(中石化洛陽工程有限公司，河南 洛陽 471003)

石油化工企業(yè)中的冷換框架、反應(yīng)器框架、管架、廠房、泵棚及樓梯間等大多采用鋼結(jié)構(gòu)。由于鋼結(jié)構(gòu)長期暴露于大氣環(huán)境中，除受到一般自然條件的侵蝕外，不可避免地會被少量但腐蝕性較強(qiáng)的各種化工氣體如氮氧化物和硫化物所腐蝕[1]，尤其是煉制高含硫原油而帶來的H2S和SO2，進(jìn)一步惡化鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕環(huán)境。而且裝置一旦發(fā)生泄漏會造成其鄰近的鋼結(jié)構(gòu)處于高濃度的腐蝕性化工氣體中，對鋼結(jié)構(gòu)造成更大的腐蝕危害。目前，為防止鋼結(jié)構(gòu)的大氣腐蝕，在石油化工裝置中的所有鋼結(jié)構(gòu)均需噴涂防腐蝕涂料，但是，防腐蝕涂料在實(shí)際使用過程中仍然存在過早失效的問題[2-3]，不能起到長效防腐蝕作用。而鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕破壞嚴(yán)重威脅裝置生產(chǎn)安全和人員人身安全，因此，需要根據(jù)石油化工鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕特點(diǎn)，采取適當(dāng)?shù)姆栏g措施。

1 鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕原因

影響石油化工企業(yè)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的主要因素有環(huán)境、設(shè)計(jì)選材、施工與管理等。

1.1 環(huán)境因素

石油化工企業(yè)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕主要為大氣腐蝕?；S的工業(yè)大氣中含有較高濃度的SO2和H2S等腐蝕介質(zhì)，具有較強(qiáng)的腐蝕性，按文獻(xiàn)[4]的規(guī)定，化工工業(yè)大氣腐蝕等級劃分為C4(高)至C5(很高)級。處于海濱的煉化中心，如廣東大亞灣和廣西欽州，受海洋大氣和化工大氣的雙重影響，在某些局部區(qū)域大氣的腐蝕等級能達(dá)到規(guī)定的最高腐蝕等級CX(極端)。

研究表明，當(dāng)石油化工企業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)長期暴露在大氣中時，若空氣的相對濕度超過某一臨界值，鋼結(jié)構(gòu)的表面就會形成水膜[5]，而一旦形成水膜，化工大氣中的SO2，H2S，Cl2，HCl，CO2，NH3，NOx以及灰塵等物質(zhì)將會被鋼鐵表面的水膜溶解，成為導(dǎo)電性良好的電解質(zhì)溶液，從而加速鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕。

鋼材表面形成水膜的空氣相對濕度臨界值與鋼材的表面狀態(tài)有關(guān)，當(dāng)干凈表面在空氣中時，臨界空氣濕度接近100%；在接觸過SO2的表面，臨界濕度為80%；在3%氯化鈉溶液中浸泡過的表面，臨界濕度為55%[6]。臨界濕度越低，鋼結(jié)構(gòu)表面越容易形成水膜?？梢钥闯?，對處于化工大氣中的鋼結(jié)構(gòu)其表面易形成水膜也更易被腐蝕。

沿海的煉化企業(yè)，鋼結(jié)構(gòu)所處大氣環(huán)境中，既含有工業(yè)大氣的有害雜質(zhì)，又含有海洋大氣環(huán)境的鈉、鉀、鈣和鎂等氯化物，這些氯化物被海風(fēng)攜帶并沉降在鋼結(jié)構(gòu)的表面上，與鋼結(jié)構(gòu)表面水膜結(jié)合形成強(qiáng)腐蝕介質(zhì)，使鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕更加嚴(yán)重。

1.2 設(shè)計(jì)選材因素

一般大氣環(huán)境中，鋼結(jié)構(gòu)涂料的選用沒有考慮具體的環(huán)境介質(zhì)和工藝條件等因素。針對戶外鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕，習(xí)慣上采用親水性較大，耐候性相對較差的適用于一般大氣環(huán)境的涂裝體系，即采用醇酸底漆和面漆兩層結(jié)構(gòu)，另外不再加中間漆。但對于石油化工企業(yè)，由于其工業(yè)大氣中含有較多腐蝕性較強(qiáng)的SO2和H2S氣體，若鋼結(jié)構(gòu)外防腐蝕涂層采用底漆和面漆兩層涂裝結(jié)構(gòu)，其耐用性肯定較差，即使面漆采用耐候性和耐蝕性均較好的氯化橡膠涂料，也存在過早失效的問題。

1.3 施工因素

除設(shè)計(jì)選材外，防腐蝕涂裝的施工工藝也是影響涂層質(zhì)量的關(guān)鍵。采用合適的表面處理方法將鋼結(jié)構(gòu)表面的雜質(zhì)清除干凈，如污物、銹層和軋制鋼材時形成的氧化皮。按文獻(xiàn)[7]中的規(guī)定，鋼結(jié)構(gòu)表面需達(dá)到Sa2.5級以上。對戶外鋼結(jié)構(gòu)常用的表面處理方法有工具除銹(包括手動和動力工具除銹)和噴射除銹。噴射除銹和手工除銹相比，同一種油漆在相同的腐蝕環(huán)境下，采用前者除銹較后者的漆膜壽命可延長3～5倍。若現(xiàn)場施工過程中僅依靠手工除銹，難以徹底清除鋼結(jié)構(gòu)表面的舊漆與銹垢，易導(dǎo)致涂層附著力差，造成涂層過早失效。

一般防腐蝕涂層越厚，其耐蝕性能越好。結(jié)合文獻(xiàn)[8]中的要求，防腐蝕涂料的最低使用年限、各涂層的干漆膜厚度和總厚度需要根據(jù)各單體的重要性、維修的難易程度以及建設(shè)工程的要求確定[9]，一般來說，干膜總厚度最少不低于200 μm。由于鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕涂裝的施工工藝不合理，現(xiàn)場施工時僅3～4道涂裝，且省略了中間漆，這樣就會導(dǎo)致干膜總厚度不足，而干膜總厚度不足的涂層易發(fā)生水和氧氣的滲透現(xiàn)象，致使涂層起泡、剝離及失效。

1.4 管理因素

企業(yè)更注重生產(chǎn)效益，沒有專職防腐蝕管理人員，一般由設(shè)備管理人員兼管防腐蝕，而設(shè)備管理人員更關(guān)注與生產(chǎn)工藝流程相關(guān)的設(shè)備，容易忽視鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕問題。一是在鋼結(jié)構(gòu)外防腐蝕施工過程中，疏于管理施工質(zhì)量，對施工隊(duì)伍資質(zhì)審查不嚴(yán)；二是由于石化企業(yè)裝置的檢維修周期較長，多在3 a以上，對鋼結(jié)構(gòu)外防腐蝕涂層不能及時進(jìn)行維護(hù)。

2 防腐蝕措施

金屬防腐蝕最常用的一種方法是表面涂覆有機(jī)涂層，涂層的防護(hù)作用主要是：(1)對金屬基體起著機(jī)械保護(hù)作用或屏蔽作用；(2)具有良好的抗?jié)B性能，減緩水蒸氣、氧氣或其他侵蝕性離子的滲透，阻礙基材金屬的電化學(xué)腐蝕過程[10]。目前，鋼結(jié)構(gòu)所采用的主要防腐蝕手段是噴涂防腐蝕涂料，正確選擇防腐蝕涂料和合理的施工工藝是保證防腐蝕質(zhì)量的關(guān)鍵。

2.1 涂料的選擇

按保護(hù)功能劃分，防腐蝕涂料分為底漆、中間漆和面漆。一般重防腐蝕涂裝的涂料配套體系為底漆+中間漆+面漆，各層涂料均有其功能特性，組合而成復(fù)合涂層，有效提高涂層的耐蝕性能。

2.1.1 底漆

底漆與金屬基體直接接觸，應(yīng)具有很強(qiáng)的附著力和良好的防銹性能?；w表面除銹等級、粗糙度應(yīng)達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。底漆需具有良好的陰極保護(hù)作用，富鋅底漆作為防銹底漆的首選產(chǎn)品得到了廣泛應(yīng)用，常用的產(chǎn)品有環(huán)氧富鋅底漆和無機(jī)硅酸鋅底漆。

環(huán)氧富鋅底漆與無機(jī)硅酸鋅底漆相比主要有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)環(huán)氧富鋅底漆的施工性能較好， 相對于無機(jī)硅酸鋅底漆對表面處理的要求較低，需噴砂除銹至Sa2級，而無機(jī)硅酸鋅底漆要求達(dá)到Sa2.5級；(2)環(huán)氧富鋅底漆的附著力較強(qiáng)，與環(huán)氧云鐵中間漆以及其他高性能的中間漆涂料均有良好的黏結(jié)性；(3)環(huán)氧富鋅底漆的防腐蝕性能優(yōu)良，主要用于石油化工設(shè)備的防腐蝕；(4)無機(jī)硅酸鋅底漆的耐高溫性能較好，可耐400 ℃高溫，對于煉化設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)有耐高溫要求時可采用無機(jī)硅酸鋅底漆。

2.1.2 中間漆

中間漆通常采用環(huán)氧云鐵中間漆，環(huán)氧云鐵中含有大量的云母氧化鐵(簡稱云鐵)，其含量達(dá)涂料中所用顏料的80%左右[11]，云鐵的結(jié)晶體為薄片或板狀，交叉分布在涂層中，有效增加漆膜的機(jī)械強(qiáng)度；另外，由于云母氧化鐵的微觀片狀結(jié)構(gòu)可增強(qiáng)涂層的抗?jié)B性能，特別適用于潮濕環(huán)境下的防腐蝕。

中間涂層的作用主要有：(1)增加漆膜厚度，一般是選用厚漿型涂料或增加涂刷遍數(shù)，提高涂層的耐久性和防腐蝕性能；(2)經(jīng)濟(jì)性好，相比于單純使用底漆+面漆，延長了涂層使用年限，降低維護(hù)成本；(3)作為中間涂層，增大底漆和面漆之間的附著力和連接強(qiáng)度。

2.1.3 面漆

面漆是涂層中最外層的涂料，直接與環(huán)境接觸，在漆膜中起主要的裝飾和保護(hù)作用。不僅要有良好的耐環(huán)境腐蝕性能，還要有良好的耐候性。鋼結(jié)構(gòu)外防腐蝕常用的面漆有丙烯酸聚氨酯涂料、氯化橡膠涂料和氟碳涂料。三種涂料中耐候性最好的是氟碳涂料，其次是丙烯酸聚氨酯涂料和氯化橡膠涂料。

聚氨酯涂料具有優(yōu)異的性能[1]，如優(yōu)良的物理機(jī)械性能(包括硬度、柔韌性、耐磨性)、耐環(huán)境腐蝕性能、耐候性及良好的保光、保色性能，常用于標(biāo)志性建筑和大型工業(yè)裝置的外防腐蝕，聚氨酯涂層的裝飾保護(hù)作用可達(dá)到10～20 a。丙烯酸聚氨酯涂料是聚氨酯涂料中性能較好的一類重防腐蝕涂料。

氟碳涂料不僅耐腐蝕性能優(yōu)越、還具有優(yōu)異的耐候性和耐沾污性能，作為鋼結(jié)構(gòu)外防腐蝕其使用年限可達(dá)20 a以上，大大延長了涂料的維護(hù)周期,雖然投資較高，但維修成本降低。目前，氟碳涂料在我國大型儲罐和橋梁的防腐蝕中得到了應(yīng)用[12-13]。氟碳涂料作為鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕的新型涂料具有良好的市場發(fā)展前景。

2.1.4 涂層配套方案

石油化工企業(yè)鋼結(jié)構(gòu)處于含較高SO2和H2S的化工大氣中，環(huán)境腐蝕性較強(qiáng)。推薦鋼結(jié)構(gòu)的長效防腐蝕涂裝配套體系為底漆采用環(huán)氧富鋅涂料、中間漆用環(huán)氧云鐵、面漆為丙烯酸聚氨酯涂料或氟碳涂料。底涂層與金屬基層的附著力大小應(yīng)符合文獻(xiàn)[14]的相關(guān)規(guī)定，按照拉開法的測試方法，附著力不宜低于5 MPa。經(jīng)噴射清理，碳鋼基材上基于一定耐久性要求和大氣腐蝕性級別下涂料體系的額定干膜厚度，按文獻(xiàn)[15]的規(guī)定見表1。

表1 大氣腐蝕性級別下涂料體系的額定干膜厚度和防腐蝕年限

2.2 加強(qiáng)涂裝工程質(zhì)量監(jiān)督與檢測

鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕是一個系統(tǒng)工程，其防腐蝕質(zhì)量受鋼結(jié)構(gòu)工程使用方、工程設(shè)計(jì)方與施工監(jiān)理方等多方面的綜合因素影響。只有各方對鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕足夠重視，鋼結(jié)構(gòu)的安全與使用壽命才能得到可靠的保障。

對鋼結(jié)構(gòu)涂裝工程做好全過程管理，需注意以下幾個方面：(1)選定專業(yè)的施工隊(duì)伍，施工之前審查涂裝方案是否滿足設(shè)計(jì)要求；(2)設(shè)置專門的防腐蝕工程專家對鋼結(jié)構(gòu)的整體防腐蝕技術(shù)進(jìn)行評估；(3)委托第三方檢測機(jī)構(gòu)，檢驗(yàn)涂料質(zhì)量、嚴(yán)格檢查鋼結(jié)構(gòu)表面預(yù)處理質(zhì)量及涂料施工性能等；(4)審查施工方案，對涂裝施工過程進(jìn)行監(jiān)督，確保其施工工藝合理；(5)工程移交時，對鋼結(jié)構(gòu)的整個外防腐蝕涂裝工程質(zhì)量進(jìn)行檢測，如表面質(zhì)量、總干膜厚度；(6)竣工驗(yàn)收后進(jìn)行定期檢測與維護(hù)。

3 結(jié) 語

石油化工企業(yè)鋼結(jié)構(gòu)處于腐蝕性較強(qiáng)的化工大氣環(huán)境中，大氣腐蝕等級為C4(高)至C5(很高)級。鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕工程與鋼結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行和壽命保障密切相關(guān)，應(yīng)加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕施工管理與質(zhì)量監(jiān)督。鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕的主要手段是使用前涂裝防腐蝕涂料，優(yōu)先選用石油化工鋼結(jié)構(gòu)的長效防腐蝕涂裝配套體系采用底漆+中間漆+面漆的復(fù)合涂層，底漆采用環(huán)氧富鋅涂料、中間漆用環(huán)氧云鐵、面漆為丙烯酸聚氨酯涂料或氟碳涂料，干膜總厚度大于200 μm。