李勇 趙彥杰

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院周口分院河南周口466000）

鋼質(zhì)壓力容器和壓力管道腐蝕防護

李勇 趙彥杰

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院周口分院河南周口466000）

壓力容器和壓力管道的材質(zhì)一般是鋼材，由于其儲存和輸運的介質(zhì)中含有硫化氫、二氧化碳、氧氣和硫酸鹽等成分，易發(fā)生壓力容器和壓力管道腐蝕破壞，腐蝕已成為引起壓力容器和壓力管道系統(tǒng)可靠性和使用壽命的關(guān)鍵因素。

鋼材；腐蝕；破壞

1 前言

目前，鋼質(zhì)壓力容器和壓力管道腐蝕已越來越引起廣泛關(guān)注，對生成生活造成很大影響，腐蝕會造成介質(zhì)跑、冒、滴、漏，不但污染環(huán)境，甚至?xí)l(fā)生火災(zāi)、中毒、爆炸等惡性事故，造成巨大的經(jīng)濟損失和嚴重的社會影響，也會引起的生產(chǎn)企業(yè)停工停產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量下降等后果。同時，腐蝕產(chǎn)物形成垢層，影響介質(zhì)流速，傳輸效率降低，能耗增加，降低了經(jīng)濟效益，因腐蝕造成的直接和間接經(jīng)濟損失是巨大的。此外，為了有效防止鋼質(zhì)壓力容器和壓力管道的腐蝕、有效延長鋼質(zhì)壓力容器和壓力管道的使用壽命、減少因壓力容器和壓力管道腐蝕而引起的事故、降低經(jīng)濟損失、促進經(jīng)濟社會的快速發(fā)展以及保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全，對鋼質(zhì)壓力容器和壓力管道進行防腐蝕研究，探索防腐蝕新材料、新施工工藝，具有較大的經(jīng)濟意義及社會效益。

目前廣泛采用的是在壓力容器和壓力管道內(nèi)壁涂覆防腐蝕材料，利用涂層把輸送的腐蝕介質(zhì)與壓力容器和壓力管道隔離，以達到對壓力容器和壓力管道的保護。常用的有聚乙烯防腐蝕材料、環(huán)氧樹脂防腐蝕材料、納米材料等，取得了一定的防腐蝕效果。但防腐蝕材料在使用過程中，要與腐蝕介質(zhì)長期直接接觸，腐蝕介質(zhì)中含有大量的H2S、CO2等酸、堿物質(zhì)，會不斷的侵蝕防腐蝕涂層；同時，由于壓力容器和壓力管道中的壓力是不斷變化的，涂層承受的載荷也在不斷變化，在這些因素共同作用下，部分防腐蝕材料會出現(xiàn)鼓泡、開裂甚至脫落的現(xiàn)象，不能起到長期防腐的效果。

2 國內(nèi)外的防腐蝕研究概況

鑒于壓力容器和壓力管道腐蝕問題的復(fù)雜性和嚴重性，國內(nèi)外對壓力容器和壓力管道防腐蝕技術(shù)都很重視，防腐涂層技術(shù)是目前國內(nèi)外最為廣泛應(yīng)用的防腐蝕措施，防腐蝕涂層的應(yīng)用極大地減少了腐蝕的發(fā)生和危害。

在美國鋪設(shè)大直徑的新建壓力容器和壓力管道一般都是采用溶結(jié)環(huán)氧粉末涂層[1]。其優(yōu)點是具有優(yōu)良的表面容忍性。缺點包括表面處理的變化可能會引起粘結(jié)問題，在重疊處經(jīng)常會粘結(jié)不好，在表面狀況不好的地方會產(chǎn)生涂層不連續(xù)，破壞粘結(jié)的質(zhì)量和性能。

德國原油及成品油罐內(nèi)壁防腐多采用聚氨酯涂料，由于在聚氨酯涂料在施工及使用過程中會釋放出有毒物質(zhì)，制約了其應(yīng)用范圍[2]。

日本國內(nèi)儲油罐中有66.5%采用乙烯酯和聚酯玻璃鱗片作為內(nèi)壁防腐蝕涂料，27.1%的采用環(huán)氧涂料，6.4%的采用鋅粉涂料。缺點是使用涂層厚度較薄，平均為0.7mm，其中環(huán)氧涂層最小厚度為0.05mm，使用壽命較短，一般為7～10年[3]。

我國在1985年開始使用溶結(jié)環(huán)氧粉末涂層，其優(yōu)點是鋼管的粘結(jié)力強、機械性能好，使用溫度高，良好的膜完整性、耐陰極剝離性、耐磨損等。缺點是涂層較薄，對損傷的抵抗力差，特別是高溫條件下吸水率較高[4]。

納米技術(shù)是一門新興技術(shù)，利用納米技術(shù)對有機涂層防腐材料進行改性，可有效提高其綜合性能，特別是增加材料的機械強度、硬度、附著力，提高耐老化性、耐候性等，達到更好的防水、防腐效果。目前這項技術(shù)還處于起步階段，技術(shù)不成熟且成本較高，不利于大規(guī)模使用[5]。

3 常用的防腐蝕襯里材料

目前常用的壓力容器和壓力管道防腐蝕襯里有機材料一般是由塑料、合成橡膠和復(fù)合材料制成的聚合物。這些材料通過一定的加工工藝被加工成合適的形式，同時為了達到某些特定的性能而需要加入適當(dāng)?shù)念伭希罱K在被壓力容器和壓力管道內(nèi)表面形成防腐蝕涂層，使被保護對象與腐蝕性介質(zhì)隔離，起到腐蝕防護的目的。

壓力容器和壓力管道常用的防腐蝕材料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等通用高分子材料與氟碳材料等特種高分子材料，近年又逐漸開發(fā)出納米級材料、有機鈦等新型材料。

研究表明壓力容器和壓力管道工作過程中壓力波動較頻繁且輸運介質(zhì)具有較強的腐蝕性，部分防腐蝕材料在投入使用后很短時間內(nèi)就出現(xiàn)開裂、脫落等現(xiàn)象，使其防護失效，因此需要選擇一種防腐能力強、耐候性較好的材料，常用材料的性能分析情況如下：

3.1 環(huán)氧樹脂

環(huán)氧樹脂的分子鏈是由碳-碳鍵和醚鍵構(gòu)成的，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，能耐稀酸、堿和一些溶劑。環(huán)氧基團能與多種固體介質(zhì)表面，特別是金屬表面上的游離鍵起反應(yīng)形成化學(xué)鍵，因此環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的黏結(jié)性[6]。在與固化劑交聯(lián)固化后，能夠體現(xiàn)出優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性、抗水性。

環(huán)氧樹脂在固化前，通常以低分子的預(yù)聚物液體形式存在，經(jīng)過固化劑的交聯(lián)固化，才具有符合腐蝕工程應(yīng)用要求的使用性能，具有優(yōu)良的黏結(jié)性能，耐化學(xué)藥品性及良好的力學(xué)性能、耐熱性能和電氣性能，但耐候性能及柔韌性能較差。

3.2 聚乙烯

聚乙烯是一種熱塑性材料，其密度小于水，大約在90～130℃軟化，是一種很好的電絕緣體，耐化學(xué)腐蝕性很好，化學(xué)工業(yè)中應(yīng)用最多的是聚乙烯薄膜。通常高密度聚乙烯的耐蝕性較低密度聚乙烯稍好一些。低密度聚乙烯與高密度聚乙烯摻和可以用于注塑制備化工設(shè)備、電工器材、密封件軸套等[7]。

聚乙烯樹脂防腐蝕材料具有較好的耐候性、耐水性、柔韌性，因此本課題選用聚乙烯防腐蝕材料作為研究對象之一，通過理論和實驗進行研究，同其他材料進行對比分析，評定其在鋼質(zhì)壓力容器和壓力管道防腐蝕方面的優(yōu)劣之處。

3.3 聚丙烯

聚丙烯具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，除了強氧化劑、濃硫酸、濃硝酸等對它有侵蝕外，其他試劑對聚丙烯無作用。聚丙烯是非極性結(jié)晶型聚合物，在室溫下不溶于任何溶劑，直到100℃仍可以耐多種酸、堿和鹽類溶液。

聚丙烯在一般溫度下作為結(jié)構(gòu)材料使用，但其彈性模量較低，又隨著溫度上升而降低，鋼材的彈性模量在196～206GPa之間。因此在用于鋼質(zhì)壓力容器和壓力管道防腐蝕中，隨著介質(zhì)溫度的不斷變化，聚丙烯與鋼材之間由于彈性模量差別較大，因此會造成涂膜與鋼材之間分離甚至脫落。此外，聚丙烯對氧比較敏感，在氧的作用下會降解產(chǎn)生低分子物被分解。

3.4 氟塑料

氟塑料是各種含氟塑料的總稱，氟碳防腐蝕材料具有傳統(tǒng)合成樹脂防腐蝕材料所無法比擬的獨特性能[8]。由于氟碳防腐蝕材料中的基料氟樹脂所含C-F鍵是已知的最強的分子鍵之一，鍵能高達486J/mol，且分子鍵距較短。因此氟碳防腐蝕材料具有優(yōu)異的耐酸、耐堿、耐溫、自潤滑、抗輻射性等性能[9]。

目前氟聚合物以防腐蝕材料形式應(yīng)用的品種較多，在準備防腐蝕材料的時候，為了滿足不同的用途，通過添加填充料和顏料對原聚合物進行改性[10]。無機填充料可減小涂層成型后的收縮率。填充高分子聚合物形成高分子合金涂層可以改善涂層的機械性能和物理性能。在氟樹脂防腐蝕材料準備涂層的時候，不僅要考慮涂層本身的性能，而且還應(yīng)考慮涂層的制備方法。氟塑料具有較好的防腐蝕性能、耐溫性和化學(xué)穩(wěn)定性，已經(jīng)在化工、冶金、石油等行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，取得了較好的效果。

[1]艾云龍主編.工程材料及成型技術(shù).北京：科學(xué)出版社，2007：63-70

[2]董祥忠主編.特種成型與連接技術(shù).北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.3:224-230

[3]張聯(lián)盟.材料科學(xué).北京：高等教育出版社，2005.2：398-462

[4]秦國治，田志明編著.防腐蝕技術(shù)應(yīng)用實例.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.4:267-276

[5]秦國治，王順.油罐腐蝕與防護.腐蝕與防護.1999，（9）：408

[6]張聯(lián)盟.材料科學(xué).北京：高等教育出版社，2005.2：398-462

[7]溫樹林等.材料科學(xué)與微觀結(jié)構(gòu).北京：科學(xué)出版社，2007：129-130

[8]秦國治，田志明編著.防腐蝕技術(shù)應(yīng)用實例.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.4:267-276

[9]胡宏偉.聚氟乙烯的合成與應(yīng)用有機氟工業(yè)，1991，（5-6）:23-29

[10]劉結(jié)，董亦森.新型氟碳建筑涂料-聚偏氟乙烯涂料.廣州化工，2000，28（2）：19-24

李勇，（1983—），男，碩士研究生，工程師，從事特種設(shè)備檢驗工作。