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（中國石化齊魯分公司勝利煉油廠，山東淄博 255400）

摘 要：在石化行業(yè)，設備、管線保溫層下腐蝕是十分普遍的問題。保溫層下腐蝕根據(jù)材質不同會呈現(xiàn)出不同的腐蝕形貌，由于外保護層的存在，在腐蝕的初級階段，通常很難被觀察到。為有效解決保溫層下腐蝕問題，需要剖析保溫層下腐蝕行為及機理，另外非常重要的一點是做好裝置現(xiàn)場保溫層的細節(jié)管理。文章列舉多處石化裝置現(xiàn)場發(fā)生的保溫層下典型腐蝕案例，總結易發(fā)生保溫層下腐蝕的部位，并提出針對性的防腐對策。

關鍵詞：保溫層下；腐蝕；防腐；無損檢測；CUI

保溫層下腐蝕（corrosion under insulation,CUI）會造成產(chǎn)品泄漏、裝置故障或停工及維修成本增加，對生產(chǎn)設施的完整性、生產(chǎn)工藝流程、作業(yè)人員生命及財產(chǎn)安全帶來災難性后果是當今石油化工行業(yè)最昂貴的問題之一，僅僅石化行業(yè)每年因為保溫層下鋼結構的腐蝕造成的損失可達數(shù)十億美元^［1］。為了解決保溫層下腐蝕問題，石油化工行業(yè)開展大量工作。2003年埃克森美孚在歐洲腐蝕聯(lián)合會報道的相關研究表明，在所有導致泄漏事故發(fā)生的原因中，保溫層下腐蝕導致的泄漏最為常見，40%～60%的管道維護花費都直接或者間接與保溫層下腐蝕破壞有關。保溫層下腐蝕在2012年加拿大圣約翰召開的腐蝕會議上就被業(yè)界專家認為是管道腐蝕的首要問題^［2］。

研究表明，施加了保溫結構的設備或管道，運行5a后發(fā)生保溫層下腐蝕的概率將大幅上升，使用10a后的保溫層60%都含有腐蝕性冷凝水，極大地提高了CUI發(fā)生的概率。目前國內外對與保溫層相關的研究主要集中在保溫材料的研制與選擇、帶保溫層缺陷的分析與檢測等領域^［3］。因此本文通過分析舉例現(xiàn)場實際發(fā)生的多起保溫層下腐蝕案例，提出現(xiàn)場保溫層細節(jié)管理重要性，提出目前多處常用的保溫結構，即便保溫材料使用正確，也不能有效避免保溫層下腐蝕問題的發(fā)生。本文探討多種創(chuàng)新保溫結構，可有效避免水分和污染物的侵入，希望為徹底解決保溫層下碳鋼或其他金屬的腐蝕問題提供一定思路。

1  保溫層下腐蝕行為及機理

保溫層下腐蝕是指發(fā)是指外部被保溫層覆蓋的管道或設備，由于水分和腐蝕物質的進入而發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象。不同的設備管線材質，表現(xiàn)出的腐蝕形貌不同，發(fā)生在碳鋼材料上的腐蝕主要表現(xiàn)為坑蝕或材料的腐蝕減薄; 發(fā)生在不銹鋼材料上的腐蝕主要表現(xiàn)為坑蝕或應力腐蝕開裂 ^[4]。

保溫層所用的材料大多是無機物，其中含有大量的無機鹽, 比如氯化物、氟化物、硫化物等，會造成鋼結構腐蝕；同時由于保溫材料通常為疏松多孔的結構, 具有較大的比表面積, 因而具有較強的吸水能力，一旦保溫層發(fā)生破損，保溫材料會迅速吸收周圍的水汽，造成一個高濕度的腐蝕環(huán)境，加速腐蝕的發(fā)生。同時，這些腐蝕雜質和保溫材料形成很強的電解質溶液, 一旦這些溶液與金屬設備發(fā)生接觸，就可引發(fā)強烈的腐蝕反應。

高溫設備/管線的保溫層外往往采用外防護層包裹，有時在保溫層與外防護層間還采用一道防潮層(更多現(xiàn)實場合無防潮層)，在保溫層下則施加一定厚度的涂層體系對基材進行保護，其結構如圖1所示。

圖1 高溫設備/管線防腐保溫結構

外防護層是防止碳鋼發(fā)生保溫層下腐蝕的第一道屏障，以保護保溫層系統(tǒng)免于受到機械或氣候傷害，阻止或減少外部水分或腐蝕介質的進入和駐留，其多為彩鋼板、鋁板或不銹鋼材料。其下的防潮層雖在一定程度上可以延緩潮氣侵入，但潮氣一旦介入，便難以出去，而更多的場合沒有防潮層。絕熱層或保溫層是對管道或設備外進行隔熱保溫的重要組成部分，是包裹在管道或設備外面的第二道主要屏障。保溫層所用材料多為硅酸鈣、巖棉及礦渣棉制品、玻璃棉、硅酸鋁棉、珍珠巖或泡沫塑料，盡管對熱量具有很好的隔絕效果，但由于它們屬于毛細結構，特別容易吸附水分，因此不僅難以阻止水汽的入侵，而且難以阻止水汽向外滲透。實踐表明，幾乎沒有保溫材料可以避免保溫層下碳鋼結構發(fā)生腐蝕^［3］。

美國腐蝕工程師協(xié)會綜合了各方面的研究成果，正式出版了NACE RP0198以專門規(guī)范保溫層下腐蝕的防護問題，該標準指出：該標準對碳鋼的腐蝕機理進行了說明 ^[5]，指出：

碳鋼受到腐蝕不是因為被保溫層保護，根本原因在于和水汽的接觸。保溫層帶來的CUI問題由以下3個原因造成：

（1）環(huán)形空間或縫隙所滯留的水分和其他腐蝕性介質；

（2）吸水性或浸潤性好的保溫材料；

（3）能帶來污染物或加速腐蝕的保溫材料。

保溫層下的水汽主要來自外界的水汽滲透和冷凝兩個方面。由于外界保護材料的設計缺陷、安裝施工差、機械損傷、疏于維護等原因，都會使水汽進入保溫層。當金屬表面溫度低于環(huán)境露點溫度時，水汽也會凝結在金屬表面。一旦水汽進入保溫層內，便在碳鋼表面形成一個長期封閉的腐蝕微環(huán)境中，保溫層的毛細結構和其本身吸濕性材料會加速腐蝕微環(huán)境的形成。

2  易發(fā)生保溫層下腐蝕部位分析

2.1 易發(fā)生保溫層下腐蝕部位

易發(fā)生保溫層下腐蝕部位多為保溫材料及外防護層結構設計不當、安裝不正確、維護損壞、自然老化導致接縫、間隙的出現(xiàn)使得來自降雨、蒸汽、沖洗、冷凝等途徑的水分和污染物很容易侵入。一旦潮濕，水分由于隔熱材料多孔結構的滯留作用無法及時揮發(fā)，因此保溫層下會長時間保持濕潤，從而形成非常強的腐蝕環(huán)境。

（1）長期處于水汽環(huán)境下的設備與管線。如涼水塔、敞口冷卻水箱、焦炭塔周邊、蒸汽排放裝置、沖水裝置。

（2）使用吸潮性高的保溫材料部位。如采用石棉繩+玻璃絲布進行保溫的管線。

（3）溫度接近常溫的管線及部位。如加熱爐的瓦斯線，設備及管線的蒸汽吹掃線，設備的放空線等。

（4）保溫有破損、不連續(xù)、劣化、不符合保溫規(guī)范的部位。

（5）設計不合理、設備管道附件異型保溫結構部位。如設備接管、閥門、管托、支撐、吊架等。

（6）易積水的設備管道結構。如直管段的低端、塔壁或罐壁的爬梯支撐焊接處或保溫的支撐圈處等。

（7）埋地管線的地表以上5cm處。

（8）穿平臺管線的平臺以下第一個發(fā)生走向變化的管件。

（9）管徑較小的管線及引出管。如排凝管、放空管等。

3 腐蝕案例分析及應對措施

3.1優(yōu)化保溫結構

通過對現(xiàn)場管線、設備保溫層下腐蝕案例分類總結，圍繞如何避免水分和污染物侵入展開思考和實踐，通過優(yōu)化、改變目前常用的保溫結構，并配合相應的管理手段，最大程度上減少保溫層下腐蝕的產(chǎn)生，在CUI問題上實現(xiàn)經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和安全效益的多項統(tǒng)一，以下通過幾張典型的現(xiàn)場照片舉例進行說明。

1、罐頂人孔保溫層下腐蝕情況及應對措施：

應對措施：接管除銹后涂刷防護涂料，容器頂部人孔平臺開孔處增加一圈擋雨堰，人孔保溫盒下部做到擋雨圍堰外側，防止雨水從此處進入進入保溫縫隙。

2、罐頂管線穿平臺接管保溫層下腐蝕情況及應對措施：

應對措施：接管除銹后涂刷防護涂料，罐頂管線穿平臺開孔處增加一圈擋雨堰，鋁皮制作一圈雨傘結構擋雨措施，“雨傘”下沿做到擋雨堰外側，將水引流至平臺，防止雨水自此處進入保溫接縫。

3、管線穿平臺保溫不連續(xù)（平臺連接處無橫向支撐結構）

應對措施：管線原保溫拆除，管線除銹刷漆后，重做保溫，使保溫連續(xù)通過平臺，若開孔較小，影響施工質量，可以將開孔適當擴大，開孔處設置踢腳板或擋雨堰。

4、管線穿平臺保溫不連續(xù)（平臺連接處有橫向支撐結構）

應對措施：管線與平臺連接處有橫向支撐的，需把舊支撐在不傷母材的前提下盡量貼近母材割除，管線新增支撐上移，可根據(jù)情況選用焊接（推薦）或臨時使用抱卡方式，并按下圖方式恢復保溫，做到管線穿平臺保溫連續(xù)，保溫接縫涂抹密封膠。

3.2選用合適保溫材料

盡量不要選用易吸收水分并易造成腐蝕性物質滯留的保溫材料，特別是那些具有空心結構特征和吸水性強的保溫材料，而要選用含水量小、干燥快的保溫材料，評價保溫材料的主要指標就是吸水性，保溫材料吸水后其導熱系數(shù)增大, 同時會浸濕設備表面,引起設備表面腐蝕。

3.3選用合適保溫層下防腐涂料

保溫層下防腐最為有效的方法是采用高性能涂料，美國腐蝕工程師協(xié)會（NACE）發(fā)布的RP0198-2004 國際標準是比較詳細和權威的。其中提出對于保溫層下的防腐，最有效的方法是涂覆防腐蝕涂料。過去，保溫層下應用較多的涂層包括厚漿型環(huán)氧鋁粉漆、浸泡級環(huán)氧酚醛涂料、無機硅酮鋁粉高溫漆。此外其他一些涂層在保溫層防腐領域也得到了廣泛的應用，其中包括熱噴鋁和冷噴鋁等。

4  結語

保溫層下腐蝕的隱蔽性和高危害性已經(jīng)給石油化工行業(yè)生產(chǎn)帶來了嚴重的經(jīng)濟問題和安全問題。從現(xiàn)場實際情況來看，仍存在大量的隱患需要用新的思路去解決，很多隱患就隱藏于日常的“習以為?！敝?。保溫層下腐蝕的發(fā)生是水和腐蝕性介質對保溫層下金屬表面長期作用的結果，因其隱蔽性，往往在出現(xiàn)嚴重腐蝕甚至泄漏時才被發(fā)現(xiàn)。只有重視并采取預防性的措施做到防患于未然，才能化被動應對為主動解決。以上針對保溫層下腐蝕的針對性措施，可在很大程度上減輕類似部位的腐蝕，實現(xiàn)經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和安全效益的多項統(tǒng)一。

參考文獻

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[3] 周建龍，王簫然，潘 瑩，胡洋.保溫層下腐蝕及防腐對策分析[J].中國涂料, 2014, 06-0007-03.

[4] GOLDBERG L.Take a systems approach to corrosion underinsulation[J] . Chemical Engineering Pro gress, 2000，96(3):6367

[5] NACE SP0198-2010,Control of Corrosion underThermal Insulation and Fireproofing Materials-ASystems Approach[S]