的熱表面，鹽類在水汽進行蒸發(fā)的過程中濃度會變大。水蒸發(fā)后會被保溫層吸收、留存，而鹽類則被留在了金屬表面，因此金屬表面的鹵鹽濃度很高，為外部應(yīng)力腐蝕開裂提供了條件。

    當(dāng)外部水汽和鹽分進入一個惰性、吸水性的保溫層材料時，如果不銹鋼表面缺乏有效的油漆保護，ESCC發(fā)生的概率將會很大。

    氯化物的來源來自兩個方面：1）內(nèi)部，保溫材料包括：保溫層，粘結(jié)劑，填縫劑，水泥等，設(shè)備運行一段時間后，其中這些材料內(nèi)部包含可溶性的氯化物進行的溶解；2）外部，包括雨水、海岸鹽霧、融雪劑、外部系統(tǒng)滅火測試、系統(tǒng)泄漏等等，保溫層在運行一段時間后（大約5年左右）的破壞也會引入這些污染物，外部的這些污染是隔熱腐蝕氯鹽的大部分來源。氯化物大部分以NaCl的形式存在，其他形式的氯離子包括：氯化氫氣體、鹽酸、水解性的有機氯化物、在溫度45℃即熱分解的聚氯乙烯（PVC）等。

    不銹鋼大多數(shù)的ESCC發(fā)生溫度區(qū)間在50到175℃之間。在溫度循環(huán)的作用下，水汽凝結(jié)/蒸發(fā)，使得氯化鹽的濃度升高聚集在金屬表面。

三．有效解決隔熱腐蝕的方法：

1.采用防水防滲防腐型隔熱保溫涂料：

志盛威華ZS-111防水防腐隔熱保溫涂料只能針對600℃以下的溫度環(huán)境使用，該涂料導(dǎo)熱系數(shù)為0.04w/m.k，隔熱性能優(yōu)異，適合室外及高濕性室內(nèi)高溫管線及設(shè)備的隔熱保溫防腐防水涂裝。該涂料不滲水、吸水，存水率為0，涂料體系不含任何鹵素。

對于600℃以上的高溫志盛威華周工建議：可采用志盛威華ZS-1耐高溫隔熱保溫涂料（耐溫極限可達2300℃）與ZS-111防水防腐隔熱保溫涂料配套涂裝采用復(fù)合涂層的方式解決免隔熱腐蝕的隔熱保溫節(jié)能涂裝。

2.傳統(tǒng)隔熱保溫材料下的耐高溫防腐防滲耐浸泡涂料的涂裝：

隔熱保溫涂料雖然具有薄涂即可達到滿意的隔熱保溫效果、對異型件可做到無遺漏無熱橋涂裝、對空間受限的設(shè)備管道亦可提供足夠的保護、綠色環(huán)保、性價比高等優(yōu)點，但改造涂裝時的造價卻高于常規(guī)隔熱保溫材料。因此大多數(shù)企業(yè)目前采用的還是傳統(tǒng)的隔熱保溫材料。如果能解決這些常規(guī)隔熱保溫材料下的隔熱腐蝕問題，無疑會對整個安全生產(chǎn)帶來很大的幫助。

    常規(guī)高溫管線在車間多采用普通環(huán)氧類防腐涂料涂裝，此類涂料只是確保管線在運抵安裝現(xiàn)場的過程中不會出現(xiàn)銹蝕，在管線安裝后還應(yīng)在此涂刷相應(yīng)的耐高溫涂料，但高溫設(shè)備的安裝往往在常溫下進行，人們關(guān)注得更多的是隔熱保溫而忽略了與設(shè)備使用溫度配套的耐高溫防腐涂料的選擇和涂裝。

    耐高溫防腐是有別于常規(guī)防腐的相對獨立的一門科學(xué)，常規(guī)涂料的耐溫極限大約在120℃，市面上有機硅耐高溫涂料耐溫極限在600-800℃，但有機硅樹脂由于樹脂結(jié)構(gòu)的限制并不能做到，只依靠涂料做到高溫防腐是不現(xiàn)實的。北京志盛威華化工有限公司是專注于“高溫”、“環(huán)?！薄ⅰ肮?jié)能”特種涂料研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的高科技企業(yè)，經(jīng)過三十多年的技術(shù)沉淀，志盛威華已擁有九大產(chǎn)品體系共計百余種特種涂料，已服務(wù)于十萬計的客戶效果明顯性能可靠。目前志盛威華耐高溫涂料耐溫極限已達到3000℃。

    針對隔熱保溫層下的腐蝕，周工建議：600℃以下可采用ZS-911耐磨防水涂料進行防護，600℃至2300℃高溫環(huán)境可采用ZS-811耐高溫防腐涂料進行有效防護。

    志盛威華周工特別提醒：在50-175℃不要采用富鋅類防腐涂料進行隔熱層下的防腐，因為在水份充足的密閉空間，鋅粉很難起到陰極保護作用，在高于60℃是鋅甚至?xí)霈F(xiàn)電位逆轉(zhuǎn)，成為陽極加速鋼鐵材質(zhì)的腐蝕。

總結(jié)：

    高溫腐蝕是真實存在且已經(jīng)引發(fā)了太多的安全事故，在工業(yè)生產(chǎn)、民生供暖等領(lǐng)域必須要正視、重視高溫腐蝕并采用有效的方法進行預(yù)防確保設(shè)備可靠、安全的運行。

 志盛威華 周工        

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