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保温层下的防腐蚀涂层设计

发布时间:2014-12-20

保温层下的防腐蚀涂层在碳钢温度-4至175℃之间在提供对底材的防腐作用;在-45℃至1200度之间,及其温度变化过程中,防腐涂层存在,并且具有可靠的机械性能,在温度回到腐蚀区间时,防腐作用持续可靠的存在。丽缤纷可提供碳钢、不锈钢两大类材料的防腐涂层设计及产品供应。

第一部分 腐蚀机理

一、碳钢

碳钢受到腐蚀不是因为被保温层保护,根本原因在于和水汽的接触。保温层而带来的CUI问题由以下3个原因造成:

1.      保留水和其他腐蚀性介质的环形空间或缝隙

2.      吸水性或浸润性好的保温材料

3.      保温材料带来的污染物来加速腐蚀/或外界污染

保温层下的水汽主要来自两个方面:

a)外界的水汽渗透;b)冷凝

由于外界保护材料的设计缺陷、安装施工差、机械损伤、疏于维护等原因,都会使水汽进入保温层。当金属表面温度低于环境露点温度是,水汽也会凝结在金属表面。

设备的运行温度同样也会很大程度影响到腐蚀的发生:温度越高,水汽停留在碳钢表面的时间就越短;但是温度越高,越会加速腐蚀速度,并降低防护涂料、粘结剂、胶粘剂的使用寿命。

碳钢温度在-4至175℃之间在保温层下发生的腐蚀情况最类似于CUI。当温度低于-4℃时,一般没有腐蚀;当温度高于175℃时,表面可以有足够的热量来保持表面的干燥,也很少发生腐蚀。但是一旦当设备因停机检修等问题,温度区间一到这个范围区间内时,腐蚀会很快发生。

为什么CUI的发生一直强调水汽的存在,其实这其中唯一的原因是由于保温层的存在,保温层材料对CUI的发生起着至关重要的作用。

1.      保温层中可溶性盐的残留,例如阻燃剂中的氯化物、硫化物等酸性物质可以加速腐蚀

2.      水的渗透,保温层材料就是吸水性的

3.      保温层泡沫中的残留物质可以与水反应生成氯化氢或其他酸

Figure 1是不同温度下碳钢在有水情况下的腐蚀速率。在一个开放的系统下,水中的氧含量随着温度升高而降低。对于碳钢来说,当温度高于80℃时,腐蚀速率开始下降。但是现场测得的在防腐层下腐蚀(CUI)却类似于封闭系统下的腐蚀情况,水汽中的氧含量却是饱和的。这样的话,Oxygencell Corrosion会在一个密闭的系统中发生。现场测试的数据比实验室数据还会更高。水汽中溶解的盐分更会加速腐蚀。

现场经验显示,碳钢温度在-4至175℃之间在保温层下发生的腐蚀情况最类似于CUI。当温度低于-4℃时,一般没有腐蚀;当温度高于175℃时,表面可以有足够的热量来保持表面的干燥,也很少发生腐蚀。但是一旦当设备因停机检修等问题,温度区间一到这个范围区间内时,腐蚀会很快发生。

为什么CUI的发生一直强调水汽的存在,其实这其中唯一的原因是由于保温层的存在,保温层材料对CUI的发生起着至关重要的作用。

1.      保温层中可溶性盐的残留,例如阻燃剂中的氯化物、硫化物等酸性物质可以加速腐蚀

2.      水的渗透,保温层材料就是吸水性的

3.      保温层泡沫中的残留物质可以与水反应生成氯化氢或其他酸

二、奥氏体不锈钢和双相不锈钢

不锈钢合金对应力腐蚀开裂(SCC)是最敏感的是18-8不锈钢:含铬18、镍8的系列不锈钢。高镍、铬、钼含量的奥氏体不锈钢,和低镍,高铬含量的双相不锈钢对保温层下的应力腐蚀开裂会相对耐受力高一些,但是不是完全免疫的。例如,在最近的海上极端环境下发现,双相不锈钢在保温层下依然会受到外界应力腐蚀开裂的影响。

外部应力腐蚀开裂(ESCC)在氯化物或其他卤盐存在于周围环境中的情况下会发生,当水汽穿过保温层到达设备的热表面,盐类在水汽进行蒸发的过程中浓度会变大。保温层在这个过程中起到了一个运输和留存水汽的介质作用,使得金属表面的氯盐浓度变大。

当外部水汽和盐分进入一个惰性、吸水性的保温层材料时,由于不锈钢表面缺乏有效的油漆保护会使得ESCC发生。

氯化物的来源来自两个方面:

1)内部,保温材料包括:保温层,粘结剂,填缝剂,水泥等,设备运行一段时间后,其中这些材料内部包含可溶性的氯化物进行的溶解;

2)外部,包括雨水、海岸盐雾、融雪剂、外部系统灭火测试、系统泄漏等等,保温层在运行一段时间后(大约5年左右)的破坏也会引入这些污染物,外部的这些污染是CUI氯盐的大部分来源。氯化物大部分以NaCl的形式存在,其他形式的氯离子包括:氯气,氯化氢气体,盐酸,水解性的有机氯化物,在温度45℃即热分解的聚氯乙烯(PVC)等。

不锈钢大多数的ESCC发生温度区间在50到175℃之间。在温度循环的作用下,水汽凝结/蒸发,使得氯化盐的浓度升高聚集在金属表面。

三、保护性油漆系统

为了阻止CUI情况的发生,利用油漆系统对保温层下结构进行保护是一种十分行之有效的办法。

A)针对于奥氏体不锈钢及双相不锈钢的保温层下防腐

奥氏体不锈钢和双相不锈钢对ESCC非常敏感。同时,在含有金属的油漆系统中,当温度高于金属的熔点,不锈钢的liquidmetal cracking(LMC)也会发生。所以针对于以上问题对油漆系统应该尽量克服上述两个问题:

1.      油漆系统在固化后,可溶性氯化物以及其他卤素盐不应该超过 C795和@@@C871中的要求

2.      为了降低LMC发生的概率,油漆系统中不应含有金属锌成分。

保温层下不锈钢设备防腐涂层设计

温度范围

表面处理

表面粗糙度

底漆,μm

面漆,μm

-45~60℃

SSPC-SP 1 and abrasive blast

50~75

厚浆环氧,125~175

N/A

-45~150℃

SSPC-SP 1 and abrasive blast

50~75

酚醛环氧,100~150

酚醛环氧,100~150

-45~205℃

SSPC-SP 1 and abrasive blast

50~75

酚醛环氧,100~200

酚醛环氧,100~200

-45~540℃

SSPC-SP 1 and abrasive blast

15~25

改性有机硅,37~50

改性有机硅,37~50

-45~650℃

SSPC-SP 1 and abrasive blast

40~60

厚浆型惰性无机共聚物耐热漆,100~150

厚浆型惰性无机共聚物耐热漆,100~150

-45~595℃

SSPC-SP 1 and abrasive blast

50~100

热喷铝(最低铝含量99%),250~375

有机硅耐高温漆,40

B)针对于碳钢的保温层下防腐

在175℃以下,碳钢的油漆保护系统和典型的储罐内衬油漆系统很相似。在50-175℃的温度范围内长时间服役或进行温度循环,富锌涂料不推荐使用。因为锌粉在一个封闭的,有时甚至是潮湿的环境中不能提供足够的防腐蚀保护。特别是当温度高于60℃时,锌可能会发生电化学逆转,对于钢结构锌粉变成了阴极。

保温层下的的碳钢设备防腐涂层设计

温度范围

表面处理

表面粗糙度

底漆,μm

面漆,μm

-45~60℃

NACE No.2/ SSPC-SP 10

50~75

厚浆环氧,130

厚浆环氧,130

-45~60℃,车间施工

NACE No.2/ SSPC-SP 10

50~75

 N/A

环氧粉末,300

-45~150℃

NACE No.2/ SSPC-SP 10

50~75

酚醛环氧,100~150

酚醛环氧,100~150

-45~205℃

NACE No.1/ SSPC-SP 5

50~75

酚醛环氧或改性有机硅100~200

酚醛环氧或改性有机硅100~200

-45~540℃

NACE No.2/ SSPC-SP 10

15~25

改性有机硅,37~50

改性有机硅,37~50

-45~595℃

NACE No.2/ SSPC-SP 10

50~100

热喷铝(最低铝含量99%),250~375

有机硅耐高温漆,40

-45~650℃

NACE No.2/ SSPC-SP 10

40~60

厚浆型惰性无机共聚物耐热漆,100~150

厚浆型惰性无机共聚物耐热漆,100~150

-45~595℃

NACE No.2/ SSPC-SP 10

50~100

热喷铝(最低铝含量99%),250~375

有机硅耐高温漆,40

-45~400℃,(车间预制,涂覆无机富锌漆)

低压水清洗

 

 

酚醛环氧,改性有机硅,有机硅

以上资料来自NACESP0198-2010 Control of Corrosion Under Thermal Insulation and FireproofingMaterialsA Systems Approach (21084-SG)

目前国内针对于保温层的施工、设计规范标准较少,目前多集中在隔热层的设计上,基本未涉及到油漆涂装系统来进行防腐。

GB/T 8175-2008设备及管道绝热设计导则中规定,凡碳钢和铁素体合金钢管道、设备及其附件的外表面,在清净后应涂刷防锈层。不锈钢、有色金属及非金属材料的管道、设备及其附件的外表面,在清净后不需涂刷防锈层。

GB 50264-97中将绝热结构分为保冷结构和保温结构,分别隔绝高温和低温。其中保冷结构应由防锈层、绝热层、防潮层和保护层组成。

GB/T 4272-2008中规定,绝热结构应由防腐层、绝热层、防潮层/防水层、和外保护层构成。其中对防腐层规定,凡需进行绝热的碳钢设备、管道及其附件应设防腐层;不锈钢、有色金属及非金属材料的设备、管道及其附件则不需要设防锈层。


名词解释:CUI:Corrosion under insulation 保温层下腐蚀


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