石化设备绝热层下的金属腐蚀

2013-04-08汪培宝

石油化工腐蚀与防护 2013年4期

汪培宝

(石化工程质监总站齐鲁石化分站，山东淄博 255400)

随着中国，工业化的进程逐渐加快，石化行业对于国计民生所起的作用日益彰显。作为工业发展中不可或缺的部分，化工设备的安全运行直接影响到化工装置的长周期稳定生产。而绝缘层下的金属腐蚀又是发生在化工设备上的常见问题，这主要是由于化工设备大多运行在高温环境下，并且与空气、水分和绝热材料中的污染物等接触而发生了化学反应，进而导致金属器壁出现损耗或者是破坏的状况。化工设备在被腐蚀之后会降低其力学性能和使用功能，从而影响装置的安全生产，给企业带来损失、对环境造成危害。所以，分析化工设备绝热层下的腐蚀以及采取预防/减缓措施很有必要。

1 绝热层下的腐蚀

绝热层下腐蚀是指对于高温保温或低温保冷的钢结构管道、储罐或设备，由于其外表面被绝热层所覆盖，在正常运行尤其是发生热循环的条件下，由于绝热层下的水分发生冷凝，从而造成局部的电解质溶液聚集，进而引起金属腐蚀。

绝热层下腐蚀的严重性在于无法及时发现。一般为了保护绝热层和达到美观效果，在做完绝热层后往往在绝热材料外面包覆一层镀锌铁皮或铝箔。因此，往往看到绝热层下腐蚀的时候已经太迟了，经常导致各种失效事故的发生。尤其是当运行温度低于120℃时，绝热层下往往会存在一定量的冷凝水。另外，保温层下设备在建造期和定期的检修时间内也会形成腐蚀发生的微环境。研究表明:发生绝热层下腐蚀的概率在设备运行5 a以后将大幅上升，而运行10 a后的绝热层中60%都含有腐蚀性冷凝水。

对于石化行业而言，绝热层下的腐蚀还有其特殊性，就是由于石化行业涉及到很多不同工艺，因此在绝热层下的金属往往还要经历热循环的过程。而对于传统防腐涂料而言，由于热膨胀系数与金属的不同，经历热循环往往会导致涂层内应力增加，最终造成涂层的早期失效，加快了绝热层下金属的腐蚀。

绝热层下的金属腐蚀过程一般也是通过两种途径进行:化学腐蚀和电化学腐蚀。

化学腐蚀:金属表面与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀。化学腐蚀又分为在气体中腐蚀和在不导电溶液中的腐蚀。气体腐蚀是指干燥气体同金属相接触，使金属表面生成化合物，比如氧化物、氯化物、硫化物等。如果设备在高温环境下长期运行，表面会氧化而生成氧化皮。金属在不导电溶液中的腐蚀是指金属在诸如石油、乙醇等有机液体中受到腐蚀(比如有硫化物作用的情形)。

电化学腐蚀:金属材料(合金或不纯的金属)与电解质溶液接触，通过电极反应产生的腐蚀。电化学腐蚀的表现形式很多，对于绝热层下的设备腐蚀又可分为:空气腐蚀和导电介质中的腐蚀。空气腐蚀是金属在潮湿的空气中的腐蚀;导电介质中的腐蚀是金属在受到雨水浇淋，或在各种酸、碱、盐类的水溶液中的腐蚀。

2 化工设备绝热层下金属腐蚀的主要因素

影响化工设备绝热层下金属腐蚀的因素有很多，分析研究表明影响化工设备绝热层下金属腐蚀的主要因素有以下几点:

(1)绝热系统的设计、绝热层类型、温度、湿度、降水以及来自近海环境、含高浓度二氧化硫的工业环境和氯化物等是关键因素。(2)由于设计缺陷或安装不到位而使水分不能阻挡在绝热层以外，从而增加了绝热层下的腐蚀。(3)当金属表面温度介于100～121℃时，由于水分不易蒸发，并且使绝热层保持较长时间的湿润时，腐蚀会变得更加严重。在近海环境或者湿度较大的地域，出现绝热层下腐蚀的温度上限会明显地扩大到121℃以上[1]。(4)绝热材料本身就带有水分。(5)循环热运行或者是间歇工作的化工设备会增加腐蚀的程度。(6)在水的露点以下运行的设备容易导致水分在其表面冷凝，提供了一个潮湿的环境，从而会增大绝热层下发生腐蚀的概率。(7)从绝热层溶出的污染物(比如氯化物)会加剧金属的腐蚀。(8)能随着空气传播的污染物(氯化物或者二氧化硫等)会加速绝热层下的腐蚀。

3 化工设备绝热层下金属的主要腐蚀

(1)材质为碳钢和低合金的设备会发生点蚀和厚度损失。(2)材质为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和双相不锈钢的设备会发生点蚀和局部腐蚀。如果设备所在的环境存在氯化物，则奥氏体不锈钢也会发生应力腐蚀开裂。

4 化工设备绝热层下金属腐蚀的常见位置

(1)含有水分较多的位置，比如冷却塔的下风区域、气孔、冲水系统附近，或者是带水喷雾的辅助冷却系统的周围。(2)绝热层、防潮层、耐候性或者胶合辅料出现破损的位置，或绝热层与设备上突出的部件(比如接管和人孔)相连接处安装不牢固、拼缝不严密部位。(3)设备上焊接的梯子支架、起重用的吊耳、设备加强圈、保温支撑圈、管支架等部位。(4)蒸汽伴热受损或者出现了泄漏的位置。(5)顶部封头和底部封头。

5 化工设备绝热层下金属腐蚀的常见形态

(1)材质为碳钢和低合金的设备，把绝缘层去除后会看到金属腐蚀常常表现为松散的片状垢，是高度局部化的腐蚀。(2)通常在被破坏的防腐涂层下可以发现，在某些局部化损伤的位置，腐蚀往往表现为红玉型的点蚀。(3)对于材质为奥氏体不锈钢的设备，如果使用的绝热材料如岩棉、矿渣棉、硅酸钙、泡沫塑料等含有超标的氯化物，会发生局部的点蚀和氯化物应力腐蚀开裂[2]。(4)绝热层下的金属腐蚀通常伴随有绝热层和防腐层损伤的迹象。

6 化工设备绝热层下金属腐蚀的预防和减缓措施

(1)如果所使用的金属材料对腐蚀的耐受性较差，通过使用合适的防腐材料、绝热材料和防潮材料能有效防止水分与金属表面接触，从而最大限度减缓金属的腐蚀。

(2)设备附件的外形对于绝热层下的腐蚀很重要。一般来说，设备表面的开口越多则其绝热层越容易受到水、空气和污染物的侵入。因而设计设备附件时应尽量避免出现水分滞留的外形结构，或者穿透保温层的结构。对这些部位进行绝热层施工时，应进行强化防水处理。

(3)金属设备在防腐之前需要进行表面清理，其清理质量和防腐材料的质量对减缓设备的腐蚀有着重要影响。无论设备结构、绝热层结构设计有多合理，仍然有可能发生绝热层下的腐蚀，因此，预防或延缓设备绝热层下腐蚀的重要措施是在设备进行绝热层施工前先涂覆一层防腐蚀涂料。采用具有良好的力学性能、附着力、耐候性和耐蚀性的涂层可以为设备运行提供长期的保护。

对于碳钢和不锈钢，其使用涂料的要求应不一样。不锈钢表面不得使用含溶解性氯化物的涂料，涂料中也不能含有铜、铅、锌及其化合物。碳钢设备表面涂料一般要求表面处理要达到Sa 3.0级，最低也要达到Sa 2.5级。

(4)必须重视绝热材料的选择和使用。比如相对于岩棉来看，泡沫橡塑能更有效地阻止水分跟金属表面接触，从而降低或延缓腐蚀。

(5)对于材质为奥氏体不锈钢的设备，其使用的绝热材料中含有的氯化物一定要符合规定，比如符合国家标准GBT17393—1998《覆盖奥氏体不锈钢用绝热材料规范》的要求，以使发生点蚀和氯化物应力开裂腐蚀可能性减少到最小化。

(6)分析设备的工艺运行条件，如果保温起的作用不大，可以考虑去掉设备的绝热层以降低腐蚀。

(7)为了使预防/减缓措施更具有科学性，应系统化地开展化工设备绝热层下金属腐蚀的检测。从预测分析开始，然后逐步深入。检测计划既要考虑涂层、绝热材料的类型和使用年限，还要考虑设备的运行温度和环境湿度。

(8)对外部绝热的及间歇使用的设备或者在以下温度范围内运行的设备，应考虑进行绝热层下的检验:

①运行在－12～175℃内，材质为碳钢和低合金的设备;

②运行在60～205℃内，材质为奥氏体不锈钢的设备。

对绝热层下金属腐蚀的常见区域，如绝热层或加强圈;接管和人孔;悬梯挂钩、管支架;损坏的或者堵缝失效的绝热层;顶部和底部封头;其它容易积水的位置等，也应着重进行绝热层下的检验。

(9)综合使用包括目视检测在内的多种检测技术来保证检测的可靠性。如用于厚度检测的超声波技术;用于鉴别隔湿防潮层检测的中子背散射技术;用于夹层下面的隔湿防潮层和被损坏绝热层检测的红外热像技术等。