石油化工循环水塔钢结构的腐蚀与防护方法

石油化工循环水塔钢结构的腐蚀与防护方法1、概述我公司供水系统循环水凉水塔，做为石油化工设备的冷却介质用来解决生产过程中需要冷却的油品，达到生产工艺的要求。是石油炼制工程中不可缺少的一个工艺过程。凉水塔的结构型式无论是恒流干湿式、逆流式或是其它的结构形式，内部都有大量的钢结构。这些钢结构长期在高湿度和受水冲击下工作，存在严重的腐蚀，所以必须采用防腐隔离层。防腐隔离层的好与坏直接影响钢结构的使用寿命。但是在新建的凉水塔往往存在防腐涂层选择不合理，金属表面处理级别低，出现新投用的凉水塔钢结构使用1年左右防腐涂层失去作用，金属结构遭到腐蚀，凉水塔的使用寿命缩短。2、腐蚀情况我公司化肥厂2003年6月新改造的恒流干湿式凉水塔，内部钢结构已全部更新，钢结构总重为250吨，防腐层采用环氧涂料。该钢结构在2005年6月检修时检查发现防腐漆膜大部分已经破损没有使用价值。钢结构部分出现腐蚀，特别是焊道附近金属腐蚀比较厉害，锈蚀层有2～3mm厚左右。锈蚀层下面有较多的像黄豆粒米粒大小不一的点蚀坑，原来的金属表面已经见不到。有部分金属护栏的扁钢在焊道部位断开。没有开裂的防腐层表面发粉，表面上看树脂含量很少。采用划格器检查，发现被划开的防腐层，发脆已没有使用价值。被划开的防腐层下的金属已经被腐蚀，有1mm左右的锈蚀层。这说明防腐层气孔比较多。对整体钢结构的防腐层检查上看早已没有使用价值。另外，炼油厂三循逆流式凉水塔为2003年7月进行改造，钢结构采用环氧磁漆（固化剂为胺类），两道底漆，三道面漆。底面处理达到Sa2.5级。运行3个月左右，防腐层出现发软、起鼓、脱层现象，起不到防腐作用。3、腐蚀原因分析3.1防腐涂层的损坏化肥厂凉水塔钢结构防腐层损坏。首先是金属表面处理不当。因为当时所实施的工艺为人工机械除锈达到St3级，与所选的环氧涂料进行配套，没有达到涂料要求的附着力。因为环氧涂料本身要求与金属表面结合必须达到机械喷砂除锈Sa2.5级。所以从现场涂料脱层的现象看，没有达到要求的附着力。二是所选的涂料树脂含量低，从现场漆膜看干固的防护层树脂含量少而其它填料过多，产生较多粉化颗粒。这样涂层易存在较多的气孔，水分子及其它杂质容易渗透涂层引起金属表面腐蚀。所以该防腐涂层在潮湿的环境下涂层是比较易于通过水的，因水在涂层与金属之间形成界面层，造成涂层的结合强度下降，涂层剥离或鼓包。金属表面遭到腐蚀。从现场没有损坏的涂层采用划痕检查，涂层下面金属表面存在锈蚀层可以说明这一点。炼油厂凉水塔钢结构防腐层损坏。虽然防腐涂层已经固化2个多月，但是使用后遇水防腐涂层发生损坏。所选用的是环氧涂料，酮亚胺为固化剂【1】共三道，期望耐用10年以上。表面喷砂至Sa2.5级，施工时温度正常，为15～25℃，涂装后固化时间最长时间2个月。使用后不到1个月漆膜起泡。原因为，酮亚胺实质上是用酮封闭的多元胺，与空气中潮气接触后析出多元胺及酮，多元胺再与环氧树脂固化。该漆经刷后，漆膜表面与水汽反应而固化，阻滞漆膜丙酮充分挥发，残留的酮有一定的水溶性，引起渗透压使漆膜起泡。这说明所选的配套固化剂不适合在这一环境下使用。3.2涂层下金属腐蚀的原因【2】漆膜下的金属腐蚀是由电化学作用引起的。在阴极,氧有去极化作用,反应如下:O2十H2+2e=2OH-因此,膜下泡内溶液呈微碱性,这时阴极部位的pH值高达13以上。界面一旦成为高碱性状态,就进一步发生基体氧化膜的碱性溶解和漆膜的碱分解。同时,在阳极发生如下反应Fe=Fe2++2eFe2+与氧、水及OH-反应生成Fe(OH)2、Fe(OH)3、Fe2O3·XH2O等腐蚀产物,其体积要增大好几倍,使漆膜鼓起,最后破裂。这时泡内溶液呈酸性,泡内pH值仅为2～4。从漆膜脱落部位产生的阴极、阳极反应来看,由于阴极反应产生的OH-离子使得界面pH值上升,造成Fe2+离子水解:Fe2+十2H2O=Fe(OH)2+2H+这时又使界面pH值降低,从而加速了阳极反应,使腐蚀面积扩大,漆膜剥落的范围增加。部分表面涂层,不到半年出现开裂、脱落,使金属表面遭到腐蚀。另外,由于钢结构在高湿度与水汽中使用,造成设备表面干湿交替进行。金属表面暴露在空气中,当表面存在锈蚀层时（涂层气孔率高时相当于锈蚀层）,锈蚀层就起了水和氧的储槽作用,锈蚀层下基体铁的离子化起了强氧化剂的作用。在一定条件下腐蚀产物会影响大气腐蚀的电极反应。Evans认为大气腐蚀的锈蚀层处在润湿条件下,可以作为强烈的氧化剂。由锈层内Evans模型,可以看出阳极反应发生在金属/Fe3O4界面上,阴极反应发生在Fe3O4/FeOOH界面上,即锈层内发生了Fe3+→Fe2+的还原反应,说明锈层参与了阴极过程。由于天气变化,金属表面温度、湿度随之变化,这样在化学、电化学作用下,金属表面将加速腐蚀。4、防腐材料选择依据根据凉水塔的实际使用情况，对现有的环氧涂料及固化剂的配套性进行了筛选，采用了聚酰胺环氧树脂漆，该漆的特点如下：聚酰胺环氧树脂有较长的脂肪烃碳链。用于胶联环氧树脂时，脂肪烃碳链隔离了环氧树脂内的刚性苯环，在承受冲击时能使分子键有较大的自由度，因而显示了优异的柔韧性。聚酰胺环氧树脂漆为双组份的涂料。其中一组份为环氧树脂漆料及颜料，另一组份是聚酰胺树脂液。两组份混合时，选用配比不同，涂装后漆膜性能亦随之不同。聚酰胺用量大，漆膜的弹性增加，但耐药品性降低。一般认为，以E－20环氧树脂与聚酰胺树脂200，按65：35重量比配制的漆性能最好。聚酰胺环氧树脂漆与胺固化环氧树脂相比特点为：①耐候性好，不易粉化失光；②施工性好，漆膜不易产生桔皮、泛白等弊病；③漆料使用期长，两组份混合后可维持2～4天不胶化④不刺激皮肤，对人体危害性小；⑤两组份配比不像胺固化环氧漆那样要求严格；⑤对金属表面除锈要求不严，并可在潮湿钢铁表面上施工；⑦耐腐蚀及耐溶剂性不及胺固化环氧树脂漆。5、防腐施工及注意事项5.1防腐施工根据所采用的防腐涂料采用了底面处理—底漆两道—中间漆一道—面漆两道的施工工艺，具体施工如下：底面处理：金属表面处理要达到国家级标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB8923-88中Sa2.5级，即要达到“钢材表面应无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层附着物，表面应显示均匀的金属光泽，并用吸尘器、干燥洁净的压缩空气或刷子清除粉尘。表面无任何残留物，并有一定的粗糙度。”底漆一道：底面处理完后检查合格，涂刷一道聚酰胺环氧铁红底漆。该漆由双组份组成，具体配比见产品说明书。中间漆一道：底漆固化12小时后，涂刷一道聚酰胺环氧磁漆涂料。每道漆固化12小时。要求颜色为中灰色。面漆两道：中间漆固化12小时后，涂刷两道聚酰胺环氧磁漆涂料，每道漆固化12小时。第一道要求颜色为浅灰色，第二道为中灰色。5道漆固化后漆膜的厚度大于180μm，7天后投入使用。5.2施工中注意事项5.2.1涂料涂刷前的配制该涂料为双组份，甲组份为环氧树脂、颜料和各种助剂，乙组份为聚酰胺固化剂。使用前将甲、乙组分按65：35的重量进行混合，搅拌均匀后放置10分钟左右熟化即可使用。配制熟化好的涂料须在8小时内用完，避免胶凝而影响施工质量，用多少、配多少，以免浪费。5.2.2涂料的涂刷施工⑴涂刷时可采用刷涂、喷涂、滚涂和刮涂等方法，本次施工采用的是人工刷涂的方法。⑵涂刷第一道涂料时，涂刷须均匀且无遗漏处。涂刷第二层和以后数层时，应均匀交错刷和无遗漏外，涂膜不宜太厚，注意轻涂、均匀。⑶每一道涂刷施工的时间间隔为，夏季应大于4小时，低温（小于5℃禁止施工）时至少在8小时以上。⑷防腐施工全部结束后夏季自然干燥7天以上，低温夏季自然干燥10天以上，即可使用。⑸夏季施工时，若涂料明显变稠，可加入适量专用稀释剂或丙酮进行稀释。6、使用效果化肥厂凉水塔在2005年7月防腐后使用，经过近1年的使用，通过检查漆膜光泽良好，没有起皮、脱落、龟裂的。浸泡的表面比原先采用环氧涂料效果好的多，根本不存在防腐层表面脱层、鼓包粉化的现象。炼油厂凉水塔在2003年8月防腐施工后，使用2年多没有出现发软、起鼓、脱层现象。所以说，该漆在高湿度下与循环水中保守的说使用寿命可在五年以上。7、结论通过使用该材料主要有以下特点：6.1耐水、耐腐蚀性优异。表面气孔率低，所以在循环水水中或潮湿的条件下抗渗透性优异，不易龟裂、耐磨、强度好。6.2该材料漆膜坚韧、附着力强，其中硬度，漆膜致密，韧性好，抗老化性、耐寒性、漆膜光亮性、色泽鲜艳。所以说，针对循环水塔的使用条件，在选用防腐涂料时不但要注意成膜物的成分，还要注意所选的固化剂的搭配，必要时要在相似的环境下进行试验。另外，一定要选用合格的防腐材料，必要时要对材料进行复检。