孫雷雷，田文韜，聶文，劉志永

（中石化天然氣榆濟管道分公司，山東濟南250000）

霧霾天氣對長輸管道站場設備的腐蝕影響研究

孫雷雷，田文韜，聶文，劉志永

（中石化天然氣榆濟管道分公司，山東濟南250000）

為了探究霧霾天氣對長輸管道站場設備的影響，以榆濟管道平遙增壓站為例，系統(tǒng)分析了設備涂層失效及基材腐蝕的原因，揭示了霧霾天氣是如何影響設備腐蝕行為的，探討了霧霾天氣影響涂層失效及基材腐蝕的主要因素，提出了相應的防治措施，以期解決設備腐蝕問題，確保管線的安全、平穩(wěn)運行。

霧霾天氣；設備腐蝕；鋼質基材設備；天然氣

霧霾天氣是霧和霾的統(tǒng)稱，近年來引起了人們的廣泛關注。霧是指由許多漂浮在近地大氣中的小水滴或冰晶組成的氣溶膠天氣；霾是大氣中的灰塵、SO2、NO、有機碳氫化合物等粒子造成大氣普遍渾濁的天氣現(xiàn)象。霧與霾的區(qū)分在于相對濕度，一般出現(xiàn)霾天氣時相對濕度不大于80%，而出現(xiàn)霧天氣時相對濕度是飽和的。此外，在一定條件下霧與霾是可互相轉換的。

2016年，中國各地屢屢出現(xiàn)霧霾天氣，遍布陜、晉、豫、冀、魯?shù)扔軡艿劳緩降氖∈?，因此，不僅需要重視霧霾對職工健康的危害，也應研究其對金屬設備的影響。長輸管道站場使用的鋼質基材設備在途經霧霾地區(qū)時，經過多年運行，涂層已失效，進而導致其抗蝕性大大降低，腐蝕速度逐漸加快。設備的防腐蝕性能是保障長輸管道站場安全運行的基本條件，因此，有必要重視霧霾天氣對設備的腐蝕影響研究。本文以榆濟管道平遙增壓站為例，探究了霧霾天氣是如何影響設備腐蝕行為的，提出了有效的防治措施，提高了設備的完好性和可靠性。

1 站場環(huán)境概括

平遙增壓站為壓縮機站，主要功能是為干線天然氣增壓，以提高管線的輸送能力，具有分輸計量、清管、天然氣除塵等功能。該站有壓縮機組、空冷器、儀表風系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等大型關鍵系統(tǒng)設備，直接暴露于大氣的有空冷器、高位油箱、冷卻水塔、儀表風儲罐、消防水儲罐、工藝管線及附屬閥門等。該站設備較多且重要，因此，更需做好設備的防腐工作，提高設備的完好性。

該站地處太原盆地，瀕臨產焦區(qū)。山西省是以煤炭為主要能源的省份，在2013年該省能源消費總量中，煤炭比例高達90%.平遙縣居民也以煤炭為主要的取暖材料，燃燒煤炭產生大量煤煙，加之產焦區(qū)排放的污染物，該區(qū)的霧霾問題很嚴重。根據(jù)1980—2012年山西108站霾觀測資料發(fā)現(xiàn)，平遙是該區(qū)霾高發(fā)中心（輕微霾、輕度霾、重度霾平遙均為太原盆地的高發(fā)中心），年平均輕微霾日數(shù)高達135.71 d，年平均輕度霾日數(shù)17.85 d，年平均重度霾日數(shù)3.12 d。調查發(fā)現(xiàn)，該站設備已出現(xiàn)了不同程度的腐蝕，所以，筆者通過研究其腐蝕現(xiàn)象分析了霧霾天氣是如何影響腐蝕行為的。

2 腐蝕現(xiàn)象及其原因

設備腐蝕一般有2個過程：①涂層失效；②基材表面大氣環(huán)境腐蝕。當設備涂層有效的情況下，理論上是可以避免腐蝕的形成，但由于施工質量、涂層老化或運行過程中的振動等原因，導致涂層失效，進而使基材暴露，發(fā)生大氣環(huán)境腐蝕。設備腐蝕的原因是復雜的，大氣環(huán)境腐蝕是其中一個主要原因。

2.1 腐蝕現(xiàn)象

設備腐蝕主要發(fā)生在涂層失效、潮濕、易積聚粉塵等部位。主要表現(xiàn)如下：①空冷器百葉窗、冷卻水塔風機機殼及噴淋泵、儀表風儲罐及消防水儲罐底座、閥蓋與閥體之間、法蘭縫、閥門底座、管道支撐座等，這些部位易積聚粉塵遇水形成濕潤環(huán)境，相比其他部位而言，是設備腐蝕最嚴重的區(qū)域。②儀表風儲罐及消防水儲罐罐體、罐頂?shù)龋浔砻娣e大，涂層受暴曬、雨淋、霧霾中的污染離子等外界因素的作用，導致局部粉化開裂，為基材表面大氣環(huán)境腐蝕提供了通道，形成局部腐蝕。同樣，這也是工程結構中十分常見的一種腐蝕形貌。③工藝管道下側，露水或雨水沿管道匯聚于該處，且該處不易被陽光照射，比其他部位潮濕，因此，該處電化學反應嚴重，腐蝕現(xiàn)象明顯。

2.2 涂層失效的原因

涂層失效的主要原因是其老化過程，涂層長期受惡劣的自然環(huán)境影響，會形成降解反應，導致其漸漸老化失效，加之霧霾中的SO2、NO等滲入后，與分子鏈上某些基團反應，改變了分子鏈結構，導致涂層老化，涂層光澤逐漸下降，油漆顏色變淡，出現(xiàn)裂紋、粉化甚至張開。

2.3 基材腐蝕的原因

當涂層失效后環(huán)境中的水汽與基材直接接觸，在其上面凝結產生水膜。該層水膜內包括一些游離的H+與OH-，還溶入了部分O2，這些均為電化學腐蝕反應提供了條件。

陽極：Fe→Fe2++2e

陰極：2H++2e→H2，H2O+1/2O2+2e→2OH-

化學反應：Fe2++2OH-→Fe（OH）2，2Fe（OH）2+H2O+1/2 O2→2Fe（OH）3

反應后失水在基材表面生成所謂的鐵銹Fe2O3，在霧霾污染區(qū)，霧霾中的污染物SO2與H2O結合形成酸性溶液可促進電化學腐蝕：SO2+1/2 O2→SO3，SO3+H2O→H2SO4，F(xiàn)e+H2SO4→FeSO4+H2↑，F(xiàn)eSO4+O2+H2O→Fe2O3·H2O+ H2SO4。

SO2與NO2共同與鋼發(fā)生化學反應，可明顯加快鋼的腐蝕速度。霧霾污染物NaCl積聚于基材表面，可以改變水膜性質提高離子數(shù)目，且將會使設備基材上的鈍化層失效，加劇設備基材的腐蝕。另外，局部霧霾污染區(qū)大氣中包括部分H2S，也可與鋼發(fā)生反應。具體反應式為：H2S+Fe→FeS+H2↑，F(xiàn)eS+O2+H2O→Fe2O3·H2O+H2S。

3 影響因素

3.1 涂層老化的影響因素

涂層老化的影響因素包括光、溫度、大氣污染物、H2O等，本文主要分析大氣污染物及水對涂層老化的影響。

3.1.1 污染物

霧霾中的SO2、NO等滲入涂層后，與分子鏈上某些基團反應改變了分子鏈結構會導致涂層老化。

3.1.2 H2O

因為涂層本身具有滲透性加之刷涂時的細孔，H2O滲入涂層后會降低涂層與基材之間的粘合力，導致漆層逐步失效，進而使基材腐蝕。霧霾的相對濕度較大，當設備溫度比大氣溫度低時，設備表面可能會凝露形成液態(tài)水，進而會提高水進入涂層的概率。

3.2 基材表面腐蝕的影響因素

影響基材大氣環(huán)境腐蝕的主要因素有相對濕度、溫度、污染物濃度等。

3.2.1 相對濕度

因為大氣環(huán)境腐蝕究其原理是一種電化學反應，反應的前提是存在電解液，而電解液的形成又與相對濕度有關。研究發(fā)現(xiàn)，當霧霾中該因素數(shù)值大于65%時，碳鋼試件的腐蝕速度變化明顯加快。

3.2.2 溫度

一方面，當大氣溫度比設備表面溫度高時，設備表面更有可能凝露，為大氣環(huán)境腐蝕提供條件；另一方面，溫度影響著霧霾中SO2等污染物的溶解度，進而影響著鋼的腐蝕速度。因此，溫度這一影響因素的變化直接影響著基材的大氣環(huán)境腐蝕速度。

3.2.3 污染物濃度

霧霾主要由SO2、NO、PM2.5組成，PM2.5主要是鹽類等一些細小粉塵。NO進一步氧化可形成NO2，PM2.5中的粉塵積聚于基材表面可加快形成潮濕環(huán)境，這些均可加快鋼的腐蝕。因此，該因素數(shù)值即霧霾天氣的嚴重度會影響鋼的腐蝕。

4 防治措施

4.1 合理選型

在站場建設期間，對于設備的選型，應考慮大氣腐蝕問題。根據(jù)前期的地區(qū)調研，依據(jù)大氣污染程度及降雨量等情況，劃分為不同級別的防腐蝕區(qū)域，因地制宜地選擇設備。對于空氣質量良好、干燥的地區(qū)，設備的基材可選碳鋼的；對于大氣污染嚴重且降雨量大的地區(qū)，設備的基材可選鍍鋅處理的鋼，如果有必要，則可選擇不銹鋼。

4.2 嚴把涂層質量關

有機涂層的質量直接影響著設備的抗腐蝕性，合格的涂層可有效地保護設備基材，延長設備的使用壽命。有機涂層的質量與多方面有關，比如防腐材料的選擇、設備表面處理、施工質量檢查等。因此，需要重視施工全過程管理，嚴格施工各階段的監(jiān)管，落實施工質量管理規(guī)定，確保涂層質量。

針對中、重度霧霾污染，對于防腐材料的選擇，基材表面上的底漆可選耐候性良好的環(huán)氧富鋅底漆，因為油漆組成中有鋅，可起陰極保護的作用；面漆可選擇氟碳面漆，實驗表明，氟碳面漆耐候性能優(yōu)于其他面漆（丙烯酸聚氨酯面漆、氯化橡膠面漆、聚氨酯面漆和硅丙面漆）。

在設備表面處理的過程中，要求除銹全面、徹底，如果局部有油污，則將其擦洗掉，直至基材面達到GB/T 8923—88規(guī)定的St3級標準，且經現(xiàn)場技術人員驗收合格后方可進行涂料的噴涂。

施工過程的質量檢查是防腐蝕工程檢查的重點，應嚴格按照標準規(guī)范做好全過程的檢查工作。目測是否有空洞、麻面、起砂、脫落、空鼓、刷紋等現(xiàn)象，此外，還需對干燥后的漆層進行測厚，以檢驗其是否符合標準規(guī)范。

4.3 完善防腐設置

對于平遙增壓站的腐蝕現(xiàn)象，在榆濟管道乃至長輸管道都具有一定的普遍性，就該問題筆者認為可通過進一步完善站場設備的防腐蝕設置來治理。具體而言，對于冷卻水塔風機及噴淋泵、關鍵閥門等銹蝕問題，可增設防護罩以避免其直接暴露于大氣；對于法蘭縫銹蝕的問題，榆濟管道分公司于2015年組織進行了一次整改，做法是將法蘭之間的螺栓除銹，涂刷上面漆，用牛油盤根纏繞填充法蘭縫后，再采用熱收縮帶纏繞法蘭側面以隔絕接觸大氣，實踐證明，該方法可有效控制法蘭之間的銹蝕問題；對于儀表風儲罐及消防水儲罐底座、管道支撐座銹蝕的問題，在建設階段應預留一定高度的水泥基礎，且支撐座邊緣有坡度以便排水；對于儀表風儲罐及消防水儲罐罐頂銹蝕問題，可在罐頂設置排水溝，以防止罐頂積水為電化學腐蝕提供條件。

4.4 重視日常維護保養(yǎng)

應重視設備的日常維護保養(yǎng)，形成制度與規(guī)范，及時發(fā)現(xiàn)并解決設備銹蝕問題。具體而言，應重視霧霾天氣對長輸管道站場設備腐蝕的影響，出現(xiàn)霧霾天氣后及時組織對管道及設備進行擦拭保持其表面潔凈、干燥；根據(jù)《色漆和清漆涂層老化的評級方法》（GB/T 1766—2008）判斷涂層老化情況，掌握涂層老化規(guī)律，合理安排修復時間，做到既保證防腐蝕效果，又降低維修成本；制訂設備維護保養(yǎng)計劃，定期組織進行全面、細致的保養(yǎng)。

5 結束語

以平遙增壓站為例分析了設備涂層失效及基材腐蝕的原因，揭示了霧霾天氣是如何影響設備腐蝕行為的，探討了霧霾天氣影響涂層失效及基材表面腐蝕的主要因素，歸納總結了相應的防治措施，以期解決設備腐蝕問題。通過合理選型、嚴把涂層質量關、完善防腐設置及加強日常維護保養(yǎng)來治理腐蝕，提高了設備的完好性和可靠性，降低了設備的運營維護成本，確保了榆濟管道的安全、平穩(wěn)運行。

［1］韓晉雅，李倩.經濟學視角下山西省霧霾的成因與對策分析［J］.華中師范大學研究生學報，2016（02）.

［2］李苗，苗愛梅，王洪霞，等.山西不同強度霾天氣的氣候特征及影響因子初探［J］.中國農學通報，2015（14）.

［3］王曰義.金屬的典型腐蝕形貌［J］.裝備環(huán)境工程，2006（04）.

〔編輯：張思楠〕

TE988

：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.16.027

2095－6835（2017）16－0027－03

孫雷雷（1987—），男，山東濟寧人，2014年畢業(yè)于中國石油大學（華東）機械工程專業(yè)，碩士學位，助理工程師，從事運行管理工作。