沿海炼化装置检修中钢结构外防腐层施工质量控制

刘杨宇，郭晓军，王磊，丁超，崔灿灿中国石油集团工程技术研究院，天津300451

沿海炼化装置检修中钢结构外防腐层施工质量控制

刘杨宇，郭晓军，王磊，丁超，崔灿灿中国石油集团工程技术研究院，天津300451

炼油厂装置检修期停工流程长，涉及的工艺处理复杂，管理的专业化分工程度高，参与检修的单位和人员众多，且检修作业时间、危险作业频次、工程项目数量高度集中。同时，沿海地区地理环境特殊，气象条件复杂，影响外防腐层的施工质量。针对沿海炼化装置钢结构检修中外防腐层施工，结合沿海地区大气环境特殊性以及装置检修的实际情况，分别从钢结构外防腐层施工特点、涂层方案以及施工控制要点等方面对质量控制进行了分析，并提出相应的措施建议。

炼化装置；涂层；质量控制

炼化装置正常工作是确保炼油厂安全高效开展生产的根本前提。目前，我国千万吨级原油炼化企业大多布局在东部沿海地区。沿海地区炼化装置长期处于海洋大气（C5-M）[1]与工业大气（C5-I）叠加的高腐蚀环境中，紫外线强，盐分高，湿度大，空气中含有大量水、氧、酸性污染物，引发严重腐蚀，从而影响结构材料的力学性能。目前炼化装置主要采用涂敷外防腐层的方法进行防护，但是涂层在这种恶劣环境中容易遭到破坏，出现起皮、开裂、剥落的情况。一旦外防腐层遭到破坏，失去对装置的保护作用，装置便直接暴露在这种高腐蚀速率环境中。因此，外防腐层的施工质量就显得尤为重要，成为控制装置腐蚀的重要因素。

对于新建的炼化装置，由于前期质量控制严格，一般都能达到涂层的预期使用寿命。但是装置运行几年后，检修过程中外防腐层施工质量往往得不到保证，防腐层往往提前失效，导致装置钢结构腐蚀严重[2]。这主要是由于炼化装置检修期停工流程长，涉及的工艺复杂，管理的专业化分工程度高，参与检修的单位和人员众多，且检修作业时间、危险作业频次、工程项目数量高度集中。同时，沿海地区地理环境特殊，气象条件复杂，也影响到外防腐层的施工质量。本文针对沿海炼化装置检修中钢结构外防腐层施工，结合装置检修的实际情况，分别从装置检修钢结构外防腐层施工特点以及施工控制要点等方面对施工质量控制进行了分析，并提出相应的措施建议。

1　装置检修外防腐层施工特点

1.1施工工期短

炼化装置停工大检修的显著特点是，同时停工的生产装置套数多，检修工作量大，工期非常短，一般不超过2个月，留给涂层施工的工期就更短，而涂层的施工质量必须要以一定的干燥时间作为保障，因此工作量与工期矛盾突出，给外防腐层的质量控制带来很大的困难。

1.2交叉作业多

由于检修时间的制约，装置检修的交接界面往往不能整体进行。由于炼化装置检修涉及到清扫、防腐、焊接、试压、吊装等多种作业，交叉作业多，人员流动大。由于涂层施工后，干燥固化需要一定的时间，在未完全固化前其他工种的作业容易对涂层造成一定的机械损伤，给外防腐层的施工和养护带来很大的困难。

1.3作业难度大

炼化装置由大量管廊桥架、承重梁、塔器、容器等组成，装置钢结构复杂，异构件多，作业空间狭小，多数处于高空作业，需要搭设脚手架，作业风险大。多数装置外防腐层施工处于露天作业，受雨、雪、风、湿度、温度等环境因素的影响较大，再加上沿海地区空气湿度大、盐分高、气象条件变化快，表面处理后必须马上进行施工。表面处理以手工打磨为主，涂敷方式以辊涂、刷涂为主，作业效率低。

2　外防腐层方案

2.1涂层结构

涂层都具有透水性，不同的涂料品种，透水速度不同[3]。单层涂敷很难得到完整均匀无孔的涂层，采用多道涂层可以将前一道涂层留下的针孔、漏涂及其他弊病予以弥补。同时，不同类型的涂料可以进行互补，延长水分子的渗透路径，阻止水分子等腐蚀介质向金属基材的渗透。因此，涂层结构的选择尽量遵循“多道薄涂”的原则，一般主张“多层异类”的结构。装置的外防腐层多采用环氧底漆/环氧云铁中间漆/聚氨酯面漆的结构，底漆和面漆采用多道薄涂，中间漆使用厚涂层，厚度一般在300μ m以上。环氧底漆提供良好的附着力，中间漆提供良好的屏蔽作用，面漆抗紫外光性能优良。

外防腐层结构还应考虑到涂料间的配套性，应将其作为一个体系来考虑。配套性应从外部因素和涂料自身因素两个方面去考虑。外部因素主要有表面处理质量、基材特性、施工环境、施工条件、施工方式等方面，涂料自身因素主要有涂料固化方式、固化温度、与其他类型涂料的相容性等方面。由于防腐涂料厂家和施工队伍往往是分开的，防腐涂层体系的配套性往往被忽视，结果出现质量问题。

具体到炼化装置上，对于部分未受损坏且附着力较好的外防腐层，一般很难将其清除干净，处理费用也非常高，这部分外防腐层可以作为底漆继续使用，但应该考虑新旧涂料品种的配套性。如果在原有的旧涂层上重涂时不配套，会出现咬底、起泡的情况。在涂覆前，应在涂层表面进行相溶性和附着力试验，确定新的涂料与原有涂层配套后，再进行涂覆施工。

2.2涂料性能

在不同的环境介质、底材种类及施工条件下，应有针对性地选择涂料。由于炼化装置由多个不同功能的炼油设备组成，涉及到的外防腐层涂料品种较多，不同的设备部位对涂料的性能要求也不一样。

由于炼化装置一直处在运行状态，外防腐层会有部分破损，钢结构表面有大量锈蚀、灰尘、油污和杂质。在表面处理时，很难将这些杂物彻底清除干净，且表面处理的费用非常高，耗时长。传统的防腐底漆，如环氧富锌涂料等，对底材表面处理要求较高，如果直接在底材表面进行涂装，难以保证附着力达到要求。可以考虑采用带锈防锈涂料，在无疏松锈层、无油、无杂质的带锈钢材表面使用，与部分难以打磨掉的锈层结合在一起，保证了涂层的附着力，降低表面处理费用。考虑到沿海地区的大气湿度高、露点温度高的情况，环氧类底漆和中间漆应尽量避免选择低分子量脂肪族胺和脂环胺类固化剂，这类固化剂在潮湿环境中容易与水及CO2发生反应，出现发白和起霜。

暴露在大气中的涂层（特别是有机涂层）使用一段时间后就会出现失光、褪色、泛黄、剥落、开裂甚至脱落等现象[4]。环氧类涂层分子结构中的醚键和羟基在紫外光作用下容易断裂降解，在环氧涂层的上面必须涂覆面漆，成为整个外防腐涂层体系的第一道屏障。面漆应选择具有优良的耐光老化、耐盐雾性能，能够长期经受紫外光和盐雾环境。目前，性能优良的丙烯酸聚氨酯防腐蚀涂料，其耐紫外光老化试验可达到4 000 h，耐盐雾达到2 500 h。

对于烟囱、炉塔表面温度较高的部位，外防腐层需要选用耐高温的防腐蚀涂料，装置的烟囱和炉塔的最高温度可达400℃。

除了涂料的防腐性能，还应考虑涂料的施工性能和现场实际情况。如装置钢结构涂敷施工时，多采用人工辊涂、刷涂的方式，涂覆效率低。应尽量选择固化快、适用期长、涂装间隔时间短的涂料。

3　外防腐层施工质量控制要点

3.1施工环境

由于装置检修多在露天进行，外防腐层施工质量受环境因素的影响非常大。环氧-胺双组份体系涂料固化时，受温度、湿度的影响非常大。当现场环境温度超过40℃时，涂料和固化剂反应加速，适用期减短，甚至出现暴聚的情况；当现场环境温度低于10℃时，树脂和固化剂的反应活性降低，涂料的干燥固化缓慢，低于5℃时，固化反应几乎不再进行；23℃时，完全固化一般需要7 d。部分环氧-胺双组份体系涂料在沿海高湿度空气环境中固化时，会出现发白和起霜的情况。丙烯酸聚氨酯类涂料的固化剂——异氰酸酯可以与空气中的水进行反应，使涂层表面出现气泡，影响施工质量。

外防腐层的施工宜在气象条件良好，环境温度为10～30℃，基材表面温度高于露点温度3℃以上，相对湿度小于80%的环境下进行，应做好温度、湿度的监测，尤其是露点温度的监测。

3.2表面处理质量

表面处理包括表面除锈等级、洁净度、锚纹深度等，如果表面处理不当，会直接影响涂层的附着力、使用寿命和外观等。有关资料表明，防腐涂层达不到设计防腐年限的主要因素大都是表面处理不符合要求。由于装置钢结构复杂，异构件多，作业空间狭小，使表面处理难度增大。对装置不同区域的表面处理主要是做好处理方案，保证处理质量。

炼化装置一直处于运行状态，部分外防腐层出现老化、剥落、失效的情况时导致涂层下有腐蚀发生，形成铁锈、氧化皮等。在进行表面处理时必须先将表面的浮锈、氧化皮以及破损的涂层清理干净。对于在维护周期内，还具有一定保护功能的涂层（基材没有受到腐蚀，是完好的），只要经过简单维护便可安全地继续使用[5]。在旧涂层上重涂时，需要对涂层进行打磨搭接处理，保证涂层的层间附着力。

对于处理面积较大的设备，如炉体、气柜等可采用自动喷砂处理，达到Sa2级以上。对于难以采用自动喷砂除锈的地方，如钢结构、管廊桥架等部位可以采用手动除锈，达到St3级，并打出锚纹深度。在涂覆施工前，将表面吹扫干净，并进行清洁度的检查。

与其他现场环境不同，沿海地区湿度大、盐份高，容易对处理后的底材表面形成二次污染，可溶性盐、氯离子的存在对涂层的施工质量有极大的影响。表面处理后，按照NACE 0108标准对表面盐分进行检测，允许的最大可溶性氯离子含量见表1[6]。在满足标准要求后，进行底漆施工。

表1　NACE0108标准规定的表面可溶性氯离子含量

3.3涂装间隔时间

由于沿海地区空气湿度大、盐分高，经过处理的钢材表面很快出现返锈，应在4 h内涂敷底漆。一般涂装多采用“湿碰湿”的工艺，主要是控制涂装间隔时间，即在底层漆膜表干后未完全固化前，涂覆下一道漆膜[7]。如果两道漆间隔时间太长，前一道漆完全固化，容易出现“两层皮”的情况，层间附着力差；间隔时间太短，底层漆溶剂不能完全挥发，残留在涂层中，影响涂层的机械强度。施工后，阳光不能直射的部位，由于温度比较低，涂层固化反应比较慢，应当注意查看涂层的固化情况。装置表面的温度在夜间可能降低到露点以下，空气中的水会冷凝在涂层表面，影响下一道涂层的施工作业。施工前，应根据环境温度湿度安排好涂装间隔时间，采取一定的防护措施，尽量避免出现结露情况。

由于装置检修时交叉作业多，工期紧，作业难度大，经常出现涂装间隔时间难以保证的情况。一是某一工序作业时间周期较长，影响下一道漆膜的施工；二是为了保证检修进度，人为压缩涂装间隔时间的情况。需要合理安排作业工序，做好前后作业任务的安排，严格控制涂装间隔时间。

3.4涂料配置

检修时外防腐层多采用双组份涂料，涂料与固化剂的准确配比非常重要。配置时，固化剂加入量太少，会造成涂层固化不充分，理化性能差，投产后涂层容易出现提前失效。环氧类涂料固化剂加入量过多，会造成涂层发硬发脆，易出现开裂。固化反应速度受环境温度影响较大，温度较高时，树脂和固化剂的反应活性增大，固化剂的用量可以适度减少；温度较低时，树脂和固化剂的反应活性降低，固化剂的用量可以适度增加。固化剂加入后应搅拌均匀，否则会导致涂料与固化剂局部反应过快，影响涂层固化后的性能。

炼化装置检修施工时使用的外防腐涂料品种较多，每种涂料的混合比例不一样，配置时经常出现由于固化剂加量不准，导致涂层出现质量问题的情况，应严格按照说明书要求进行混合。

稀释剂通常是用来调整涂料黏度，保证施工性能的，需遵循产品说明书正确使用稀释剂。低温施工时，可提前24 h将涂料放在20～30℃的环境中加热，以避免不必要的稀释。

3.5加强人员管理

人员作为施工质量的主体，也是质量控制的要点。施工人员的操作水平高低直接决定涂层施工质量的好坏。目前防腐施工队伍水平参差不齐，施工人员整体素质较低，缺少必要的专业培训。在装置检修涂层施工时，应做好施工组织设计，加强对管理和操作人员的专业培训和技术方案交底。

4　外防腐层的检验、修复和养护

4.1外防腐层的检验

外防腐层的检验一般包括过程检验和最终检验。过程检验主要对涂料的外观和湿膜厚度进行检测，每道涂层完工后，涂层外观应平整光滑，无漏涂、流挂、气泡等缺陷。外防腐层的最终检验包括外观、干膜厚度、漏点和附着力的检验。全部外防腐层施工完成后，应没有流挂、流垂、针孔、鱼眼、气泡、桔皮、裹灰之类的表面缺陷及其他异常现象，并应具有良好的视觉外观，面漆应完全遮盖住下层的颜色[8]。干膜厚度采用磁性测厚仪测量。现场附着力的检测主要采用划叉法和拉拔法，对涂层具有破坏性，应在装置附件等非关键部位进行。附着力不合格的涂层应进行整体补涂。

4.2外防腐层的修复

漏点检测不合格部位和检验损伤部位的涂层应进行修复，修复时应将漏点或损坏的涂层清理干净，修复层和原防腐层有一定的搭接过渡，宽度一般不小于50 mm；厚度不足部位应进行补涂，补涂时将原有涂层打毛，使表面粗糙。修复和补涂后的涂层部位应重新进行外观、厚度、漏点和附着力的检测。

4.3外防腐层的养护

由于外防腐层施工后，固化过程需要一定的时间，在这段时间内，涂层的机械强度低，很容易受到交叉污染、划伤和破坏。施工过程中应合理安排作业工序，在涂层的施工过程中采取防护措施进行保护，施工完毕后进行养护。

5　结束语

沿海地区炼化装置外防腐层施工因其地理位置特殊以及检修工作复杂，施工质量控制应结合施工特点和现场实际，进行整体控制，从而保证外防腐层施工质量。

[1]ISO 12944-2-1998，Paints and varnishes——Corrosio n protection of steel structures by protective paint systems[S].

[2]肖栋梁.大型炼化装置检修的管理[J].石油化工安全环保技术，2014，30（1）：1-3.

[3]刘宗晨.涂层起泡原因及控制[J].上海涂料，2005，43（7）：57-59.

[4]韩文礼，徐忠苹，王雪莹.紫外线对有机涂层的破坏机理及应对措施[J].石油工程建设，2007，33（2）：18-20.

[5]徐忠苹，毕锋东，韩文礼.应当重视外防腐涂层维护周期的研究[J].石油工程建设，2008，34（1）：40-41.

[6]NACERP 0108-2008，Corrosion Controlof Offshore Structures by Protective Coatings[S].

[7]王受谦.防腐蚀涂料与涂装技术[M].北京：化学工业出版社，2002：203.

[8]刘杨宇，赵天义，崔广伟.海洋石油平台坞修防腐涂料施工质量控制[J].中国修船，2013，26（2）：48-51.

Construction Quality Control of Anticorrosive Coating of Steel Structure in Coastal Refining Equipment Overhaul

LIU Yangyu，GUO Xiaojun，WANG Lei，DING Chao，CUICancan
CNPC Research Institute of Engineering Technology，Tianjin 300451，China

Oilrefining equipment overhaul relates to long shutdown period，complex treatment process，high management level of specialized division of labor，participation of a number of maintenance units and personnel.Morever，the maintenance operation time，dangerous operation frequency and project number are highly concentrated.At the same time，the particular geographical environment in coastal area and the complex weather condition will affect the construction quality of the outer anticorrosive coating of steel structure.According to the special weather condition in coast area and the practical situation of refining equipment overhaul，this article analyzes the quality control factors such as coating construction characteristics，coating scheme and construction control points for the steel structures.Corresponding countermeasures are suggested.

refining equipment；coating；quality control

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.05.018

刘杨宇（1986-），男，湖北钟祥人，工程师，2009年毕业于中国石油大学（华东）材料物理与化学专业，现从事防腐保温技术研究。Email：liuyy004@cnpc.com.cn

2016-02-22；

2016-04-11