熱噴鋁技術(shù)在工業(yè)火炬塔上的應(yīng)用

萬金鳴　劉東儉　陳偉

【摘 要】分析了工業(yè)火炬塔在高溫腐蝕環(huán)境中所面臨的防腐難題，介紹了熱噴鋁技術(shù)的防腐機(jī)理，耐高溫機(jī)理，工藝流程和技術(shù)難點(diǎn)。為工業(yè)火炬塔防腐工藝的制定提供了有價(jià)值的信息。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)火炬塔;熱噴鋁;防腐蝕;耐高溫;工藝

中圖分類號(hào)： TG174.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）10-0051-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.10.019

Application of Thermal Spray Aluminum on Industrial Flare Tower

WAN Jin-ming LIU Dong-jian CHEN Wei

（CATARC Yancheng Automotive Proving Ground， Yancheng Jiangsu 224000， China）

【Abstract】The anti-corrosion problem of industrial flare tower in high temperature corrosion environment was analyzed. The anti-corrosion and high temperature resistance mechanism， application process and technological difficulty of hot spray aluminum technology are introduced. It provides valuable information for the formulation of the anti-corrosion technology of the industrial flare tower.

【Key words】Industrial flare tower; Thermal spray aluminum; Anti-corrosion; High temperature resistance; Process

0 引言

腐蝕和磨損是材料的兩大失效形式，其造成的損失是十分巨大的。目前涂裝和電鍍技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大氣環(huán)境下鋼鐵的防腐處理，使得鋼鐵材料的腐蝕情況得到有效的控制。但是諸如化工廠的火炬塔、海洋工程裝置的火炬塔等，這類面臨特殊腐蝕環(huán)境的工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)，其防腐處理一直是一項(xiàng)難題。

由于火炬塔頂端會(huì)長期點(diǎn)火燃燒各類工業(yè)廢氣，因此受熱輻射影響，火炬塔頂端點(diǎn)火平臺(tái)下方一定范圍內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)將處于約450℃的持續(xù)高溫腐蝕環(huán)境中，在這種持續(xù)的高溫腐蝕環(huán)境下，涂層和鍍層容易發(fā)生失效而失去防腐作用。此外，工業(yè)火炬塔多服役于工業(yè)腐蝕區(qū)或海洋腐蝕區(qū)，長期經(jīng)受酸雨或海洋大氣環(huán)境的侵蝕，對(duì)于涂層的防腐蝕性能也有更高的要求。因此諸多此類結(jié)構(gòu)都采用防腐蝕和耐高溫性能優(yōu)良的熱噴鋁涂層體系。

1 熱噴鋁的防腐和耐高溫機(jī)理

熱噴鋁是金屬熱噴涂的一種形式，利用某種熱源（如電弧、等離子弧、火焰等）將絲狀或粉末狀的金屬鋁加熱至熔融或半熔融狀態(tài)，再借助熱源的焰流或外加的高速氣流，將熔融或半熔融狀的鋁噴射到經(jīng)過處理的金屬底材表面上，在表面形成一層具有防腐保護(hù)作用的金屬鋁涂層[1]。

熱噴鋁的鋁純度在99.6%以上，密度為2.72g/cm3，鋁的熔點(diǎn)為660℃高于腐蝕環(huán)境的溫度，所以鋁涂層應(yīng)用于450℃的腐蝕環(huán)境中不會(huì)受到高溫的影響。

鋁涂層在大氣中極易形成致密的氧化鋁薄膜，這層氧化膜在各種大氣、海水和淡水中具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和耐蝕性，因此適用于各種大氣、淡水和海水環(huán)境以及pH值為4.5-8.5的溶液及其它氧化性環(huán)境中。鋁涂層對(duì)金屬表面起隔離保護(hù)作用，較好地將金屬基體與空氣、水及其他介質(zhì)隔離[2]。熱噴鋁施工完成后采用有機(jī)硅耐高溫漆進(jìn)行覆蓋，可以排出多孔表面的空氣，起到封閉涂層并增強(qiáng)附著力和耐高溫性能的作用。

2 工藝流程

首先根據(jù)火炬塔的溫度場(chǎng)分布情況確定出火炬塔“高溫區(qū)域”、“過渡區(qū)域”和“常溫區(qū)域”的范圍。具體分布情況如圖1火炬塔區(qū)域分布圖所示：

高溫區(qū)域的溫度范圍：180≤t≤450℃;常溫區(qū)域的溫度范圍：t<180℃;過渡區(qū)域指高溫區(qū)域和常溫區(qū)域之間預(yù)留300mm作為涂層體系過渡搭接區(qū)域。

具體工藝流程如下：

（1）火炬塔整體表面處理后在高溫區(qū)域和過渡區(qū)域施工熱噴鋁涂層，鋁涂層干膜厚度200～250μm;

（2）在高溫區(qū)域的熱噴鋁涂層上施工一道有機(jī)硅耐高溫漆，干膜厚度30～40μm，作為封閉漆，兼顧耐高溫作用。同時(shí)，考慮涂層搭接問題，有機(jī)硅耐高溫漆需要向下延伸施工至過渡區(qū)域和常溫區(qū)域的分界線處;

（3）最后在常溫區(qū)域施工兩道酚醛環(huán)氧漆，每度干膜厚度125～150微米。同樣考慮到涂層搭接問題，酚醛環(huán)氧漆需向上延伸施工至過渡區(qū)域和高溫區(qū)域的分界線處，即需要覆蓋到封閉漆上。

按照以上工藝流程施工后，各區(qū)域的最終涂層系統(tǒng)如表1所示：

3 熱噴鋁的技術(shù)難點(diǎn)

（1）熱噴鋁方法的選擇：熱噴鋁的施工方式主要有線材火焰噴涂和電弧噴涂?jī)煞N方法，線材火焰噴涂采用氧-乙炔焰作為熱源，其特點(diǎn)是輕便、靈活、機(jī)動(dòng)性好。電弧噴涂生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)效率正比于噴涂電流。一般情況，電弧噴涂的生產(chǎn)效率是火焰噴涂的3倍以上。同時(shí)，電弧噴涂的涂層附著力，一般是火焰噴涂的2倍。結(jié)合火炬塔施工面積大、腐蝕環(huán)境特殊和涂層附著力要求高的特點(diǎn)，選用電弧噴涂更為合適。

（2）底材的表面處理：熱噴鋁施工為鋁顆粒堆積、重疊的過程，涂層的附著力是物理結(jié)合，因此對(duì)底材的表面處理要求很高，表面處理質(zhì)量直接影響鋁涂層的附著力進(jìn)而影響防腐性能。一般情況下，底材在施工熱噴鋁涂層前，所有邊緣、拐角和焊縫應(yīng)至少打磨至半徑為2mm的倒角。火焰切割區(qū)域和焊接飛濺應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)ISO 8501-3 P3等級(jí)要求進(jìn)行打磨[3]，之后整體沖砂至ISO 8501-1的Sa3.0級(jí)，表面粗糙度為75μm以上。

（3）熱噴鋁的施工效率較低，一般只有20-30m2/h。同時(shí)，火炬塔類鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造復(fù)雜，施工面積大，并且沖砂處理后的底材表面需在出現(xiàn)任何返銹前進(jìn)行噴涂，所以對(duì)施工方式和計(jì)劃的把控要求很高。一般情況下，熱噴鋁的施工由上至下逐層進(jìn)行，沖砂、噴鋁、封孔和涂裝連續(xù)交替進(jìn)行。

4 結(jié)束語

自20世紀(jì)40年代熱噴鋁涂層在英國首次應(yīng)用以來，得到了世界各國的高度重視并開展了廣泛的研究[4]。加之現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動(dòng)化及機(jī)器人技術(shù)與熱噴鋁技術(shù)的結(jié)合和滲透，使得它的深入發(fā)展和規(guī)模化施工均有大幅度的進(jìn)步和提高。因此，在不遠(yuǎn)的將來，熱噴鋁在工業(yè)和海洋工程領(lǐng)域一定會(huì)有更加廣泛的應(yīng)用空間。

【參考文獻(xiàn)】

[1]高國強(qiáng)，陳龍富，梁羽等.導(dǎo)管架腿內(nèi)熱噴鋁施工工藝[J].新技術(shù)新工藝，2013，（5）：77-81.

[2]鄧津林.自升式鉆井平臺(tái)樁腿腐蝕分析及防護(hù)措施[J].石油和化工設(shè)備，2014，17（5）：68-71.

[3]易桂虎，孫德光等.熱噴鋁技術(shù)在模塊化工廠中的應(yīng)用[J].涂層與防護(hù)，2018，39（9）：1-4.

[4]張忠禮.鋼結(jié)構(gòu)熱噴涂防腐蝕技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：5-7.