沿海地区石油、化工厂地上管网及设备外防腐最佳方案

1、概述
　　近年来，石油、化工、钢铁企业在沿海地区澎渤兴起，厂内的大量钢铁管道、设备、钢结构将长期受到海洋环境的腐蚀。
采用内陆地区的防腐措施已不适应，经半年到一年后，防腐层会出现起泡、透锈、脱落。管道和设备会被腐蚀，后果是漏油、漏气、漏水甚至发生火灾、爆炸等恶性事故。
　　腐蚀后进行大修也很困难，在装置除锈只能用手工，先天不足的缺陷很难再修补成高质量的涂层。在建厂基建时期，往往不够重视防腐工作，一般因投资和工期等因素，防腐只采用手工除锈，涂刷两三遍红丹漆和调合漆，这是数十年来一直沿用的古老的防锈方案。这种涂层结构只适用于内陆干燥地区，或民宅的防锈和装饰。沿海地区潮湿，海风中含微量的盐份，当气候变化时，空气相对湿度超过某一临界值在钢铁表面就会形成水膜，这空气湿度的临界值与钢铁表面污染状态和有无吸湿物有关，见表1。
表1　　钢铁不同表面状态的空气临界湿度

钢铁表面状态	临界湿度（％）
干净表面在干净的空气中	接近100
被二氧化硫污染过的表面	80
干净表面在含0.01％二氧化硫的空气中	70
在3％氯化钠溶液中浸渍过的表面	55

　  从表1可以看出，当空气被污染或在沿海地区空气中含盐时，临界湿度都很低，钢铁表面容易形成水膜（参考文献：《海船的腐蚀与保护》前苏联、И.Я.鲍戈拉德）。
　　 钢铁的腐蚀主要是电化学腐蚀，钢结构在焊接时造成与母材材质的差异，焊渣及应力都会形成腐蚀电池的阴极和阳极区，尤其是钢铁表面除锈不彻底，钢材表面留有一层轧制的氧化铁皮。有人认为这氧化皮不是锈，其实不然，这氧化皮是高温腐蚀产物，主要是四氧化三铁，它在含微量盐的水中，与钢铁的电极电位差可达0.26伏。在水膜中，轧制氧化皮将作为阴极，纯钢铁形成阳极，阳极不断地被腐蚀，阴极逐渐地扩大，锈蚀产物体积膨胀拱破涂层，使钢结构遭受腐蚀。
　　要作好防腐工程，达到长效防腐的效果，必须满足三项基本要求，即：做好表面处理、 选择高性能涂层、保证涂层有足够厚度。
　　本文据此三项基本要求提出沿海地区石油、 化工厂地上管网及设备外防腐最佳方案，本方案有实践经验，有标准可循，可达到省工、省料、省投资、防腐寿命长久的效果。
2、表面处理
　　表面处理非常重要，同一种油漆，同一种腐蚀环境，使用抛射或喷射除锈较手工除锈漆膜寿命可延长三倍到五倍。应清除钢铁表面的污物和锈层，尤其是轧制钢材时形成的黑色氧化皮，它是电化学腐蚀的阴极，是腐蚀的根源，必须除掉。表面处理质量应达到GB/T 8923涂装前钢材表面除锈等级的Sa2 1/2级。
3、材料选择
　　表面涂刷专用防腐漆仍是目前对管线、管廊、设备及钢结构防腐的主要手段。防腐漆按保护功能可分为底层漆、中层漆和面层漆，各层油漆均有其特定要求，各负其责，几层组合起来，形成复合涂层，提高防腐性能，延长使用寿命。
　　（1）底层漆
　　底涂层多使用富锌漆和环氧铁红漆，富锌漆防腐效果最好，但因价格太高，会增加投资费用，建议选用环氧铁红底漆。
环氧铁红底漆是分罐装的双组份涂料，甲组份（漆料）由环氧树脂、氧化铁红等防锈颜料、增韧剂、防沉剂等制成，乙组份为固化剂，施工时按比例调配。
　　氧化铁红是一种物理性防锈颜料，其性质稳定、遮盖力强、颗粒细微、能在漆膜中起到很好的屏蔽作用，有很好的防锈性能。环氧铁红底漆对钢板及上层环氧面漆均有很好的粘结力，常温干燥快，对上层面漆不渗色，较普遍地用于钢质管道、贮罐、钢结构防腐工程，作防锈底漆使用。环氧铁红底漆中含有缓蚀剂，当面层漆受到破坏后，底漆缓蚀剂起到钝化和缓蚀作用，仍可保护钢铁。
　　（2）中层漆
　　环氧中层漆主要有环氧云铁漆和环氧玻璃鳞片漆两种。
　　① 环氧云铁中层漆
　　环氧云铁漆是以环氧树脂为基料加入云母氧化铁制成，云母氧化铁的微观结构像片状云母，其厚度仅为数微米，而直径为数十微米到100微米。它耐高温、耐碱、耐酸性、无毒，片状结构可阻止介质渗透，增强了防腐性能。它收缩率低，表面有粗糙度，是一种优良的中层防腐漆。
　　② 环氧玻璃片漆
　　环氧玻璃鳞片漆是以环氧树脂为基料，以薄片状的玻璃鳞片为骨料，再加各种添加剂组成的厚浆型防腐漆。玻璃鳞片厚度仅为2—5微米，片径为100—3000微米，由于鳞片在涂层中上下多层排列，形成独特的屏蔽结构。有以下特点：
　　（a）极优良的抗介质渗透性；
　　（b）优良的耐磨性；
　　（c）固化时收缩小，固化成膜后热膨胀系数小；
　　（d）与基体粘结性好，耐温度性好；
　　（e）良好的施工性能，施工方便，易修补。
　　玻璃鳞片涂料比云铁涂料有更多的优点，一般涂一遍可达150—300微米。日本关西海上机场和本洲到四国的跨海大桥的钢结构都使用环氧玻璃鳞片涂料，涂层厚度达到1000微米。
    （3）面层漆
　　用于面漆层的涂料按其价位可划分为三种等级：普通级为环氧漆、氯化橡胶漆、氯磺化聚乙烯漆等；中等级为聚氨酯漆；高等级为有机硅改性聚氨酯漆、有机硅改性丙烯酸面漆、氟涂料等。从经济、实用角度考虑，建议选厚浆型和无溶剂型环氧漆和氯化橡胶漆。
　　环氧漆经化学固化后，化学性质稳定，涂层致密，有很强的粘接力，很高的机械性能。它耐酸、碱、盐，能抵抗多种化学介质的侵蚀。在东化公司试验室中，环氧漆试件浸在硫酸、盐酸、氢氧化钠溶液、盐水、汽油、柴油、原油等16种化学介质中最长已达20年之久，但仍保持完好，足可证明环氧漆是一种十分可靠的防腐材料。
　　东化公司生产的环氧漆中，添加了云母粉组份，能有效减缓紫外线对环氧漆表面层的降解粉化，可在室内及非曝晒的环境下使用，其价格比聚氨酯漆低30％以上。
氯化橡胶漆以氯化橡胶为成膜物，氯化橡胶是用天然橡胶与氯气反应制成，它属惰性树脂，成膜后密封性能非常好，水汽、氧气对漆膜的渗透率极低，而且耐酸、耐碱、耐水、耐氧化剂、耐各种腐蚀性气体的腐蚀，在用丙烯酸树脂改性后，耐侯性更好，在使用过程，漆膜理化性能变化很小，可以说是一种经济耐用的防腐材料。
　　其它面涂层涂料因价格较高，使用很不普遍，本文不再详述。
4、涂层厚度
　　涂料只是防腐涂层的原材料，必须经过涂装施工才能形成涂层。如果涂层厚薄不均，钢材表面的毛刺或锚纹的高峰会露出涂层。如果涂层施工遍数少，　涂层有针孔，水中的氧、氯离子、水分子等会渗过这些薄弱的地方，使钢铁生锈腐蚀。腐蚀产物体积膨胀，形成锈包，逐渐扩大，最后涂层起泡脱落。
　　为了防止水、氧和电解质穿过涂层，最好选用几种高性能的防腐涂料组成一个加厚的复合防腐涂层体系，即：重防腐蚀涂层体系。从公式：T=L2 / 6D可以看出：使用寿命T与涂层厚度L的平方成正比。增加涂层厚度,能加强涂层的隔离能力，是提高涂层寿命、保护钢铁的有效手段。采用新型的高固体份厚浆涂料，经少量次数的涂装，可以得到250—500微米的重防腐蚀涂层，而超重防腐蚀涂层厚度可达1000—2000微米（参考文献：《涂装技术实用手册》叶扬祥）。防腐涂层厚度一般最少不低于200微米，厚度要均匀、连续完整、无针孔。交工前要用测厚仪和电火花检漏仪检查，可参照中国石油天然气行业标准SY/T0447-96检查验收。
5、建议选用的涂层结构及保护寿命
    （1）非曝晒位置

涂层种类	涂装遍数	干膜厚度（μm/遍）
环氧铁红底漆	1	40±10
环氧云铁中层漆	2	100±10
环氧彩漆	1	50±10
合 计	4	190～210

    （2）长期曝晒位置

涂层种类	涂装遍数	干膜厚度（μm/遍）
环氧铁红底漆	1	40±10
环氧云铁中层漆	2	100±10
氯化橡胶漆	2	50±10
合 计	5	190—210

　  施工时要严格按施工技术规范执行，严格控制各工艺程序质量，喷砂或抛丸除锈至达到2级～2.5级，厚度要达到SY/T 0447—96标准中的普通级，以确保防腐寿命可达20年以上，一劳永逸。
6、工程实例
　　上海南浦大桥：主桥钢梁外壁喷砂除锈Sa2.5级，第一层涂环氧富锌漆80微米，第二层涂环氧云铁漆100微米，第三层涂氯化橡胶云铁漆45微米，安装后，第四层涂氯化橡胶云铁漆45微米。
　　首都机场四机位库钢结构及网架：采用喷射除锈达Sa2.5级，涂刷无机富锌为底漆，环氧彩漆为中层漆，面漆为防火漆。质量优良，预计可使用30年以上。
　　厦门工程机械厂钢结构及网架：除锈采用抛丸除锈，喷涂进口环氧彩色漆。
　　锦西炼化总厂钢结构及网架：该厂位于锦西化工厂东侧，受化工厂的氯气、二氧化硫等强腐蚀性气体严重腐蚀，桥架是高十米，宽四米的钢结构，全长十余公里，原采用普通油漆，使用过程腐蚀严重。1994年防腐大修采用环氧彩漆和氯化橡胶漆，至今涂层完好，桥架没有出现腐蚀。
　　最近山东省黄河口模型馆钢结构? 采用本文推荐的一底、两中、一面复合涂层结构，工程质量全优。
　　这种复合涂层结构还可用于湿式气柜、钢制游泳池、污水处理厂等与水相接触的钢设备及钢结构，均可取得良好的防腐效果。