保温层下的碳钢腐蚀与解决方案
2021-06-29 10:31 浏览:181
周建龙1，王箫然1，潘 莹2，胡洋3(1.佐敦涂料(张家港)有限公司，北京 100101；2.武汉材料保护研究所，武汉 430030；3.中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司，山东淄博 255434)
0 前言
保温层下腐蚀(Corrosion Under Insulation，简称CUI)是指发生在包裹保温材料的管道或设备外表面上的一种腐蚀现象。仅仅石化行业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，不仅造成设备故障与停工，产品泄漏，维修成本大量增加，严重的甚至可能造成伤亡事故。不仅如此，在海洋环境下管道保温层、核电厂一回路、二回路、相关辅助系统设备及管线的保温层下的腐蚀也是不容忽视的重要问题，直接关系到设备及管线的安全。
近些年来，随着大量保温层下腐蚀造成严重事故的发生，业内对保温层下金属的腐蚀研究逐渐重视，并取得了初步成果。研究表明，施加了保温结构的设备或管道，运行5 a后发生保温层下腐蚀的概率将大幅上升，使用10 a后的保温层60%都含有腐蚀性冷凝水，极大地提高了CUI发生的概率。Geary W.对炼油装置一段保温管线的腐蚀失效行为进行了研究，发现水分渗透入保温层内是造成腐蚀的原因，并发现水中含有氯化钠及其他工业污染物，这与KaneR. D和Norsworthy R.等的研究结论相一致。姜莹洁等自行设计和建造了CUI模拟试验装置，研究了20钢在模拟条件下的保温层下腐蚀行为，认为腐蚀介质浓度、环境内氧含量及温度都影响CUI腐蚀速率，但温度起主要作用，干湿交替环境下的腐蚀较冷热交替和恒温环境的腐蚀更为严重。目前国内外对与保温层相关的研究主要集中在保温材料的研制与选择、带保温层缺陷的分析与检测等领域。由于保温材料并不能实际解决保温层下金属腐蚀的问题，针对该腐蚀问题，提出有效的解决措施尤其重要，而这方面的研究虽然开始有所涉及[15-16]，但远远不够深入，因此本文通过分析保温层下用量大的碳钢的腐蚀机理，提出保温层下的碳钢腐蚀防护的有效解决方案，希望为解决保温层下碳钢或其他金属的腐蚀问题提供一定思路。
1 保温层下碳钢的腐蚀行为及机理
大多数碳钢高温设备/管线都会包裹很厚的绝热或保温套管，以节约能量、保护设备。国外的研究数据表明：80%的保温层下泄漏发生于管道系统，其中服役16～20 a的管道容易发生泄漏，其次为服役25 a以上的管道，如图1所示。造成这种现象的原因在于国外的管道防腐保护普遍采用了有机涂层体系，其防护寿命本身就达到5～13 a。
高温设备/管线的保温层外往往采用外防护层包裹，有时在保温层与外防护层间还采用一道防潮层(更多现实场合无防潮层)，在保温层下则施加一定厚度的涂层体系对基材进行保护，其结构如图2所示。
外防护层是防止碳钢发生保温层下腐蚀的道屏障，以保护保温层系统免于受到机械或气候伤害，阻止或减少外部水分或腐蚀介质的进入和驻留，其多为彩钢板、铝板或不锈钢材料。其下的防潮层虽在一定程度上可以延缓潮气侵入，但潮气一旦介入，便难以出去，而更多的场合没有防潮层。绝热层或保温层是对管道或设备外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主要屏障。保温层所用材料多为硅酸钙、岩棉及矿渣棉制品、玻璃棉、硅酸铝棉、珍珠岩或泡沫塑料，尽管对热量具有很好的隔绝效果，但由于它们属于毛细结构，特别容易吸附水分，因此不仅难以阻止水汽的入侵，而且难以阻止水汽向外渗透。实践表明，几乎没有保温材料可以避免保温层下碳钢结构发生腐蚀。
尽管对碳钢基材进行了多重保护，然而事实上，碳钢结构在“隔湿”保温层下所经历的腐蚀环境，可能是防护涂料行业内所遇到的具腐蚀性的环境之一，因此保温层下的腐蚀行为引起了国外研究者的广泛关注。1985年颁布了ASTM STP880；1998年，美国腐蚀工程师协会综合了各方面的研究成果，正式出版了NACE RP0198以专门规范保温层下腐蚀的防护问题，2004年和2010年分别对该标准进行了更新。