基于SEBF涂装技术的粘纤生产设备腐蚀防护方法

郑蓉

摘 要：针对粘纤生产设备在工作过程中会受到温湿度环境的影响，导致粘纤生产设备出现了大面积的腐蚀现象，为了避免粘纤生产设备出现大面积腐蚀，提出了基于SEBF涂装技术的粘纤生产设备腐蚀防护方法。根据SEBF系列的防腐涂料的性质，设计了SEBF涂装工艺流程，通过分析粘纤生产设备SEBF涂装的具体步骤，完成了粘纤生产设备的SEBF涂装，利用粘纤生产设备腐蚀涉及到的概率分布，分析处理了粘纤生产设备腐蚀数据，通过Gembel分布的表达式，建立了粘纤生产设备腐蚀的密度函数，结合逆转周期与积分概率位置之间的关系，建立了粘纤生产设备腐蚀评估模型，利用数值方法求解了牺牲阳极阴极保护法的状态方程，根据牺牲阳极保护方法的特点，对粘纤生产设备腐蚀防护进行了有限元计算，实现了粘纤生产设备腐蚀的防护。实验结果表明，基于SEBF涂装技术的粘纤生产设备腐蚀防护方法在最长工作时间、工作效率和维修成本3个方面，都具有较高的性能，可以避免粘纤生产设备出现大面积腐蚀。

关键词：建筑材料;可循环利用;材料资源

中图分类号：TG172 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）06-0123-05

Abstract：The viscose production equipment will be affected by the temperature and humidity environment in the working process， which leads to the large area corrosion phenomenon of viscose production equipment. In order to avoid large area corrosion of viscose production equipment， a corrosion protection method of viscose production equipment based on SEBF coating technology is proposed. According to the properties of SEBF series anti-corrosion coatings， the SEBF coating process was designed. Through analyzing the specific steps of SEBF coating of viscose production equipment， SEBF coating of viscose production equipment was completed. The corrosion data of viscose production equipment was analyzed and processed by using the probability distribution involved in the corrosion of viscose production equipment. Through the expression of Gembel distribution， the density function of the corrosion of viscose fiber production equipment is established， combined with the relationship between the reversal period and the position of the integral probability， the corrosion evaluation model of viscose fiber production equipment is established， the equation of state of the sacrificial anode cathodic protection method is solved by numerical methods. According to the characteristics of sacrificial anode protection method， the corrosion protection of viscose fiber production equipment is calculated by finite element method， and the corrosion protection of viscose fiber production equipment is realized. The experimental results show that the corrosion protection method of viscose fiber production equipment based on SEBF coating technology has high performance in three aspects of longest working time， work efficiency and maintenance cost， which can avoid large area corrosion of viscose production equipment.

Key words：SEBF coating technology; viscose production equipment; corrosion protection; evaluation model; finite element calculation

0 引言

現阶段，粘纤工业作为世界化纤工业的主要领域，正在逐渐朝向大容量和大型化的方向发展，对生产设备的要求也非常精密[1]。粘纤设备生产装置的自动化程度和一体化程度会随着社会经济的发展越来越高，但是产生的粘纤生产设备的造价也变得越来越高。因此，粘纤在生产过程中的设备会出现严重腐蚀的现象，至今也引起了人们的高度重视[2]。对于粘纤生产系统而言，每一个年度当中，大、中型生产设备产生的维修费用平均就可以达到500～600万元，且每一台维修设备的维修周期也很长，一般可以达到1～2年，然而报废的粘纤生产设备并不是均匀的磨损腐蚀，只是局部出现了腐蚀穿孔。国家金属腐蚀与防护研究所最近几年开始研发SEBF系列的涂装技术，并在煤炭、石油、化工、电力以及机械等领域得到了广泛应用，也取得了非常优秀的成果，与此同时也为各大企业带来了前所未有的经济效益[3]。

汪洪涛等人[4]认为采用大口径钢质顶管是解决城市供水问题的基本措施，钢质顶管实施工艺为腐蚀防护技术带来很多难题，大口径钢质顶管腐蚀防护涂层要保证在钢管顶进过程中涂层的破坏性达到最小，在非开挖的前提下需要为其提供牺牲阳极的安装条件，研制开发的高性能防护涂层加牺牲阳极保护阴极的防护方法经过现场试验可以满足腐蚀防护的需要;赵阳等人[5]以北方一重工业城市的雪水为腐蚀溶液，采用3.5%氯化钠溶液作为对比介质，利用动电位极化曲线研究了雪水对碳钢的腐蚀性，结果表明，雪水的腐蚀性与3.5%氯化钠溶液比较接近，又结合动电位极化研究了碳钢在雪水中腐蚀防护的可行性，结果显示，鎳-铜-磷化学镀层和氯化铈都可以用于碳钢材料的防护，并作为重工业污染大气环境中的腐蚀防护涂层和缓蚀剂。

基于以上研究背景，本文将SEBF涂装技术应用到了粘纤生产设备腐蚀防护中，从而增强粘纤生产设备腐蚀的防护性能。

1 粘纤生产设备腐蚀防护方法设计

1.1 SEBF涂装粘纤生产设备

SEBF系列的防腐涂料属于单组分粉末质涂料，可以在粘纤生产设备上进行熔融涂装，经过固化之后形成一层高光洁度且厚度均匀的涂层[6]。SEBF涂装工艺如图1所示。

根据SEBF涂装工艺流程，分析出粘纤生产设备SEBF涂装的具体步骤如下：

（1）修整粘纤生产设备表面。要求粘纤生产设备表面需要光滑、没有缺肉现象、裂纹缝隙等缺陷[7]，采用砂轮将凹凸不平的位置打磨清理，并将粘纤生产设备的棱角处打磨成半径大于5mm的圆角形状。

（2）处理粘纤生产设备表面。将粘纤生产设备置于洗液槽中，将粘纤生产设备表面的油脂清除，并用清水将赃物清洗干净，加热一段时间后在200℃的环境下烘干;用压缩空气将磨料喷射到粘纤生产设备的表面，将表面的铁锈除去;尽快将粘纤生产设备转移到下一道工序中，但是转移的时间尽量控制到4h以内，以免清洗完毕的粘纤生产设备表面被污染。

（3）预热粘纤生产设备。预热的温度通常要考虑熔融状态下的温度，一般控制在180～260℃之间，预热的时间要综合考虑粘纤生产设备的厚度、形状的大小，通常为20～30min为宜，时间过短和过长都会导致涂层流失。

（4）熔融涂装。根据粘纤生产设备的形状、尺寸和大小等因素，采用高压静电涂装、流化床涂装以及摩擦静电涂装等方式[8]，对粘纤生产设备进行熔融涂装。

（5）固化涂层。SEBF粉末涂装在粘纤生产设备表面的固化温度一般控制在180～220℃之间，具体的数值需要考虑粘纤生产设备涂层的厚度和类型。

（6）检测涂层的质量。采用涡流测厚仪来检测粘纤生产设备的涂层厚度，采用电火花检测涂层的缺陷，确保粘纤生产设备的涂层没有任何针孔漏点。

根据SEBF系列的防腐涂料的性质，设计了SEBF涂装工艺流程，通过分析粘纤生产设备SEBF涂装的具体步骤，完成了粘纤生产设备的SEBF涂装，接下来通过建立粘纤生产设备腐蚀评估模型，来消除温湿度环境对粘纤生产设备腐蚀的影响。

1.2 建立粘纤生产设备腐蚀评估模型

粘纤生产设备腐蚀的可靠性评估和诊断是相辅相成的，细致的评估数据是粘纤生产设备腐蚀评估模型建立可靠度的基本保证，通常采用正态分布、对数分布、威布尔分布以及极值分布来表征粘纤生产设备的失效现象[9]。如表1所示。

粘纤生产设备腐蚀数据的分析处理流程如图2所示。

粘纤生产设备腐蚀评估模型采用极值统计方法中的Gembel分布是最合理的[10]，通过对粘纤生产设备测厚区域小范围内的蚀坑深度分布进行研究，来预测粘纤生产设备的最大蚀孔深度。研究粘纤生产设备最大点蚀深度分布的具体过程为：

Gembel分布的表达式为：

其中，表示粘纤生产设备蚀孔深度，表示粘纤生产设备蚀孔深度的概率函数，表示粘纤生产设备腐蚀的位置，表示粘纤生产设备腐蚀的尺度参数。

那么存在：

通过Gembel概率分布，将极值变量与积分概率呈现在分布图中，积分概率的位置计算公式为：

其中，表示粘纤生产设备蚀孔深度降序排序值的第个点，N表示粘纤生产设备样品总数。

为了预测出粘纤生产设备腐蚀区域的蚀孔深度分布情况，定义了逆转周期为：

其中，T表示逆转周期的尺度因子，S表示粘纤生产设备的研究区域面积，s表示检测区域的面积。

逆转周期与积分概率位置之间的关系为：

然而y与T之间的关系又可以表示为：

利用粘纤生产设备腐蚀涉及到的概率分布，分析处理了粘纤生产设备腐蚀数据，通过Gembel分布的表达式，建立了粘纤生产设备腐蚀的密度函数，结合逆转周期与积分概率位置之间的关系，建立了粘纤生产设备腐蚀评估模型，接下来通过粘纤生产设备腐蚀防护的有限元计算，来实现粘纤生产设备腐蚀的防护。

1.3 粘纤生产设备腐蚀防护的有限元计算

为了防止粘纤生产设备出现腐蚀现象，采用牺牲阳极的阴极保护法进行粘纤生产设备的防护[11]。以建立牺牲阳极保护体系的数学模型为目的，利用数值方法来求解牺牲阳极阴极保护法的状态方程，根据牺牲阳极保护方法的特点[12]，对建立牺牲阳极保护体系的数学模型提出以下假设：

牺牲阳极阴极保护方法的溶液介质是均匀一致的，因此可以假设粘纤生产设备的电导率为常数。

在粘纤生产设备腐蚀防护过程中，电化学场必须是一个稳态场。

粘纤生产设备在稳态阴极保护下会产生比较稳定的电流，根据稳定电流的电场理论[13]，可以得到粘纤生产设备的基本电位分布属于泊松分布，即：

当采用牺牲阳极的阴极保护法时，粘纤生产设备腐蚀的基本电位分布基本方程就会变成拉普拉斯方程[14-15]，即：

在粘纤生产设备腐蚀的阴极保护系统中，会遇到3种类型的边界条件：

第1类是边界上的电位值是已知的，在被保护的粘纤生产设备表面或牺牲阳极表面给出电位分布：

第2类为边界处的电流密度是已知的，在被保护的粘纤生产设备表面或牺牲阳极表面给出电流分布：

第3类是边界上的电流密度与电位之间的函数关系都是已知的，在被保护的粘纤生产设备表面或牺牲阳极表面给出电流分布，即：

综上所述，在SEBF涂装技术的基础上，利用数值方法求解了牺牲阳极阴极保护法的状态方程，根据牺牲阳极保护方法的特点，对粘纖生产设备腐蚀防护进行了有限元计算，实现了粘纤生产设备腐蚀的防护。

2 实验对比分析

2.1 测试粘纤生产设备的最长工作时间

为了验证基于SEBF涂装技术的粘纤生产设备腐蚀防护方法的可行性，采用文献[4]的腐蚀防护方法和文献[5]的腐蚀防护方法作为对比对象，测试了粘纤生产设备的最长工作时间，结果如图3所示。

从图3的结果可以明显看出，基于SEBF涂装技术的粘纤生产设备腐蚀防护方法可以使粘纤生产设备的最长工作时间延长，而文献[5]的腐蚀防护方法虽然也可以延长粘纤生产设备的最长工作时间，但是远远不及提出的防护方法，文献[4]的腐蚀防护方法在设备启动次数少的情况下，可以适当延长工作时间，粘纤生产设备启动次数增加时，最长工作时间没有太大变化，因此，可以得到基于SEBF涂装技术的粘纤生产设备腐蚀防护方法可以使粘纤生产设备长时间工作。

2.2 测试粘纤生产设备的工作效率

在文献[4]的腐蚀防护方法和文献[5]的腐蚀防护方法的基础上，测试了应用3种防护方法后，粘纤生产设备的工作效率，结果如图4所示。

从图4的结果可以看出，采用基于SEBF涂装技术的粘纤生产设备腐蚀防护方法可以有效提高粘纤生产设备的工作效率，而文献[4]的腐蚀防护方法和文献[5]的腐蚀防护方法不能对粘纤生产设备进行有效的防护，导致粘纤生产设备的工作效率偏低。

2.3 测试粘纤生产设备的维修成本

基于最长工作时间指标和工作效率指标，又引入了粘纤生产设备的维修成本指标，测试了3种防护方法的维修成本，结果如表2所示。

从表2的测试结果可以看出，采用基于SEBF涂装技术的粘纤生产设备腐蚀防护方法对粘纤生产设备进行防护时，后期的维修费用是最低的，其次是文献[5]的腐蚀防护方法和文献[4]的腐蚀防护方法，经计算，3种防护方法的平均维修成本分别为1.635万元、5.858万元和14.074万元。

3 结语

文章提出了基于SEBF涂装技术的粘纤生产设备腐蚀防护方法，结果显示，该方法可以有效避免粘纤生产设备出现大面积腐蚀，提高了粘纤生产设备腐蚀的防护性能。但是由于粘纤生产设备腐蚀信息的积累的收集工作不够全面，导致防护的效果偏差，在以后的研究工作中还需要进一步加强和完善。

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