沿海石油化工工程金屬選材及防腐

張賀飛，汪 凱

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，廣東廣州 510230）

按照國際防腐技術(shù)規(guī)范ISO12944規(guī)定，沿海地區(qū)大氣腐蝕等級屬于 “C5-M很高（海洋）”級別。此環(huán)境下，鹽霧高、濕度大，海洋大氣中鹽霧含的CI-極易與金屬產(chǎn)生化學(xué)作用加速金屬的電化學(xué)腐蝕[1]，給工程帶來危險和財產(chǎn)損失。據(jù)侯寶榮院士報道，2004年全球因腐蝕造成的損失約占各國GDP的2%～4%，海洋損失約占腐蝕損失的1/3，并且隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全球因腐蝕造成的損失總數(shù)也在增加[2]。因此，采取適當(dāng)措施和方法降低工程項目中的腐蝕，對減少財產(chǎn)損失和保證項目安全具有重要意義。

本文結(jié)合一海外石化項目中采用的金屬材料及其腐蝕情況，對比研究總結(jié)在“C5-M很高（海洋）”中金屬材料的經(jīng)濟(jì)適用選擇和防腐方案，以期為同類項目提供參考。

1 “C5-M很高（海洋）”環(huán)境腐蝕特點(diǎn)

沿海濕度大，鹽霧嚴(yán)重，金屬表面容易附著海洋大氣中的水分和鹽霧，發(fā)生電化學(xué)吸氧腐蝕反應(yīng)。鹽霧中的氯化鈉不僅是強(qiáng)電解質(zhì)，其中的氯離子還能與金屬原子形成可溶性金屬鹽從而加速金屬失電子溶解，加快金屬腐蝕[3]。暴露在此環(huán)境下的金屬材料，如無合適的防腐措施，會大大縮短使用壽命。

2 常用金屬材料在“C5-M很高（海洋）”環(huán)境中的腐蝕情況

2.1 碳鋼

普通碳鋼是工程中使用最普遍的材料，優(yōu)點(diǎn)是適用范圍廣，力學(xué)性能優(yōu)異，價格低，缺點(diǎn)是耐腐蝕差。碳鋼在“C5-M”環(huán)境下年平均腐蝕速率80～200μm/a（ISO 9223），而一般工程設(shè)計壽命30a以上，普通碳鋼材料沒有合適的防腐措施難以達(dá)到項目設(shè)計壽命。實(shí)際使用時，使用無機(jī)富鋅（底漆）-環(huán)氧樹脂（中間漆）-聚氨酯（面漆）涂漆體系，可有效保護(hù)碳鋼免受腐蝕，其中每道涂層漆膜厚度應(yīng)滿足ISO12944-5規(guī)定的最低要求，結(jié)合實(shí)際環(huán)境條件和油漆特性，可適當(dāng)增加涂層厚度，以增加防腐性能。

2.2 熱浸鋅碳鋼

給碳鋼熱浸鋅也是一種常用來保護(hù)碳鋼的防腐方式，浸鋅厚度行業(yè)內(nèi)一般不超過90μm（ASTM A153規(guī)定熱浸鋅平均厚度為86μm），過厚會導(dǎo)致外觀粗糙、涂層易脫落。鋅在“C5-M”環(huán)境中年平均腐蝕速率為4.2～8.4μm（ISO 9223），不能滿足項目通常30a以上的防腐使用要求，因此熱浸鋅材料在C5-M環(huán)境下使用時必須進(jìn)行防腐。根據(jù)實(shí)際使用情況，環(huán)氧（底漆）-聚氨酯（面漆）的涂漆體系可以有效減緩海洋大氣對熱浸鋅碳鋼材料的腐蝕。

2.3 不銹鋼

不銹鋼因其優(yōu)異的防腐蝕性能在石化工程中被廣泛使用，但其缺點(diǎn)是不耐鹽霧中的CI-腐蝕[4]，當(dāng)暴露在“C5-M很高（海洋）”的鹽霧環(huán)境下使用時，容易在不銹鋼表面產(chǎn)生較多的點(diǎn)腐蝕，影響外觀質(zhì)量。雖然正常設(shè)計條件下，不銹鋼的腐蝕裕量理論上能保證其在正常使用年限內(nèi)可以抵抗鹽霧環(huán)境的腐蝕，但點(diǎn)腐蝕特別嚴(yán)重時，可能影響項目的交工。

因此，從經(jīng)濟(jì)技術(shù)的角度考慮，在實(shí)際中不能處理好不銹鋼的點(diǎn)腐蝕問題，且不是必須使用不銹鋼的情況下，可以考慮使用“碳鋼+涂漆”替換不銹鋼的方式來應(yīng)對環(huán)境腐蝕，既可以滿足技術(shù)要求，又可以降低項目投資成本。

2.4 鋁合金

普通鋁合金也是工程中常用的材料，通常用作設(shè)備配件、電纜橋架、窗戶框架等，與不銹鋼情況類似，在“C5-M很高（海洋）”環(huán)境下使用時，鋁合金材料容易發(fā)生點(diǎn)腐蝕[5]。由于氧化鋁的特性，鋁材發(fā)生腐蝕后后容易起皮，在鹽霧的不斷作用下引起更深層次的腐蝕，實(shí)際使用時，同等條件下鋁合金的腐蝕情況比不銹鋼嚴(yán)重。

因此，同等條件下不影響使用時，同樣建議使用“碳鋼+涂漆”的方式代替鋁合金；必須在“C5-M很高（海洋）”環(huán)境下使用鋁合金材料時，建議在使用前對其做防腐處理。

2.5 金屬材料搭配使用

在工程項目中，經(jīng)常出現(xiàn)各種金屬材料搭配使用的現(xiàn)象，如隔熱材料的保護(hù)層、設(shè)備的配件等。根據(jù)電化學(xué)原理，不同金屬有不同的電極電位，二者接觸使用時會發(fā)生電偶腐蝕，電極電位低的金屬優(yōu)先被腐蝕，實(shí)際形成“犧牲陽極”的效果，如碳鋼和鋁、不銹鋼和鋁搭配時，鋁材會被優(yōu)先腐蝕。在 “C5-M很高（海洋）”環(huán)境地區(qū)，由于腐蝕嚴(yán)重，金屬間的電偶腐蝕會被加劇，當(dāng)電極電位低的金屬作為配件、小部件使用時，會因其優(yōu)先被腐蝕而發(fā)生嚴(yán)重破壞，影響工程質(zhì)量。

因此，在工程項目實(shí)施過程中，用于和主要施工材料搭配使用的輔助材料，除有特殊考慮外，一般應(yīng)考慮和主材一致，或使用比主材電極電位高的材料，并在不影響性能時盡量使用絕緣材料與主材隔開，以避免雙金屬電偶反應(yīng)加速腐蝕，造成不良后果。

3 建筑

在沿海“C5-M很高（海洋）”環(huán)境下，造成腐蝕嚴(yán)重的主要原因是水汽和鹽霧在金屬表面長期凝結(jié)、積累，導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕反應(yīng)在金屬表面長期快速進(jìn)行。而建筑物可有效阻擋二者向金屬表面的擴(kuò)散，隔斷腐蝕介質(zhì)積累，從而降低金屬材料所處局部環(huán)境的腐蝕等級，達(dá)到保護(hù)金屬免受腐蝕的目的。因此，具備條件時，建議沿海石化工程項目盡可能設(shè)置設(shè)備間，既可有效降低設(shè)備的腐蝕，又能起到安全使用的效果。

4 結(jié)束語

1）介紹了碳鋼、熱浸鋅碳鋼、不銹鋼、鋁合金在“C5-M很高（海洋）”環(huán)境下的腐蝕情況及應(yīng)對措施，同樣滿足技術(shù)要求時，碳鋼搭配合適的涂漆體系在此環(huán)境中是更經(jīng)濟(jì)適用的選材方案；

2）由于 “C5-M很高（海洋）”環(huán)境下的腐蝕比較強(qiáng)，不同金屬搭配使用時的電偶腐蝕效應(yīng)會被放大，從而加快電位更低金屬的腐蝕，因此，在沿海石化項目不同金屬搭配使用時，作為搭配使用的輔材應(yīng)采用電位比較高的金屬，情況允許時使用絕緣材料隔開；

3）設(shè)備間可以隔斷腐蝕介質(zhì)的傳播，降低局部大氣環(huán)境的腐蝕等級，從而有效減緩設(shè)備間內(nèi)的金屬腐蝕，情況允許時沿海石化工程項目應(yīng)考慮設(shè)置設(shè)備間。