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日期:2016-07-08
多年以来,我国石化行业对保温层下的腐蚀(Corrosion Under Insulation,CUI)问题一直未能引起重视,在研究保温的领域只关注保温层,在研究防腐的领域只重视腐蚀,从而忽视了保温层下的防腐问题,并引发了许多安全事故。据业内人士介绍,保温层下腐蚀其实在装置里面的低压蒸汽管道
包覆有保温层管道和设备的使用寿命与CUI有很大的关系,CUI 的隐蔽性和高危害性已经给工业生产带来了严重的经济问题和安全问题。随着工业特别是石化工业的高速发展,有关CUI 的问题越来越突出,由于CUI 所导致的损失也越来越大,因此,研发新型高效防护涂层及保温材料,
2014年7月9-10日在上海,美国NACE国际与中海油常州涂料化工研究院共同主办的Bring on the Heat China国际研讨会(中国防火和耐高温技术年会)上,将在国内
在世界各国的石化行业中,每年因为保温层下钢结构的腐蚀造成的损失可达数十亿美元,可能造成设备的故障与停工,产品的泄漏,以及部分炼油、化工厂的维修成本的大量增加,严重的甚至可能造成伤亡事故。但是在上世纪50年代之前,保温层下的腐蚀从未被系统地研究过。随着一些保温层下腐蚀造成的严重事故的发生,特别是保温层下一旦发生腐蚀,所涉及的管道和设备必须停工来检查故障,这将造成众多不可预知的经济损失。因此自从1983 年之后,如何保护保温层下的钢结构免受腐蚀,也成为了涂料行业亟需攻克的一个难题。目前国际上对CUI非常重视,已经有完整的解决方案,比如在线监测、在线修复、单向膜等技术都比较成熟。
保温层下腐蚀是指对于高温保温或低温保冷的钢结构管道、储罐或设备,由于其外表面被保温层所覆盖,在正常运行尤其是发生热循环的条件下,由于保温层下的水分发生冷凝,从而造成局部的电解质溶液聚集,进而引起钢材腐蚀。
保温层下腐蚀的严重性在于无法及时发现。一般为了美观效果,在做完保温层后往往在保温材料外面包覆一层不锈钢或铝箔。因此,往往看到保温层下腐蚀的时候已经太迟了,经常导致各种失效事故的发生。尤其是当运行温度低于150℃时,保温层下往往会存在一定量的冷凝水。另外,保温层下设备在建造期和定期的检修时间内也会形成腐蚀发生的微环境。
研究表明:发生保温层下腐蚀的概率在设备运行5年以上后将大幅上升,而运行10年后的保温层中60%都含有腐蚀性冷凝水。对于石化行业而言,保温层下的腐蚀还有其特殊性,就是由于石化行业涉及到很多不同工艺,因此在保温层下的钢结构往往还要经历热循环的过程。而对于传统高温涂料而言,由于热膨胀系数与钢铁的不同,经历热循环往往导致涂层内应力增加,
美国腐蚀工程师协会NACE 综合了各方面的研究成果,于1998 年正式出版了NACE RP0198-1998 来规范保温层下腐蚀的防护问题。NACE RP0198-2004提出保温层下防腐
对于保温层下的腐蚀,传统的高温涂料,如硅酮铝粉漆等由于膜厚偏低,耐高温性能优异但是防腐性能有限。因此不太适合于设计防腐年限较长的低温保温层防腐。而以前许多石化行业在保温层下使用无机硅酸锌防腐,近年来研究表明:在60~120℃条件下金属锌可能与铁发生极性反转,并且在50~150℃水中锌反应迅速,因此NACE RP0198 规定,在50~150℃的保温层下禁止使用无机硅酸锌涂料进行防腐。
专家研究认为,保温材料是对容器和管道进行隔热保温的重要组成部分,是包裹在管道或设备外面的第二道屏障。合理地设计和安装高质量的保温材料以及正确的维护可以有效地提高对CUI的防护效率。保温材料分为疏水性和亲水性,疏水性保温材料按原理又分为自身疏水(泡沫玻璃) 和加入化学添加剂疏水(如WRG岩棉、Pyrogel XT等);而常用的亲水性材料有岩棉、硅酸钙等。CUI是金属长期暴露于潮湿环境中的产物,因此,贮存水分
实践表明,几乎没有保温材料可以避免CUI。一方面保温材料与金属表面间的环形空隙以及设备和管道外表面本身的缺陷都可以收集水分和腐蚀性介质,从而使得其聚集和浓缩,增强腐蚀性,另一方面保温材料本身具有水溶性、渗透性和可湿性,材料内部和外界的腐蚀污染物(氯化物、硅酸盐等) 都会随着水分的进入而溶解,加大腐蚀液浓度,加速腐蚀速率。因此,常要求保温材料可浸出Cl-含量要小于10 mg/kg,有些保温材料会在加工制造时期加入腐蚀抑制剂来预防CUI。但后来的工程实例表明,随着腐蚀抑制剂循环性地溶入水中后再干燥,抑制剂会被水分带走,因此,加入腐蚀抑制剂的保温层跟不加腐蚀抑制剂的保温层效果基本相同;加入疏水剂的保温材料可以提高对CUI的防护,但是不同疏水材料对水分的贮存能力不同,其干燥速率也不相同,贮水能力更强的材料,干燥时间也更久,其发生CUI的风险也更大。
金属表面外防护涂层从物理上隔断了潮湿腐蚀环境和污染物与金属表面的直接接触,能够在一定程度上预防基体金属发生腐蚀。CUI发生的环境条件决定了所采用的防护涂层要具有防腐蚀性、抗氧化性、耐热性以及热循环抗性;高温条件下不降解、能承受热膨胀和收缩引起的应力;能在较低的表面预处理要求下快捷高效地进行喷涂并与基体良好地结合;能够为基底材料提供足够的屏障来抵抗存在的腐蚀性污染物以及热水和水蒸汽的腐蚀。不恰当的选择涂层或不合格的涂层很容易发生化学降解,使得水的渗透性增加,在这种情况下,即使涂层没有发生破损,也会增加水的渗入,发生CUI。因此,保温材料下防护涂层或保温材料外防护层的完整性和破损程度都直接影响CUI的发生。
传统有机涂层和热喷铝涂层被广泛用于CUI的防护,但前者有时会出现涂层过早破裂所导致的严重CUI发生。因此,对于金属表面防护涂层,在实际应用时,应综合考虑