钢质压力容器和压力管道腐蚀防护

李勇 赵彦杰

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院周口分院河南周口466000）

钢质压力容器和压力管道腐蚀防护

李勇 赵彦杰

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院周口分院河南周口466000）

压力容器和压力管道的材质一般是钢材，由于其储存和输运的介质中含有硫化氢、二氧化碳、氧气和硫酸盐等成分，易发生压力容器和压力管道腐蚀破坏，腐蚀已成为引起压力容器和压力管道系统可靠性和使用寿命的关键因素。

钢材；腐蚀；破坏

1 前言

目前，钢质压力容器和压力管道腐蚀已越来越引起广泛关注，对生成生活造成很大影响，腐蚀会造成介质跑、冒、滴、漏，不但污染环境，甚至会发生火灾、中毒、爆炸等恶性事故，造成巨大的经济损失和严重的社会影响，也会引起的生产企业停工停产、产品质量下降等后果。同时，腐蚀产物形成垢层，影响介质流速，传输效率降低，能耗增加，降低了经济效益，因腐蚀造成的直接和间接经济损失是巨大的。此外，为了有效防止钢质压力容器和压力管道的腐蚀、有效延长钢质压力容器和压力管道的使用寿命、减少因压力容器和压力管道腐蚀而引起的事故、降低经济损失、促进经济社会的快速发展以及保障人民群众的生命财产安全，对钢质压力容器和压力管道进行防腐蚀研究，探索防腐蚀新材料、新施工工艺，具有较大的经济意义及社会效益。

目前广泛采用的是在压力容器和压力管道内壁涂覆防腐蚀材料，利用涂层把输送的腐蚀介质与压力容器和压力管道隔离，以达到对压力容器和压力管道的保护。常用的有聚乙烯防腐蚀材料、环氧树脂防腐蚀材料、纳米材料等，取得了一定的防腐蚀效果。但防腐蚀材料在使用过程中，要与腐蚀介质长期直接接触，腐蚀介质中含有大量的H2S、CO2等酸、碱物质，会不断的侵蚀防腐蚀涂层；同时，由于压力容器和压力管道中的压力是不断变化的，涂层承受的载荷也在不断变化，在这些因素共同作用下，部分防腐蚀材料会出现鼓泡、开裂甚至脱落的现象，不能起到长期防腐的效果。

2 国内外的防腐蚀研究概况

鉴于压力容器和压力管道腐蚀问题的复杂性和严重性，国内外对压力容器和压力管道防腐蚀技术都很重视，防腐涂层技术是目前国内外最为广泛应用的防腐蚀措施，防腐蚀涂层的应用极大地减少了腐蚀的发生和危害。

在美国铺设大直径的新建压力容器和压力管道一般都是采用溶结环氧粉末涂层[1]。其优点是具有优良的表面容忍性。缺点包括表面处理的变化可能会引起粘结问题，在重叠处经常会粘结不好，在表面状况不好的地方会产生涂层不连续，破坏粘结的质量和性能。

德国原油及成品油罐内壁防腐多采用聚氨酯涂料，由于在聚氨酯涂料在施工及使用过程中会释放出有毒物质，制约了其应用范围[2]。

日本国内储油罐中有66.5%采用乙烯酯和聚酯玻璃鳞片作为内壁防腐蚀涂料，27.1%的采用环氧涂料，6.4%的采用锌粉涂料。缺点是使用涂层厚度较薄，平均为0.7mm，其中环氧涂层最小厚度为0.05mm，使用寿命较短，一般为7～10年[3]。

我国在1985年开始使用溶结环氧粉末涂层，其优点是钢管的粘结力强、机械性能好，使用温度高，良好的膜完整性、耐阴极剥离性、耐磨损等。缺点是涂层较薄，对损伤的抵抗力差，特别是高温条件下吸水率较高[4]。

纳米技术是一门新兴技术，利用纳米技术对有机涂层防腐材料进行改性，可有效提高其综合性能，特别是增加材料的机械强度、硬度、附着力，提高耐老化性、耐候性等，达到更好的防水、防腐效果。目前这项技术还处于起步阶段，技术不成熟且成本较高，不利于大规模使用[5]。

3 常用的防腐蚀衬里材料

目前常用的压力容器和压力管道防腐蚀衬里有机材料一般是由塑料、合成橡胶和复合材料制成的聚合物。这些材料通过一定的加工工艺被加工成合适的形式，同时为了达到某些特定的性能而需要加入适当的颜料，最终在被压力容器和压力管道内表面形成防腐蚀涂层，使被保护对象与腐蚀性介质隔离，起到腐蚀防护的目的。

压力容器和压力管道常用的防腐蚀材料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、酚醛树脂、环氧树脂等通用高分子材料与氟碳材料等特种高分子材料，近年又逐渐开发出纳米级材料、有机钛等新型材料。

研究表明压力容器和压力管道工作过程中压力波动较频繁且输运介质具有较强的腐蚀性，部分防腐蚀材料在投入使用后很短时间内就出现开裂、脱落等现象，使其防护失效，因此需要选择一种防腐能力强、耐候性较好的材料，常用材料的性能分析情况如下：

3.1 环氧树脂

环氧树脂的分子链是由碳-碳键和醚键构成的，化学性质很稳定，能耐稀酸、碱和一些溶剂。环氧基团能与多种固体介质表面，特别是金属表面上的游离键起反应形成化学键，因此环氧树脂具有优良的黏结性[6]。在与固化剂交联固化后，能够体现出优良的耐蚀性、耐热性、抗水性。

环氧树脂在固化前，通常以低分子的预聚物液体形式存在，经过固化剂的交联固化，才具有符合腐蚀工程应用要求的使用性能，具有优良的黏结性能，耐化学药品性及良好的力学性能、耐热性能和电气性能，但耐候性能及柔韧性能较差。

3.2 聚乙烯

聚乙烯是一种热塑性材料，其密度小于水，大约在90～130℃软化，是一种很好的电绝缘体，耐化学腐蚀性很好，化学工业中应用最多的是聚乙烯薄膜。通常高密度聚乙烯的耐蚀性较低密度聚乙烯稍好一些。低密度聚乙烯与高密度聚乙烯掺和可以用于注塑制备化工设备、电工器材、密封件轴套等[7]。

聚乙烯树脂防腐蚀材料具有较好的耐候性、耐水性、柔韧性，因此本课题选用聚乙烯防腐蚀材料作为研究对象之一，通过理论和实验进行研究，同其他材料进行对比分析，评定其在钢质压力容器和压力管道防腐蚀方面的优劣之处。

3.3 聚丙烯

聚丙烯具有优良的耐腐蚀性能，除了强氧化剂、浓硫酸、浓硝酸等对它有侵蚀外，其他试剂对聚丙烯无作用。聚丙烯是非极性结晶型聚合物，在室温下不溶于任何溶剂，直到100℃仍可以耐多种酸、碱和盐类溶液。

聚丙烯在一般温度下作为结构材料使用，但其弹性模量较低，又随着温度上升而降低，钢材的弹性模量在196～206GPa之间。因此在用于钢质压力容器和压力管道防腐蚀中，随着介质温度的不断变化，聚丙烯与钢材之间由于弹性模量差别较大，因此会造成涂膜与钢材之间分离甚至脱落。此外，聚丙烯对氧比较敏感，在氧的作用下会降解产生低分子物被分解。

3.4 氟塑料

氟塑料是各种含氟塑料的总称，氟碳防腐蚀材料具有传统合成树脂防腐蚀材料所无法比拟的独特性能[8]。由于氟碳防腐蚀材料中的基料氟树脂所含C-F键是已知的最强的分子键之一，键能高达486J/mol，且分子键距较短。因此氟碳防腐蚀材料具有优异的耐酸、耐碱、耐温、自润滑、抗辐射性等性能[9]。

目前氟聚合物以防腐蚀材料形式应用的品种较多，在准备防腐蚀材料的时候，为了满足不同的用途，通过添加填充料和颜料对原聚合物进行改性[10]。无机填充料可减小涂层成型后的收缩率。填充高分子聚合物形成高分子合金涂层可以改善涂层的机械性能和物理性能。在氟树脂防腐蚀材料准备涂层的时候，不仅要考虑涂层本身的性能，而且还应考虑涂层的制备方法。氟塑料具有较好的防腐蚀性能、耐温性和化学稳定性，已经在化工、冶金、石油等行业中被广泛应用，取得了较好的效果。

[1]艾云龙主编.工程材料及成型技术.北京：科学出版社，2007：63-70

[2]董祥忠主编.特种成型与连接技术.北京:化学工业出版社，2006.3:224-230

[3]张联盟.材料科学.北京：高等教育出版社，2005.2：398-462

[4]秦国治，田志明编著.防腐蚀技术应用实例.北京：化学工业出版社，2002.4:267-276

[5]秦国治，王顺.油罐腐蚀与防护.腐蚀与防护.1999，（9）：408

[6]张联盟.材料科学.北京：高等教育出版社，2005.2：398-462

[7]温树林等.材料科学与微观结构.北京：科学出版社，2007：129-130

[8]秦国治，田志明编著.防腐蚀技术应用实例.北京：化学工业出版社，2002.4:267-276

[9]胡宏伟.聚氟乙烯的合成与应用有机氟工业，1991，（5-6）:23-29

[10]刘结，董亦森.新型氟碳建筑涂料-聚偏氟乙烯涂料.广州化工，2000，28（2）：19-24

李勇，（1983—），男，硕士研究生，工程师，从事特种设备检验工作。