煉化企業(yè)保溫層下腐蝕與控制*

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(1.合肥通用機械研究院 國家壓力容器與管道安全工程技術(shù)研究中心，安徽 合肥 230031；2.安徽省壓力容器與管道安全技術(shù)省級實驗室，安徽 合肥 230031)

保溫層是煉化企業(yè)設(shè)備和管道表面常用的覆蓋層，工藝上可以有效地利用保溫層達(dá)到節(jié)能降耗的作用，并可避免裝置操作人員遭受高溫燙傷。但由于設(shè)備或管道的結(jié)構(gòu)不連續(xù)性、管件部位及小接管部位的保溫層不能有效地貼合金屬表面,或者保溫材料致密性差和積水等問題，容易造成貼合面積液，形成保溫層下腐蝕(簡稱CUI)。CUI嚴(yán)重制約著裝置的長周期運行，某煉化企業(yè)2010年因保溫層下腐蝕造成3次非計劃停工，2011年造成5次非計劃停工[1]。由于CUI在保溫層下形成，具有隱秘性，安全隱患較大。統(tǒng)計結(jié)果表明，煉化行業(yè)中有至少60%的管道失效是由CUI引起的，維護(hù)費用占總維修費用的10%[2]。由此可見，CUI引起直接的和間接的經(jīng)濟(jì)損失巨大，保溫層的有效質(zhì)量及CUI有效檢查方法顯得尤為重要。

1 CUI機理及影響因素

1.1 CUI機理

反應(yīng)主要發(fā)生在碳鋼或低合金鋼設(shè)備或管道表面，形成疏松的腐蝕產(chǎn)物，無法保護(hù)設(shè)備或管道，腐蝕形態(tài)為均勻腐蝕減薄和局部坑蝕。對于奧氏體不銹鋼管道，一般是保溫材料中含有的氯化物形成的應(yīng)力腐蝕開裂和點蝕。

1.2 CUI影響因素

NACE RP0198—2004 《保溫層和防火材料下腐蝕控制——系統(tǒng)的方法》提到：CUI一般發(fā)生在-4～175 ℃，在達(dá)到水的沸點之前，溫度上升15～20 ℃，腐蝕速率則會加倍。

首先，外部環(huán)境對CUI的影響較大。相對而言，冷卻塔附近、蒸汽排放口附近、噴淋系統(tǒng)附近、工藝凝液、潮濕氣體侵入、酸蒸氣區(qū)域、空氣中的水分頻繁或持續(xù)冷凝和再次蒸發(fā)的場合及間斷使用的碳鋼系統(tǒng)更容易發(fā)生CUI。

其次，保溫層本身含有的腐蝕性介質(zhì)(如氯化物、氟化物和硅酸鹽等)溶于水形成酸性環(huán)境，加劇CUI進(jìn)程，并容易引起奧氏體不銹鋼的開裂。根據(jù)GB/T 17393—2008 《覆蓋奧氏體不銹鋼用絕熱材料規(guī)范》的要求，保溫層中對可溶出氯離子及氟離子含量要求見表1。

最后，結(jié)構(gòu)不連續(xù)處(如法蘭、閥門、小接管等朝上易進(jìn)水的地方)為避免進(jìn)水增設(shè)密封處理也是影響CUI的一個重要因素，在CUI檢測時尤其要注意這些結(jié)構(gòu)不連續(xù)的地方。

表1 可溶出氯離子和氟離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的要求w,%

2 CUI檢查

煉化企業(yè)設(shè)備或管道保溫層下檢查主要是針對溫度小于150 ℃且運行時間長的保溫系統(tǒng)，這類系統(tǒng)容易產(chǎn)生冷凝水及外防護(hù)層破損進(jìn)水。主要檢測方法有宏觀外部檢查、超聲波厚度測量、紅外熱成像、導(dǎo)波超聲測量、剖面射線照相、閃光射線照相、射線實時成像、脈沖渦流技術(shù)和射線數(shù)字成像等。目前，比較經(jīng)濟(jì)有效的方法是紅外熱成像、導(dǎo)波超聲測量、宏觀檢查及超聲波厚度測量的配合使用。

紅外熱成像和導(dǎo)波技術(shù)可以對高空管線等比較難以檢測的管線進(jìn)行初步篩選，若情況良好，則不必再拆除保溫層檢查；對于有破損及腐蝕嚴(yán)重的系統(tǒng)，或現(xiàn)場難度小的保溫系統(tǒng)進(jìn)行保溫拆除后的宏觀檢查，并在有腐蝕的地方進(jìn)行超聲波厚度測量，可與深度尺配合使用測量腐蝕深度。主要檢測步驟見圖1。

圖1 主要檢測步驟

某煉化企業(yè)檢查了外部腐蝕管道247條，其中帶保溫管道104條，基本上帶保溫管線或多或少都存在保溫層下腐蝕，保溫層下腐蝕較嚴(yán)重的有38條管道，占所有檢查管道的15.4%。無保溫管道143條，大氣腐蝕嚴(yán)重的14條，占所有檢查管道的5.7%。外腐蝕問題集中在帶保溫層的管道。腐蝕所占比例見圖2。

圖2 腐蝕所占比例

從工程案例方面看，保溫層下腐蝕主要形式是碳鋼和低合金鋼外表面的腐蝕，主要表現(xiàn)為均勻腐蝕及局部點蝕。典型的均勻腐蝕主要出現(xiàn)在管道結(jié)構(gòu)改變、整體保溫狀況欠佳和容易積水的區(qū)域，主要表現(xiàn)為外壁整體腐蝕(見圖3)。外壁局部腐蝕易發(fā)生在管道彎頭區(qū)域(見圖4)。在實際檢查過程中，測厚所使用的耦合劑如不及時處理，也會在實際運行過程中造成一定程度的腐蝕，影響設(shè)備的安全運行(見圖5)。

圖3 管線外壁腐蝕

圖4 彎頭局部腐蝕

圖5 凝液包接管外壁腐蝕坑

3 CUI控制措施

設(shè)備及管道在運行時需要保溫，保溫層下腐蝕不可避免，要建立正確的涂裝及保溫的方式與方法，降低系統(tǒng)因保溫層下腐蝕而失效的概率。

(1)選擇合適的保溫材料外防護(hù)層。對于外防護(hù)層的選擇需要考慮經(jīng)濟(jì)成本、實用性、管道的復(fù)雜程度以及基體的工況溫度等因素。外防護(hù)層很容易受到氣候、化學(xué)腐蝕以及機械損傷，需要經(jīng)常性地進(jìn)行維護(hù)。實踐證明，將鋁箔用作保溫層下腐蝕的外防護(hù)層，不僅可以作為屏障阻止腐蝕介質(zhì)接觸金屬表面，而且還能對金屬起陰極保護(hù)作用。

(2)正確選擇保溫材料。在發(fā)生保溫層下腐蝕的溫度范圍內(nèi)，吸水性材料會加速保溫層下腐蝕，而疏水性材料則可以抑制保溫層下腐蝕。因此選用疏水材料做保溫材料更有利于保溫層下腐蝕的防護(hù)。

(3)保溫層下金屬外表面防護(hù)涂層。熱噴鋁涂層能有效預(yù)防碳鋼的保溫層下腐蝕。通過良好的保溫措施和適當(dāng)?shù)耐繉涌梢跃徑獗貙酉赂g。正確的安裝和維護(hù)能阻止大量的水進(jìn)入，最近幾年，在保溫層下設(shè)備和管道經(jīng)常發(fā)生腐蝕的地方應(yīng)采用涂層防腐蝕系統(tǒng)。

4 結(jié) 語

CUI影響設(shè)備及管道的安全運行,也制約裝置的長周期運行。正確選擇涂層、保溫材料及安裝方式并對運行時間較長的外保溫層進(jìn)行定期更換可有效地減緩CUI。同時，研究CUI檢查與監(jiān)測設(shè)備，可以在不拆除保溫層的情況下提高檢驗的有效性，從而及時更換保溫層，抑制CUI發(fā)生。

[1] 黃赟.保溫層下金屬材料的腐蝕與防護(hù)[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2013,30(3):15-17.

[2]FITZGERALD B J,WINNIK S.A corrosion under insulation prevention strategy for petrochemical industry piping[J].Corrosion Management,2004,57(1):15.

[3]BRUCE R.Preventing corrosion under insulation in chemical manufacturing facilities[J].Journal of Protective Coatings & Linings,1998(5):40.

[4] 姜瑩潔，鞏建鳴，唐建群，等.保溫層下金屬材料腐蝕的研究現(xiàn)狀[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2011，23(5):381-385.

(編輯 張向陽)