唐小君

氯堿工業(yè)是基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)中腐蝕最為嚴(yán)重的化工原料生產(chǎn)部門(mén)之一。其生產(chǎn)過(guò)程中所處理的物料以及生產(chǎn)的中間產(chǎn)品或成品,比如食鹽水、濕氯氣、鹽酸、熔融堿等都是腐蝕性極強(qiáng)的介質(zhì),這些強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)一般在特制設(shè)備、管道內(nèi)運(yùn)行,但生產(chǎn)過(guò)程中的“跑、冒、滴、漏”以及工廠排放的廢水、廢氣、廢渣中夾帶排出的腐蝕性介質(zhì),對(duì)廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件有較強(qiáng)的腐蝕作用。

筆者曾多次參與某氯堿化工企業(yè)對(duì)其生產(chǎn)裝置及廠房的例行安全檢查,發(fā)現(xiàn)部分廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件腐蝕嚴(yán)重而影響到企業(yè)的正常生產(chǎn)。因此,如何防止和控制化學(xué)腐蝕性介質(zhì)對(duì)化工廠房結(jié)構(gòu)的腐蝕,確保廠房的合理使用壽命,是我們?cè)O(shè)計(jì)人員在今后的工作中需認(rèn)真探索的課題,本文對(duì)此作一論述。

1 結(jié)構(gòu)防腐蝕設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

1.1 廠房結(jié)構(gòu)選型

根據(jù)《防腐規(guī)范》3.1.4條腐蝕性介質(zhì)對(duì)建筑材料的腐蝕等級(jí)的不同,恰當(dāng)?shù)倪x擇廠房結(jié)構(gòu)形式,對(duì)確保廠房結(jié)構(gòu)的合理使用壽命十分關(guān)鍵。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承載力高、易于施工、易于表面防護(hù)等優(yōu)點(diǎn)是工業(yè)建筑優(yōu)先選用的結(jié)構(gòu)形式之一,因而氯堿企業(yè)中常見(jiàn)的廠房結(jié)構(gòu)多為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架(或排架)結(jié)構(gòu);鋼結(jié)構(gòu)自重輕、施工周期短、造價(jià)低,但耐火及耐腐蝕性能極差,工程中較少采用,當(dāng)一些次要構(gòu)件業(yè)主要求采用輕鋼結(jié)構(gòu)時(shí),設(shè)計(jì)中要有便于更換的處理措施。而砌體結(jié)構(gòu)對(duì)化工生產(chǎn)裝置廠房而言,因其抗水平推力差,抗爆炸沖擊力以及抗震性能差等因素,一般極少選擇用于廠房的承重結(jié)構(gòu)。

1.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

氯堿廠房鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件不但要承受各種荷載的作用,還要承受化學(xué)腐蝕介質(zhì)的腐蝕作用。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫和混凝土施工的缺陷以及混凝土本身的空隙都是腐蝕介質(zhì)侵蝕的路徑,混凝土及鋼筋的腐蝕將使構(gòu)件承載力下降。因此,在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)廠房的防腐蝕設(shè)計(jì)中,對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件的裂縫控制、構(gòu)造措施、表面防護(hù)均應(yīng)采取相應(yīng)控制處理措施,并相應(yīng)提高結(jié)構(gòu)承載力的耐腐蝕儲(chǔ)備,提升廠房結(jié)構(gòu)自身的抗腐蝕能力。

表1 結(jié)構(gòu)混凝土的基本要求

腐蝕性介質(zhì)對(duì)構(gòu)件的腐蝕一般是由外表向內(nèi)部逐步進(jìn)行的。混凝土的抗?jié)B性能對(duì)腐蝕的速度起重要影響。混凝土的抗?jié)B性能主要決定于混凝土的密實(shí)度,而對(duì)混凝土密實(shí)度起控制作用的是水灰比和水泥用量。因此,在腐蝕環(huán)境下,結(jié)構(gòu)混凝土的基本要求不得低于表1的要求。

控制建筑物構(gòu)件橫向裂縫及裂縫寬度也是防腐蝕設(shè)計(jì)的要點(diǎn)之一。構(gòu)件裂縫寬度過(guò)大,在腐蝕性介質(zhì)的直接作用下,將導(dǎo)致鋼筋的銹蝕。故裂縫控制等級(jí)和最大裂縫寬度允許值不得大于表2的要求。

表2 裂縫控制等級(jí)和最大裂縫寬度允許值

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是混凝土與鋼筋的復(fù)合體,它的腐蝕形態(tài)除混凝土自身的腐蝕外還有鋼筋的銹蝕。增加鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度,能有效阻隔腐蝕性介質(zhì)到達(dá)鋼筋表面的時(shí)間,是提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要措施。但過(guò)分加大保護(hù)層厚度也會(huì)加大受彎構(gòu)件橫向裂縫?！斗栏?guī)范》對(duì)混凝土保護(hù)層最小厚度的強(qiáng)制規(guī)定見(jiàn)表3。

表3 混凝土保護(hù)層最小厚度

1.3 鋼結(jié)構(gòu)

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件或桿件來(lái)說(shuō),受腐蝕后強(qiáng)度和剛度削弱明顯,太薄的桿件一旦腐蝕便很快喪失承載力。因此,氯堿化工企業(yè)在強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)作用下的建(構(gòu))筑物受力構(gòu)件的選型應(yīng)慎用鋼結(jié)構(gòu)做主要的承重結(jié)構(gòu),并對(duì)鋼構(gòu)件的除銹和表面防護(hù)處理引起高度重視。腐蝕性等級(jí)為強(qiáng)、中時(shí),桁架、柱、主梁等重要受力構(gòu)件不應(yīng)采用格構(gòu)式和冷彎薄壁型鋼。鋼結(jié)構(gòu)桿件截面的厚度應(yīng)符合下列規(guī)定:1)鋼板組合的桿件不小于6 mm。2)閉口截面桿件不小于4 mm。3)角鋼截面的厚度不小于5 mm。桁架、柱、主梁等重要鋼構(gòu)件和矩形閉口截面桿件的焊縫應(yīng)采用連續(xù)焊縫。角焊縫的厚度不應(yīng)小于桿件厚度與8 mm之間的較小者。

1.4 淺基礎(chǔ)

基礎(chǔ)的耐久性是結(jié)構(gòu)安全使用的關(guān)鍵。氯堿工業(yè)產(chǎn)品中的燒堿以及氯氣處理用的硫酸等酸堿強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)滲入土壤后,能使地基土膨脹,造成上部結(jié)構(gòu)的破壞。故基礎(chǔ)材料的選擇和基礎(chǔ)埋深應(yīng)滿足:1)基礎(chǔ)應(yīng)采用素混凝土、鋼筋混凝土或毛石混凝土;2)素混凝土和毛石混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C25;3)鋼筋混凝土的混凝土強(qiáng)度等級(jí)宜符合表1的要求;4)生產(chǎn)過(guò)程中,當(dāng)有硫酸、氫氧化鈉、硫酸鈉等介質(zhì)泄漏作用能使地基土產(chǎn)生膨脹時(shí),埋深不應(yīng)小于2 m;5)生產(chǎn)過(guò)程中,當(dāng)有腐蝕性介質(zhì)泄漏作用時(shí),埋深不應(yīng)小于1.5 m;6)基礎(chǔ)附近有腐蝕性溶液的儲(chǔ)槽或儲(chǔ)罐的地坑時(shí),基礎(chǔ)的底面應(yīng)低于儲(chǔ)槽或地坑的底面不小于500 mm。基礎(chǔ)回填土要采用未受腐蝕介質(zhì)腐蝕的黏土回填,并分層夯實(shí)。

2 建筑防護(hù)

2.1 樓地面

廠房樓、地面面層材料的選擇既要滿足防腐要求,還要滿足設(shè)備和管道安裝、維修的沖擊要求以及耐磨、耐候性、耐溫性的要求。麻石及耐酸磚等材料是理想的防酸(氫氟酸除外)、堿介質(zhì)的面層材料,工程上較為常用,其砌筑的膠結(jié)料及勾縫材料等防腐材料的選擇應(yīng)根據(jù)腐蝕介質(zhì)的不同慎重選取,承受腐蝕介質(zhì)作用且經(jīng)常沖洗的樓面、地面,受強(qiáng)腐蝕性易溶鹽作用且易溶鹽會(huì)吸濕潮解的地面均需設(shè)隔離層,隔離層的材料應(yīng)根據(jù)具體情況決定。采用塊狀材料面層時(shí),面層與結(jié)合層的材料應(yīng)有適當(dāng)?shù)拇钆?。敞開(kāi)式廠房地面及室外散水、明溝、腐液收集池的防腐要協(xié)調(diào)一致。地面防護(hù)還應(yīng)處理好墊層、排水、擋水、伸縮縫等有關(guān)問(wèn)題。

2.2 結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的表面防護(hù)

在氣態(tài)介質(zhì)和固態(tài)粉塵介質(zhì)作用下,混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)的表面涂層選取常需根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性等級(jí)和防護(hù)層使用年限以及涂層耐酸、耐堿、耐候、耐磨的特性等因素綜合確定。以電解廠房屋蓋系統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土折線形屋架及屋架鋼支撐體系的表面防護(hù)為例,電解產(chǎn)生的濕氯氣溫度高,并伴有大量的水蒸氣和鹽霧的雜質(zhì),這些強(qiáng)腐蝕介質(zhì)對(duì)廠房屋蓋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)均為強(qiáng)腐蝕作用。依據(jù)《防腐規(guī)范》對(duì)防腐涂層設(shè)計(jì)要求以及《防腐規(guī)范》附錄C“防腐蝕涂層配套”的規(guī)定,對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土折線形屋架、大型屋面板底面及屋架鋼支撐進(jìn)行基層處理后選擇表面涂層涂刷?；炷翗?gòu)件的基層處理可采用稀釋的環(huán)氧涂料刷1遍再用膩?zhàn)诱移?。鋼材基層要加?qiáng)除銹處理,鋼材的銹蝕等級(jí)及除銹等級(jí)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8923-1988涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)的規(guī)定,鋼材除銹等級(jí)還與涂層的品種以及構(gòu)件的重要性有關(guān)。由于防腐涂層價(jià)格較普通裝飾材料昂貴,涂層厚度及使用年限應(yīng)綜合項(xiàng)目投資的總體要求而定。防腐涂層必須定期涂刷,以確保結(jié)構(gòu)的耐久性。對(duì)于參考使用年限一般以5年～10年為宜。

2.3 淺基礎(chǔ)與墊層的防護(hù)

廠房淺基礎(chǔ)埋于地面以下,很難定期進(jìn)行檢查和維修,為了確保廠房結(jié)構(gòu)的安全,在強(qiáng)、中腐蝕介質(zhì)作用下的基礎(chǔ)及地基梁要進(jìn)行表面防護(hù)處理。基礎(chǔ)與地基梁可按腐蝕性介質(zhì)的性質(zhì)和作用程度、基礎(chǔ)的重要性分別進(jìn)行防護(hù)。

3 結(jié)語(yǔ)

氯堿工業(yè)項(xiàng)目各工序的主要腐蝕性介質(zhì)各不相同,對(duì)建筑材料的腐蝕各不相同,設(shè)計(jì)過(guò)程中要區(qū)別對(duì)待,認(rèn)真總結(jié)。而控制“腐蝕源”,加強(qiáng)廠房結(jié)構(gòu)自身的抗腐蝕能力和加強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面防護(hù)是項(xiàng)目防腐設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn),需要設(shè)計(jì)方各工種間通力協(xié)作,認(rèn)真分析腐蝕介質(zhì)種類(lèi)、濃度、溫度、作用方式等對(duì)廠房的腐蝕特性,合理選擇耐腐材料,精心指導(dǎo)施工,做好廠房定期維修管理工作,使工程項(xiàng)目既經(jīng)濟(jì),又美觀、安全,使用壽命合理。

[1]GB 50046-2008,工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB/T 50476-2008,混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)管理組,中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)防腐蝕委員會(huì),化學(xué)工業(yè)部建筑設(shè)計(jì)技術(shù)中心站.建筑防腐蝕材料設(shè)計(jì)與施工手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

[4]08J333,建筑防腐蝕構(gòu)造[S].

[5]胡奕弟,溫留漢.鋼筋銹蝕對(duì)混凝土構(gòu)件的影響分析[J].山西建筑,2009,35(8):90-91.