在氯堿行業(yè)中碳纖維防腐加固技術(shù)應用研究

吳陳平

衢州巨化錦綸有限責任公司 浙江衢州 324004

在氯堿行業(yè)中碳纖維防腐加固技術(shù)應用研究

吳陳平

衢州巨化錦綸有限責任公司 浙江衢州 324004

碳纖維防腐加固技術(shù)是一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，它是利用樹脂類粘結(jié)材料將碳纖維布粘貼于結(jié)構(gòu)表面，以起到結(jié)構(gòu)補強和防腐加固的作用。碳纖維加固技術(shù)具有高強高效、耐腐蝕、耐久性能好、適用范圍廣、施工質(zhì)量易保證、不增加構(gòu)件自重和體積等優(yōu)勢。在橋梁加固修補、煙囪加固，混凝土結(jié)構(gòu)抗震修復加固補強工程中已得到廣泛的應用。在氯堿化工企業(yè)設備、管道防腐加固領域尚未進行大面積使用和推廣，但基于碳纖維防腐加固技術(shù)的優(yōu)勢特點及設備管理的現(xiàn)狀，我公司從2010年開始嘗試使用碳纖維對鹽水系統(tǒng)等大型貯槽易腐蝕部位進行加固防腐，取得一定成效。

碳纖維；腐蝕；防腐；加固

一、碳纖維及其防腐加固技術(shù)的介紹

碳纖維是由有機纖維經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料，即碳元素構(gòu)成的無機纖維，它的微觀結(jié)構(gòu)類似人造石墨，是亂層石墨結(jié)構(gòu)，纖維的碳含量大于90%，它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性。碳纖維是一種力學性能優(yōu)異的新型材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7～9倍，抗拉彈性模量為230～430Gpa，亦高于鋼。因此碳纖維比強度即材料的強度與其密度之比可達到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強度僅為59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。碳纖維加固技術(shù)正是利用將碳纖維用環(huán)氧樹脂預浸成為復合增強材料（單向連續(xù)纖維）；用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑沿受拉方向粘貼在要補強的結(jié)構(gòu)上，形成一個新的復合體，提高結(jié)構(gòu)的強度、剛度、抗蝕性。

（一）碳纖維布技術(shù)參數(shù)（見下表）

（二）碳纖維防腐加固具有以下特性：

自重輕，厚度薄，基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸。

適用面廣，靈活性強，可用于各種類型和形狀的結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固，能在狹小的空間操作。

具有柔韌性，能包裹復雜外形的構(gòu)件。

高耐久性，由于不會生銹，非常適合在高酸、堿、鹽及大氣腐蝕壞境中使用（本身無公害）。

在操作前、操作中和完成后都允許環(huán)境存在濕氣。

抗高溫，永久荷載作用下抗蠕變，抗磨蝕和抗震性能好。

具有觸變性和易溶性，符合環(huán)保要求。

施工方便快捷，不需要大型機具，沒有濕作業(yè)，無需動火，不受原結(jié)構(gòu)形狀限制。

省力節(jié)時、施工質(zhì)量易于保證。

二、碳纖維在氯堿化工設備防腐蝕工程中的成功應用案例

氯堿化工生產(chǎn)中，鋼質(zhì)設備的外腐蝕問題也一直是設備管理人員工作的重點內(nèi)容之一。腐蝕不可避免，但可充分利用現(xiàn)有的防腐蝕技術(shù)和手段，可控制和減緩腐蝕。碳素纖維加固防腐技術(shù)是一種新型的加固防腐技術(shù)，在氯堿化工行業(yè)設備防腐加固方面的引用日趨成熟，有著廣闊的前景。

（一）鹽水系統(tǒng)鋼襯設備的外腐蝕防護

碳鋼在中性或偏堿性鹽水溶液中的腐蝕是腐蝕電池的電極反應的結(jié)果。碳鋼在飽和食鹽水中會產(chǎn)生可溶性化合物，因而使腐蝕加快。因此，鹽水貯槽等設備管道外表面等暴露面不可避免的受到鹽水的腐蝕，很多內(nèi)襯設備都是因為外腐蝕導致?lián)p壞或報廢。2010年我公司曾因襯膠貯槽根部嚴重腐蝕穿孔，險些釀成鹽水大量外溢。該廠從那時開始引進碳纖維對鹽水系統(tǒng)貯槽根部進行防腐（見圖1）。使用至今，效果明顯。

圖1

我公司選用LQ-Ⅰ-300型碳纖維布。

（二）管道穿樓板洞等處的安全隱患消除

氯干燥硫酸循環(huán)管穿樓板洞處圍堰破損，此處易積水，會不會造成管道外腐蝕呢？當割除防水帽，敲除圍堰后發(fā)現(xiàn)管道外壁腐蝕相當嚴重，敲除鐵銹后剩余壁厚不足實際壁厚的一半，因該管道更換需系統(tǒng)停車動火，影響安全生產(chǎn)，因此，我們采用碳纖維進行加固防腐，方便快捷，徹底消除了安全隱患。

（三）液氯貯槽等壓力容器接管的防腐

液氯貯槽接管跟部易受冷凝水的腐蝕，長期以來一直成為困擾設備管理的問題之一。因液氯貯槽都為Ⅲ類壓力容器，管壁腐蝕嚴重時只能更換接管，而檢修更換接管相當麻煩，且成本較高，因此我們選擇采用碳纖維對接管進行加固防腐，相信一定會取得事半功倍的效果。但壓力容器的接管檢修只能采用挖補更換的方式，目前國家也沒有出臺有關碳纖維在設備檢修等方面的技術(shù)標準規(guī)范等。因此，雖然每層碳纖維對設備接管有不小于0.1M pa的補強，但筆者建議當壓力容器接管剩余壁厚小于允許厚度時，就不能采用碳纖維補強的方式，不能依賴碳纖維對壓力容器接管強度進行補償。而碳纖維本身重量輕，厚度薄，基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸，利用它對壓力容器接管進行防腐應該與有關壓力容器技術(shù)規(guī)范、規(guī)程不相抵觸。

三、碳纖維防腐加固施工工藝

（一）施工工藝及要點

1.表面處理

將設備待防腐加固表面鐵銹清除干凈。

2.構(gòu)件表面殘缺面的修補

用環(huán)氧膩子對構(gòu)件表面殘缺面的修補是十分重要的一步，要點如下：

（1）膩子主劑、固化催進劑、固化劑按規(guī)定比例稱量準確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻。

（2）構(gòu)件表面凹陷部位用環(huán)氧膩子填平，修復至表面平整。在殘缺修補中使用環(huán)氧膩子時，要在氣溫-5℃以上，相對濕度小于85%的條件下施工。

（3）打磨、清理

膩子涂刮后，表面仍存在的凹凸糙紋，應再用砂紙打磨平整。

（4）涂刷底膠

將配好的底膠（粘結(jié)劑），用滾筒均勻涂刷于需要粘結(jié)的結(jié)構(gòu)表面。

（5）粘貼碳纖維

粘貼碳纖維材料之前，首先應確認粘貼表面干燥。氣溫在5℃以下，相對濕度RH＞85%時，如無有效措施不得施工。其施工工藝要點如下：

a．碳纖維材料應按規(guī)定裁切，、順纖維方向搭接長度不小于20cm,各層之間的搭接部位不得位于同一條直線上，層間必須錯開至少50cm。

b．粘貼樹脂的主劑、固化催促劑和固化劑應按規(guī)定的比例稱量準確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻。一次調(diào)和量應以在可使用時間內(nèi)用完為準。

c．粘貼時，在碳纖維和樹脂之間盡量不要有空氣?？捎昧_拉（專用工具）沿著纖維方向在碳纖維材料上滾壓多次，使樹脂滲浸入碳纖維中。

d．氣溫、空氣濕度、構(gòu)件表面含水率等符合要求。底層涂料及膩子達到指觸干燥（樹脂表面達到固化硬結(jié)）。

（6）涂面膠

在碳纖維布的表面涂面膠，要求涂刷均勻不得有漏涂或涂刷不飽滿之處，并在其表面粘粗砂，以方便下道粉刷工序。

（7）固化及養(yǎng)護

粘貼碳纖維材料后，需自然養(yǎng)護1-2小時達到初期固化，應保證固化期間不受外界干擾和碰撞，并保持干燥，方可進行下道工序。

（二）質(zhì)量要求

1.所有進場材料，包括碳纖維材料和膠結(jié)材料，必須符合質(zhì)量標準，并具有出廠產(chǎn)品合格證，符合工程加固補強設計要求。

2.碳纖維材料在運輸、儲存中不得受擠壓，以免碳纖維受損，也不得直接日曬和雨淋，膠結(jié)材料應陰涼密閉儲存。

3.各工序的施工質(zhì)量，由技術(shù)人員負責指導、監(jiān)督，每一道工序完成后提請技術(shù)員檢查、認可后，才能進行下道工序。

4.嚴禁在不適合氣溫條件下施工，添加溶劑稀釋后的涂料應在規(guī)定時間內(nèi)用完。

（三）注意事項

1.碳纖維為導電材料，施工時應注意安全用電。

2.為防止碳纖維受損，在碳纖維材料運輸、儲存、裁切和粘貼過程中。應用鋼直尺與壁紙刀按規(guī)定尺寸切斷碳纖維材料，每段長度一般以不超過6m為宜。為防止材料在保管過程中損壞，材料的裁切數(shù)量應按當天的用量裁切為準。

3.碳纖維布施工過程中應避免橫向彎折和扭曲，否則容易開裂破壞。

4.碳纖維布在切割是速度不要太快或者用力過猛，否則容易開裂破壞。

5.碳纖維布配套樹脂的原料應密封儲存，遠離火源，避免陽光直接照射。

[1]《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，其編號為CECS146：2003,

[2]《混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范》代替,其編號為 GB 50367-2006.

[3]《結(jié)構(gòu)加固修復用碳纖維片材》GB/T 20490-2008

[4]《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》