芳烃装置户外钢结构腐蚀与防护对策

曹文卫

(中国石化上海石油化工股份有限公司，上海200540)

中国石化上海石油化工股份有限公司(简称上海石化)作为特大型炼油、化工、化纤、塑料联合企业，拥有大量钢结构的生产装置和基础设施，这些装置和设施处于海洋性大气和工业大气污染的环境下，腐蚀相当严重。尤其是近年逐步增加的进口含硫原油，使生产设备以及户外钢结构、管线支架、储罐等的腐蚀环境和条件进一步恶化。4号芳烃装置的户外钢结构、管线管架、平台、梯子和扶栏等刷涂的防腐蚀涂层，往往使用1～2 a就过早失效，钢结构黄锈斑斑，甚至穿孔和破裂，严重威胁了安全生产，也影响人身安全。

1 4号芳烃户外钢结构腐蚀现状

厂区内平台、扶梯、无保温层管道和钢结构等量大面广，由于受海洋工业大气侵蚀，且原有防腐蚀涂层多用醇酸漆、氯磺化乙烯漆和氯化橡胶漆，涂层脱落、起泡、锈蚀，总体陈旧，局部钢基体腐蚀穿孔。典型腐蚀照片见图1～2。

图1 扶梯涂层脱落和锈蚀Fig.1 Escalator peeling coating，corrosion

图2 钢平台起皮脱落锈蚀Fig.2 Steel platform peeling off the rust

2 户外钢结构腐蚀原因分析

2.1 腐蚀产物形貌及样品成分分析

户外钢结构的涂料防腐蚀层，由于长期承受化工酸气、盐雾、溶剂以及紫外光的照射作用，大多发生了老化和降解，其失效形态主要有涂层的粉化、脱落、开裂、失光、褪色、龟裂和溶胀等。对所采集的户外钢结构的失效涂层样品，分别采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)进行了形态观察和定点成分分析。结果表明，失效涂层的腐蚀产物组成主要是氧化铁、硅化物、少量氯化物、硫化物以及粉化的有机物。图3～图5分别为户外钢结构涂层失效形貌、失效涂层腐蚀产物的显微形貌及失效涂层底部显微形貌003处元素成分能谱图。

图3 4号芳烃歧化涂层脱落后腐蚀形貌50×Fig.3 4#aromatics disproportionation peeling coating corrosion morphology after 50×

图4 失效涂层底部显微形貌Fig.4 Microstructure morphology of at the bottom of failure coating

图5 元素成分能谱图Fig.5 Energy spectrum analysis of elemental compenents

2.2 户外钢结构腐蚀及涂层失效分析

2.2.1 大气腐蚀环境影响的主要因素

(1)水分的影响。在大气环境下水分是对钢材起腐蚀作用的主要因素。水是一种电解质，可以离解成H+和OH－，还能溶解大量离子，因而会引起金属的腐蚀;

(2)SO2及H2S的影响。工业废气中含有大量的SO2和H2S也是大气腐蚀最重要的因素。钢材的腐蚀速率随大气中的SO2与H2S的含量增加而增加［1］。

(3)海盐粒子的影响。海盐粒子多为钠、钾、钙和镁等一些氯化物，被海风携带吹送并沉降在钢结构表面上，形成HCl强腐蚀介质。上海石化实属海洋工业大气，既含有工业废气的有害杂质，又含有海洋环境的海盐粒子。工业废气中的SO2和海洋大气中的Cl－的联合作用对金属的腐蚀较之单一的SO2或Cl－作用都严重得多。

(4)其它杂质的影响。在石化生产的大气环境中，还含有一定的 NH3，HCN，CO2，Cl2及固体尘粒等，这些杂质生成硝酸、亚硝酸、盐酸、碳酸、氢氰酸等与硫化物生成的硫酸、亚硫酸一起会在金属表面湿膜中降低pH值，而加速腐蚀。

2.2.2 涂层过早失效主要因素

(1)太阳的紫外线对有机涂层引起粉化、失光和变脆等老化现象;

(2)设计选材因素。对户外钢结构的涂料防腐蚀一直不太重视，涂料的选用没有考虑环境介质、工艺条件等因素，一律采用防锈底漆加醇酸漆、面漆或氯化橡胶面漆;

(3)表面处理因素。钢结构外防腐蚀涂装质量除设计选材外，涂装工艺较为关键，而涂装前表面处理则是关键的关键。钢表面如有氧化皮、锈蚀产物、油污、旧涂膜和尘土等杂质，使涂膜与金属不能直接接触，因此涂膜的附着力大大降低，从而影响涂膜的保护作用;

(4)防腐蚀管理及施工质量控制因素。设备管理上对户外钢结构的腐蚀与防护重视不够。对钢结构外防腐蚀认识不足，重视不够，疏于管理钢结构外防腐蚀施工质量。

3 户外钢结构防腐蚀对策

金属腐蚀防护从原理来讲就是想方设法阻止腐蚀电池工作，或降低腐蚀电流。然而金属的腐蚀防护是一门综合技术，对于金属防腐蚀一般的方法是:正确选择耐腐蚀材料和合理的结构设计;表面防腐蚀涂层保护;电化学保护;加注缓蚀剂。目前户外钢结构的防腐蚀方法中有机涂层涂装是最常用的方法。选择有机涂层方案时应注意以下几点:(1)防腐蚀涂层保护体系的配套性，各层涂料间的匹配性和相容性;(2)底层涂料直接与金属接触，应具有很强的附着力和良好的防锈性能;(3)面层直接与环境接触，有良好的耐环境腐蚀性能、抗紫外线和良好的耐候性。

参照美国SSPC制定出的不同腐蚀环境中推荐使用的多种防腐蚀涂料涂装方案，针对上海石化具体的腐蚀环境，特结合国内现有的国情和涂料产品市场的实际情况，相应地制定出3套防腐蚀涂料的设计方案。

①底表面处理方案。底层环氧磷酸锌防锈漆75～100 μm(干膜厚度);中间层环氧云铁涂料100 μm(干膜厚度);面层丙烯酸聚氨酯涂料100 μm(干膜厚度);

②环氧富锌底涂方案。底层环氧富锌涂料50～75 μm(干膜厚度);中间层环氧云铁涂料100～150 μm(干膜厚度);面层丙烯酸聚氨酯涂料50 ～100 μm(干膜厚度);

③氟碳涂料面漆方案。底层环氧富锌涂料50～75 μm(干膜厚度);中间层环氧云铁涂料100～150 μm(干膜厚度);面层氟碳涂料50～100 μm(干膜厚度)。

4 防腐蚀方案及腐蚀模拟试验结果

对拟定的3套防腐蚀方案，开展防腐性能长效性的试验，在模拟腐蚀环境中进行加速腐蚀试验——盐雾腐蚀试验、SO2腐蚀试验。试验结果见表1～2。

表1 盐雾腐蚀试验结果Table 1 Results of salt spray corrosion test

表2 SO2腐蚀试验结果Table 2 Result of SO2corrosion test

涂料配套腐蚀试验样品经盐雾腐蚀试验和SO2腐蚀试验后结果表明，只要防腐蚀涂层的表面处理质量达到要求，厚度达到250 μm以上，并分3层进行刷涂，同时严格控制每层刷涂的时间，均能达到良好的防腐蚀效果;单层的富锌底层涂料防腐蚀性能很差，必须与中间和面层涂料配套使用。在试验中，专门设计了不同防腐蚀涂层的厚度及其颜色，进行了不同涂层厚度防腐蚀性能的比较，发现若仅刷涂两层是难以阻挡腐蚀介质向金属基体的渗透，达不到预期的阻隔效果，这进一步表明涂层厚度及涂覆均匀在施工工艺中的重要性。户外钢结构防腐蚀涂层的过早失效绝大多数与此有关。

5 防腐蚀方案的应用与效果

根据分析与模拟试验的结果，选定了两种方案，对于表面处理不宜采用机械喷砂而只能采用手工除锈的，选用:环氧磷酸锌防锈漆100 μm加环氧云铁防锈漆100 μm加丙烯酸聚氨酯防腐蚀漆100 μm方案;对于表面处理采用机械喷砂处理的，选用:环氧富锌底漆100 μm加环氧云铁涂料100 μm加丙烯酸聚氨酯涂料100 μm方案。

2009年选用环氧磷酸锌防锈漆100 μm加环氧云铁防锈漆100 μm加丙烯酸聚氨酯防腐漆100 μm方案，根据国家规范的施工工艺对户外钢结构进行涂装施工，加强中间隐蔽工程的监控，按规范要求进行竣工验收，至今已使用近4 a，涂层仍基本完好，大大提高了钢结构防腐蚀层的寿命，减少了因每年进行涂装的人力物力等的经济损失。

［1］ 林玉珍，杨德钧.腐蚀和腐蚀控制原理［M］.北京:中国石化出版社，2007:201-203.