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包裹保溫層下的管道防腐原因分析與防護(hù)

志盛威華 周工

    巖棉保溫層表面往往會(huì)以鐵皮或鋁皮進(jìn)行防護(hù)，人們往往會(huì)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(hù)層傳遞的信息與實(shí)際情況是不相符的，被表象所麻痹是非常危險(xiǎn)的。

    在工程維修過(guò)程中，當(dāng)巖棉保溫層被打開(kāi)后，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)原有的防腐涂層消失不見(jiàn)，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(duì)此種腐蝕發(fā)生的原因、防止方法進(jìn)行了詳細(xì)的分析和分享：

    巖棉保溫層下的腐蝕在國(guó)際上被稱(chēng)為：Corrosion under insulation(CUI)翻譯過(guò)來(lái)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(kāi)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(gè)文獻(xiàn)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(jī)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(jī)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(gè)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(rùn)性，容易從外界環(huán)境中吸取水份；

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

4.         保溫材料在生產(chǎn)制作、儲(chǔ)運(yùn)安裝過(guò)程中帶來(lái)污染物加速腐蝕的發(fā)生。

    保溫層下的水汽主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面：外界的水（水汽）滲透、冷凝。

    由于外界保護(hù)材料的設(shè)計(jì)缺陷、異形部位安裝精密度達(dá)不到、施工失誤造成的缺陷、機(jī)械損傷、疏于維護(hù)等原因，都會(huì)使水汽進(jìn)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(shí)間就越短，水汽在腐蝕過(guò)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(lái)越小，在此環(huán)境下，100℃以上環(huán)氧類(lèi)涂層會(huì)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(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)下，水中的氧含量隨著溫度升高而降低。在開(kāi)放環(huán)境中，當(dāng)溫度高于80℃時(shí)，碳鋼的腐蝕速率開(kāi)始下降。但傳統(tǒng)隔熱保溫層與防腐涂層之間卻類(lèi)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(huà)，富氧腐蝕會(huì)在一個(gè)密閉的系統(tǒng)中發(fā)生。水汽中溶解的鹽分更會(huì)加速設(shè)備的腐蝕。

    在實(shí)際工況的測(cè)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(shí)，一般沒(méi)有腐蝕；當(dāng)溫度高于175℃時(shí)，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(jī)檢修等問(wèn)題，溫度區(qū)間處于-4至175℃之間時(shí)，隔熱腐蝕會(huì)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(hù)材料相對(duì)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(jī)理：

    不銹鋼合金對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)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(duì)保溫層下的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂會(huì)相對(duì)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(huì)受到外界應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的影響。

    外部應(yīng)力腐蝕開(kāi)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(guò)保溫層到達(dá)設(shè)備的熱表面，鹽類(lèi)在水汽進(jìn)行蒸發(fā)的過(guò)程中濃度會(huì)變大。水蒸發(fā)后會(huì)被保溫層吸收、留存，而鹽類(lèi)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(kāi)裂提供了條件。

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

    氯化物的來(lái)源來(lái)自?xún)蓚€(gè)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(yùn)行一段時(shí)間后，其中這些材料內(nèi)部包含可溶性的氯化物進(jìn)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(cè)試、系統(tǒng)泄漏等等，保溫層在運(yùn)行一段時(shí)間后（大約5年左右）的破壞也會(huì)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(lái)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(jī)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(duì)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(xiàn)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(duì)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(dá)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(dá)到滿(mǎn)意的隔熱保溫效果、對(duì)異型件可做到無(wú)遺漏無(wú)熱橋涂裝、對(duì)空間受限的設(shè)備管道亦可提供足夠的保護(hù)、綠色環(huán)保、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，但改造涂裝時(shí)的造價(jià)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(wèn)題，無(wú)疑會(huì)對(duì)整個(gè)安全生產(chǎn)帶來(lái)很大的幫助。

    常規(guī)高溫管線(xiàn)在車(chē)間多采用普通環(huán)氧類(lèi)防腐涂料涂裝，此類(lèi)涂料只是確保管線(xiàn)在運(yùn)抵安裝現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)銹蝕，在管線(xiàn)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(jìn)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(duì)獨(dú)立的一門(mén)科學(xué)，常規(guī)涂料的耐溫極限大約在120℃，市面上有機(jī)硅耐高溫涂料耐溫極限在600-800℃，但有機(jī)硅樹(shù)脂由于樹(shù)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(shí)的。北京志盛威華化工有限公司是專(zhuān)注于“高溫”、“環(huán)?！薄ⅰ肮?jié)能”特種涂料研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售的高科技企業(yè)，經(jīng)過(guò)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(jì)百余種特種涂料，已服務(wù)于十萬(wàn)計(jì)的客戶(hù)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(dá)到3000℃。

    針對(duì)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(jìn)行防護(hù)，600℃至2300℃高溫環(huán)境可采用ZS-811耐高溫防腐涂料進(jìn)行有效防護(hù)。

    志盛威華周工特別提醒：在50-175℃不要采用富鋅類(lèi)防腐涂料進(jìn)行隔熱層下的防腐，因?yàn)樵谒莩渥愕拿荛]空間，鋅粉很難起到陰極保護(hù)作用，在高于60℃是鋅甚至?xí)霈F(xiàn)電位逆轉(zhuǎn)，成為陽(yáng)極加速鋼鐵材質(zhì)的腐蝕。

總結(jié)：

    高溫腐蝕是真實(shí)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(jìn)行預(yù)防確保設(shè)備可靠、安全的運(yùn)行。

 志盛威華 周工