炼油厂污水罐的防腐与涂装

王巍

（大庆石化公司炼油厂，黑龙江 大庆 163711）

炼油厂污水罐的防腐与涂装

王巍

（大庆石化公司炼油厂，黑龙江 大庆 163711）

分析了炼油厂污水罐腐蚀的原因。选择 XK-252钛纳米聚合物涂料作为污水罐的防腐蚀涂层体系，防腐层的干膜厚度≥200 μm，设计寿命不低于15年。详细讨论了防腐涂装工艺。3年的应用实践表明，该防腐涂层体系整体性完好，无锈蚀现象。其工程造价与常规特种防腐涂料相当，比环氧玻璃钢低约30%。

污水罐；钛纳米聚合物涂层；防腐

1 前言

炼油厂污水车间的污水池、罐、管道等均受到含硫污水的严重腐蚀。由于污水中含有大量的H2S、NH3、HCN、、CN-、Cl-、和大量细菌，有时温度高达60 ～ 70 °C。所以，如不采取有效的防腐措施，这些设备的腐蚀会相当严重，造成碳钢厚度减薄、局部穿孔、起泡、开裂、焊缝应力腐蚀开裂等现象，使设备使用寿命缩短。

本厂污水车间10 000 m3的污水罐主要处理来自各个生产装置的高浓度污水。该罐于1998年投入使用，规格为φ 31 380 mm × 14 000 mm，材质为碳钢，使用温度20 ～ 60 °C，内壁防腐层为E-44环氧玻璃钢，防腐层厚度为0.6 mm。经过9年的使用，玻璃钢层早已破损、脱落，起不到防腐作用。金属表面出现溃疡面的腐蚀，锈蚀产物较多，罐顶部位出现多处穿孔。

2 腐蚀原因分析

炼油厂污水罐腐蚀的原因和机理[1]可概括如下：(1)含硫污水中的H2S、NH3、HCN等腐蚀介质由于电化学反应导致污水罐的腐蚀；(2)氢原子渗透引起氢脆腐蚀；(3)污水中含有大量的NH3、CN-、Cl-，它们与H2S反应生成的NH4HS和(NH4)2S是腐蚀性较强的物质；(4)酚类腐蚀介质能破坏涂层，使腐蚀加剧。

同时，反应生成的(NH4)2S能使H2S在水中的溶解度大大增加，提高了HS-浓度。另一方面，氨溶于水后，提高了水的pH，为CN-与FeS的反应提供了更有利的条件。金属材料的表面总会存在电化学的不均匀性。金属表面的缺陷部位或薄弱点由于电位比其他部位低，成为活性点，是腐蚀的开始点。水质中存在的有害介质更加速了金属的腐蚀。该污水比原水腐蚀要严重得多。

罐顶腐蚀严重的原因有：(1)由于气温的变化，水蒸气易在罐顶内壁形成凝结水膜，罐内腐蚀性介质会溶解在凝结水中，形成含有多种腐蚀成分的电解质溶液；(2)由于罐的呼吸作用，氧气不断进入罐内，并很容易通过凝结后的薄层液膜扩散到金属表面，从而发生主导性耗氧腐蚀。罐顶腐蚀较罐壁腐蚀严重，属于气相腐蚀，常伴有点蚀等局部腐蚀，腐蚀速率通常为0.1 ～ 0.5 mm/a。

污水对一般常温固化的环氧、呋喃、酚醛类涂层的腐蚀是因为CN-小分子易穿透涂层，使有机涂层的分子结构发生溶胀、断裂。换言之，在含有腐蚀介质的水溶液中，较小的气体分子及介质容易进入到有机涂层中，使表面涂层变软，发生鼓泡、涂层硬化及破损等，从而失去作用。

3 防腐涂层的选择

环氧防腐涂层体系是我国现有的耐油、耐水、耐污水采用的常规防腐体系[2]。当条件相对不苛刻时，它可以使用几年。之后，涂层结构发生变化，出现抗渗性下降，涂层开裂、鼓泡、粉化等现象。石油化工储油罐、水罐、污水罐和循环水塔中钢结构的防腐已证明了这一点。在这些系统中采用环氧防腐涂层体系，其使用寿命在6 ～ 8年。这是由涂料成分决定的。因为常规体系涂料中很大部分填料是无机物，如钛白粉、氧化铁、锌粉等。这些物质在涂层中，一是作为填充物，起到增大涂层厚度作用；二是提高涂层的抗渗性及耐蚀性。面漆涂层中，这些填料在防腐涂层中只是靠分子间的作用力结合在一起，其防腐抗渗性随时间的延长而下降较快；另外，加进去的填料粒径一般为30 ～ 50 μm，使涂料表层相对粗糙，从而在流动液体中增加了液体的阻力，随着时间的延长，涂层抗冲击性下降，导致涂层破坏。

钛纳米聚合物涂料体系具有较好的耐磨、耐腐蚀性能。用其涂覆的产品能耐沸水，在海水中浸泡10年而不损。同时，涂层的硬度和耐磨性显著提高。在重防腐涂料中，该涂料性能优异[3]。炼油厂酸性水罐(不能使用环氧涂层)使用该涂料6年多(现还在使用中)，效果很好[4]。钛纳米聚合物涂料用于加热炉上的引风机壳体内壁防腐涂层，在抗120 °C以下的烟气及稀硫酸的腐蚀方面，收到了较好的效果[5]；它在轻烃贮罐内壁抗H2S腐蚀上的应用，也比金属热喷铝涂层的效果要好[6]。国内现有的防腐涂料没有很好解决的问题，该涂料已经能够成功解决。它有如下特点[7]：抗渗透性强于一般的特种防腐涂料，抗腐蚀性高于一般的防腐涂料，抗垢性好(涂层表面不易结锈垢)、耐温性强(耐温性能比同基树脂涂料高50 °C以上)、耐水性好(长期使用后涂层不会反黏、变脆)。

因此，根据污水罐储存介质的特点，选用XK-252耐酸碱盐钛纳米聚合物涂料，设计的结构层及材料用量见表1。防腐涂层设计原则是耐腐蚀、耐热，韧性、附着力、抗冲击和耐磨性好；防腐层为 5层，干膜厚度≥200 μm；设计寿命不低于15年。从表1可以看出，获得相同的漆膜厚度，钛纳米聚合物涂料的用量仅是环氧、呋喃、酚醛类体系用量的 55%左右。但是，其耐腐蚀性及综合经济效益远大于后者[2]。

表1 钛纳米聚合物涂层的设计和用量Table 1 Design and dosage of Ti-nano polymer coating

4 防腐涂层的施工与验收

4. 1 施工前的准备

(1) 了解现场情况、技术资料和相关图纸，进行技术交底。

(2) 根据现场情况，以准确、实际、安全，方便施工，保证质量，节省人力、物力、财力为原则编制实施方案。

(3) 编制施工机具、检测仪器、计量仪器计划，提出施工用料和施工手段用料计划。

(4) 制定工时计划，建立施工组织，制定全员培训计划。

(5) 规划、绘制施工总平面图，要含有施工临时设施、堆场、仓库、工作间、机械设置、消防道路和用水用电等。

(6) 搭设施工用临时设施，保证垂直和水平运输及人行通道，保证施工用料堆场。

(7) 组织施工材料的接收、保管、质量检查工作，进行工程设备检查和验收工作。

(8) 准备施工用的标准样板，确定质量控制点。

(9) 准备各种施工日记和施工记录。

4. 2 清洗油污

首先在罐的两个入口安装引风机，在罐顶入口安装抽风机。通风大约3 h，检测气体含量合格后，搭设操作面脚手架。用高压水清洗罐内，除净油污和污泥。搭设脚手架时应注意以下几点：

(1) 提供合适和安全的脚手架，整个结构系统的设计应当易于脚手架的清洁，脚手管的开口端应被封闭。

(2) 脚手架必须能够便于达到所有施工表面，而无需在施工中移动脚手板或额外安装梯子。同时，它也必须能够提供充足的工作空间，并能支持最大数量的工作人员。

(3) 脚手架距离被处理表面应保持最少30 cm的距离，并且层与层之间的高度应维持在2 m左右。足够的空间能保证操作人员及时完成工作。

(4) 在上部区域未完工之前，脚手架不应被拆除。

(5) 拆除脚手架时应小心，以减少对涂层的损毁。

工人进罐作业，必要时应佩戴防毒面具。应先用刮刀、刮板刮去罐内凝结物，用宽刮板收集污水。最后用水洗刷并擦干净。作业顺序是先罐顶，后罐壁，再罐底。

4. 3 金属喷砂除锈

根据防腐层厚度在200 μm以上，从而确定喷砂后的表面粗糙度应控制在45 μm左右。

4. 3. 1 机械喷砂注意事项

(1) 应尽可能缩短风源与工作面、喷砂机与工作面之间的距离。

(2) 整个系统不应有漏气部位存在。应尽量减少系统内接头的数目，以利于减少漏气，减低压力降。

(3) 准备标准长度的喷砂软管，根据喷砂机与工作面的距离，选用合适长度的管子，以减少无用长度带来的压力降。

(4) 喷砂磨料应存放在干燥处，且有防雨措施。如果受潮，必须烘干。

(5) 喷砂机要有防雨罩，过夜时应将填料口盖严。

(6) 喷砂操作之前，应先关上磨料流量阀，先空喷2 min，以驱走可能积聚在喷管内的水分。

4. 3. 2 砂的选用

根据表面粗糙度选用粒度在1 ～ 3 mm，且干燥、清洁、无油脂、有棱角的砂。

4. 3. 3 表面喷砂操作

对于旧罐，为了节约成本，喷砂作业时先用河砂喷一遍，然后用石英砂喷，并控制表面粗糙度在45 μm左右。河砂喷涂的目的是去除金属表面的油污，以减少可溶性盐分带来的腐蚀，避免后续石英砂喷涂时被污染而不能重复利用。

施工作业顺序为先罐底，然后进行罐顶、罐壁施工。施工过程中应做到以下几点：

(1) 供应给喷砂罐的空气要清洁，避免对磨料污染，进而污染喷砂清洁后的表面。

(2) 压缩机必须装配足够的处理油和水的阀门。喷砂用压缩空气必须干燥、无油(将压缩空气向白纸上喷射20 ～ 30 s后，纸上不留下油或水的痕迹即可)。

(3) 喷砂机喷嘴处空气压力在0.6 ～ 0.8 MPa之间，喷砂机喷嘴到基体表面距离为80 ～ 100 mm，喷砂嘴口径6 ～ 8 mm，喷射角度30° ～ 80°。

(4) 喷砂后用净化风吹净基体表面及脚手架上附着的灰尘。涂刷涂料前，用吸尘器将表面灰尘清理干净。对钢材表面和焊缝显露出来的缺陷与甲方协商后进行处理。

4. 3. 4 基体表面预处理后的质量标准

喷射除锈质量等级根据腐蚀环境及防腐材料要求达到GB/T 8923-1988《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》的规定，表面清洁度达Sa 2½级，钢材表面无可见油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物，该表面呈均匀的金属色泽，并且粗糙度应控制在45 μm左右。

4. 3. 5 基体表面处理后的检查

基体表面处理质量应符合有关规定。表面清洁度应根据GB/T 8923-1988中的标准照片目测对照评价；锚纹深度应采用表面粗糙度测定仪或测定纸进行测定。处理后的钢材表面应无焊渣、毛刺、焊接飞溅物和灰尘。表面处理质量不符合要求时，应重新预处理。

4. 3. 6 安全措施

贮罐内部进行喷砂和喷涂施工时，一定要通风。良好的通风可使罐内气体浓度低于危险浓度。同时，对需要清除溶剂蒸汽的涂装部位，应有充足的空气供应和空气交换，以改善溶剂的挥发和涂层的固化过程。为了防止冷凝和保持表面干燥，输入的空气温度应略低于钢材表面的温度。更重要的是喷射作业人员要配戴具有通风系统的防护服。

4. 4 涂料施工

4. 4. 1 涂料配制

(1) 钛纳米聚合物涂料是双组分涂料，施涂前才能将两组分混合。配制前，要确认A、B组分以及稀释剂是否配套，是否与要施涂的型号一致，是否失效等。

(2) A组分配制前必须搅拌至底部无沉积且上下均匀。

(3) 将均匀的A、B组分按5∶1质量比称取少量试涂，用稀释剂调整黏度(涂-4杯)为35 s，使涂覆工艺条件达最佳，保证单膜厚度和质量。

(4) 根据涂覆面积和单涂膜厚度计算 A、B组分以及稀释剂用量，控制配料量在1 ～ 2 h内用完，防止配量太多、施涂超时而过度熟化增稠，影响涂膜质量。

(5) 涂料如需稀释，也应控制其用量不超 10%，按计算好的稀释剂比例称好后加入A组分中，搅拌均匀后加入B组分，搅拌5 ～ 10 min，使A、B组分熟化，然后静置5 ～ 10 min，消除搅拌引入的空气泡。搅拌与静置时间的长短取决于配料量，料多则静置时间长。

(6) 混合好的涂料用 100目滤网过滤后，方可施涂。施涂过程中，一旦涂料反应过度而发生增稠，要立即停止施涂。此时涂料已报废，应重新配料。涂料反应过度与时间和环境温度有关：温度高，所需时间短，料要少配；反之，温度低，所需时间长，配料量可适当增加。

(7) 要使用涂料配套稀释剂，不能随意选用其他稀释剂。

4. 4. 2 涂覆工艺

施工前，用工业真空吸尘器吸尘。只进行吹风会存在潜在的污染。本次施工主体采用滚刷进行，对于工作面较小不适于滚刷施工的，采用毛刷进行施工。施工时应注意以下几点：

(1) 相对湿度高于80%时，不宜施工。

(2) 表面处理合格后至涂覆第一遍涂料的间隔时间内出现锈蚀现象，应重新进行表面预处理。

(3) 按自上而下的顺序涂覆施工，罐底要做好保护工作，防止涂料落下成瘤。涂覆应均匀，不得漏涂。

(4) 对于焊缝、边角及表面凹凸不平的部位，应用刷子先涂覆一遍。

(5) 每道涂料的涂覆间隔应不小于12 h，下一道涂料宜在上道涂料表干后涂覆。最后一道面涂料涂覆完成后，应在常温25 °C下固化7 d以上，方可投入使用。如果固化温度低于10 °C，应固化15 d以上，方可投入使用。

(6) 施工过程中，应在不同部位测定涂层的湿膜厚度，并及时调整涂料黏度及涂覆工艺参数，以保证防腐层最终厚度达到设计要求。

施工过程的注意事项：

(1) 不要用手直接接触处理后的金属表面，以防手汗引起金属锈蚀。汗液与金属接触时，会在金属表面形成一层汗液膜，使金属发生电化学反应而腐蚀。因此，施工人员应带手套、指套。

(2) 用漆刷涂时，应先上下、后左右。漆刷蘸漆不能过多，以防滴落。涂装时，漆刷距离不能拉得太大，以免漆膜过薄。遇有表面粗糙、边缘、弯角和凸出等部分更应特别注意，最好先预涂一道。用滚筒滚涂时，滚筒上的油漆应分布均匀，滚动速度要保持一定，不可太快。切忌过分用力压碾滚筒。对于焊接、切痕等凸出部分，尤应小心处理，最好先预涂一道。

4. 5 质量检验

防腐层施工必须进行过程及最终质量检验，检验结果应做好记录。质量检验所用仪器必须经计量部门鉴定合格，使用前应校验。

4. 5. 1 施工过程质量检验

(1) 表面预处理质量应符合有关规定。表面清洁度应按照GB/T 8923-1988中的标准照片目测对照进行评价；锚纹深度应采用表面粗糙度测定仪或测定纸进行测定。预处理后钢材表面应无焊渣、毛刺、焊接飞溅物和灰尘。表面预处理质量不符合要求时，应重新进行表面预处理。

(2) 每涂覆完一道漆后，应检查涂层的外观和湿膜厚度，不得漏涂，每层厚度应均匀。出现漏涂或厚度不够时，应及时补涂。

(3) 后一道面漆实干后、固化前，应对涂层的厚度进行检查。厚度不合格应增加涂覆层数，直至合格。

4. 5. 2 防腐层最终质量检验

(1) 防腐层全部涂覆完并固化后，应对防腐层进行外观、厚度、漏点和粘结力检验。检验结果应做好记录。

(2) 外观检查应符合下列规定：表面的防腐层应全部目测检查；防腐层表面应平整、光滑，且无漏涂、发黏、脱皮、气泡和斑痕等缺陷存在。表面有缺陷的防腐层，应按规定进行处理。

(3) 厚度检查应符合下列规定：

(a) 用测厚仪检验，最薄点≥200 μm。

(b) 把内壁划分成顶、壁、面3个部分，取10%面积进行检验。以1 m2为一个检测区域，每个检测区域至少抽测 2个点。布点应均匀，焊缝处的抽测点数不得少于总检测点数的30%。

(c) 每个检测区域有 1个以上的点不合格，则该区域为不合格。若不合格区域不超过5%，则应对防腐层厚度低于规定厚度 90%的区域进行复涂。若不合格区域超过5%，则相应部位应加倍检查；当检查到不合格区域仍超过5%，则该部分的防腐层厚度为不合格，应复涂直至合格。若重新检查的不合格区域不超过5%，则应对防腐层厚度低于规定厚度90%的区域进行复涂。

(d) 罐附件防腐层厚度应按适当比例进行检查。

4. 5. 3 防腐层粘结力的检查

(1) 用锋利刀刃垂直划透防腐层，形成边长约40 mm、夹角约45°的V形切口。用刀尖从切割线交点挑剥切口内的防腐层，如果挑起处的防腐层呈脆性点状断裂，不出现成片挑起或剥离情况，则防腐层粘结力合格。

(2) 把内壁划分成顶、壁、底 3个部分，每个部分测一点。若测点合格，则该部分粘结力合格；若测点不合格，对不合格部分应加倍检查；若仍有一处不合格，则该部分的防腐层粘结力为不合格。

(3) 经粘结力检验损伤的内防腐层应按规定进行修补。粘结力不合格的防腐层不能修补，必须重涂。

(4) 涂层的粘结力检验属于破坏性检验，如果对检查点的修补工作做不好，反而会造成腐蚀隐患。所以最好用同材质的试片在施工时做好涂层检查。

4. 5. 4 厚度跟踪措施

根据防腐的重要性，要求施工单位采用2 mm厚的钢板，规格为60 mm × 120 mm的挂片4片，采用与现场防腐施工同步工艺相同的方法进行涂覆，以便进行涂层厚度及破坏性检验，同时作为交工资料。挂片由生产车间保管。

4. 6 修补、复涂及重涂

4. 6. 1 防腐层的修补

(1) 修补使用的材料和涂层结构应与原主体防腐层相同。

(2) 修补时应将漏点或损坏的防腐层清理干净。如已露基材，应除锈至St 3级。

(3) 漏点和破损处附近的防腐层，应采用砂轮或砂布打毛后再修补涂覆。修补层和原防腐层的搭接宽度应不小于50 mm。

(4) 修补处防腐层固化后，应按有关规定进行厚度和漏点检查(应无漏点且厚度符合规定)。

4. 6. 2 防腐层的复涂

(1) 应将原有涂层打毛，使涂层表面粗糙。(2) 按规定涂覆面层，直至涂层达到规定厚度。(3) 复涂后，应按规定进行质量检验，不合格的应重涂。

4. 6. 3 防腐层的重涂

必须将全部涂层清除干净，按要求进行防腐层涂覆后，应按规定进行质量检验，并应达到规定的质量要求。

4. 7 卫生、安全和环境保护

钛纳米聚合物涂料在装卸及运输过程中严禁剧烈碰撞，并防雨、防晒和防止包装件损坏。运输过程不能与酸、碱等腐蚀性物品以及柴草、纸张等易燃品混装。防腐施工现场必须有完善、有效的消防措施。防腐施工人员应配备防护工作服、防护(防毒)面具、防护鞋及防护手套等。施工现场还应备有防护药品。进入罐内的操作人员至少有2人，进口处应设置标志，并有专人负责安全监护。罐内施工时，应采用防爆照明灯具。手持式照明灯的电压不得高于24 V，灯线必须采用橡胶套电缆。无照明条件不得进入罐内作业。严禁携带一切火种进入罐内。在罐内施工时，应强制通风。罐内防腐层涂覆的安全、环境保护应符合 GB 7692-1987《涂装作业安全规程 涂漆前处理工艺安全》及GB 7693-1987《涂装作业安全规程 涂漆前处理工艺通风净化》的规定。离地面2 m以上施工时，必须制定高处作业的安全防护措施，并严格执行。

防腐施工结束后，施工单位应提供下列文件：(1)涂料出厂合格证及检验报告；(2)防腐层涂覆施工记录；(3)质量检验报告；(4)修补与复涂记录，包括修补地点、原因、方法、数量及检验结果；(5)其他有关记录。

5 效果

2007年8月对污水罐进行了内壁防腐施工，施工面积为3 426 m2。2010年4月对该罐进行检修检查。结果发现，防腐涂层整体性完好，涂层表面有光泽，无起皮、起泡、龟裂、脱落等现象，也没有任何锈蚀产物附在表面。

6 结语

钛纳米聚合物涂料防腐涂层在含有 H2S、NH3、CO2、CN-、酚等多种物质的水中及60 °C左右温度下，使用效果很好。它解决了常规特种防腐涂料耐腐蚀不高的难题，且其工程造价与常规特种防腐涂料相当，比环氧玻璃钢防腐层造价低30%左右。

[1] 王巍. 浅谈炼油厂硫磺回收装置酸性水罐的腐蚀与防护[J]. 石油化工设备技术, 2005, 26 (1): 59-61.

[2] 王巍, 牟义慧. 炼油厂污水线管道内壁防腐方案分析与选择[J]. 管道技术与设备, 2007 (3): 36-38.

[3] 薛俊峰. 钛纳米聚合物制备和应用[M]. 北京: 知识产权出版社, 2001: 429.

[4] 王巍, 薛富津. 钛纳米聚合物涂料在酸性水罐的应用[J]. 管道技术与设备, 2005 (1): 36-38.

[5] 王巍. 钛纳米聚合物涂料在引风机壳体内壁防腐蚀中的应用[J]. 材料保护, 2006, 39 (10): 71-73.

[6] 王巍. 钛纳米聚合物防腐涂料在炼油厂轻烃储罐上的应用[J]. 石油化工设备技术, 2005, 26 (6): 63-64, IV.

[7] 王巍, 薛富津. 钛纳米聚合物涂料在储油罐上的应用[J]. 全面腐蚀控制, 2005, 19 (4): 12-14, 18.

Corrosion protection and coating of sewage tank in oil refinery plant //

WANG Wei

The cause of corrosion of sewage tank in oil refinery plant was analyzed. A XK-252 titanium nanometer polymer coating was selected as the corrosion protection system for sewage tank. Its dry film thickness is not less than 200 μm, and its design service life is not less than 15 years. The corrosion protection process was discussed in detail. Three years of application practice indicated that the whole corrosion protection coating appears to be perfect without rusting. Its cost is equal to that of general special corrosion protection coating, and by 30% lower than that of epoxy glass fiber reinforced plastic.

sewage tank; titanium–nanometer polymer coating; corrosion protection

TQ639

A

1004 – 227X (2010) 11 – 0069 – 05

Author’s address:Oil Refinery Plant of Daqing Petrochemical Company, Daqing 163711, China

2010–05–31

王巍（1955–），男，辽宁沈阳人，工程师，荣获“中国防腐大师”荣誉称号，研究方向为设备腐蚀与防护。

作者联系方式：(E-mail) wangwei1955@163.com。

[ 编辑：韦凤仙 ]