濕式氣柜腐蝕原因分析及防護(hù)

楊燕，黃成波

（1.石油化工工程質(zhì)量監(jiān)督總站西南監(jiān)督站，重慶401254）

（2.國家管網(wǎng)集團(tuán)重慶天然氣管道有限責(zé)任公司，重慶408017）

1 概況

R200氣柜是某廠的重要設(shè)備，屬于低壓濕式外導(dǎo)架直升儲(chǔ)氣柜，主要起儲(chǔ)存裂化氣和平衡負(fù)荷的作用。氣柜于1979年11月投用，至2012年，氣柜投用已超過30年。氣柜及附屬鋼構(gòu)長時(shí)間風(fēng)吹日曬，加上酸雨的侵蝕，涂層氧化皮脫落，銹跡斑斑，腐蝕嚴(yán)重（如圖1）。經(jīng)過多年的監(jiān)控運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)鐘罩、塔1、塔2因腐蝕減薄嚴(yán)重，柜壁產(chǎn)生較大變形，極易穿孔泄漏。主要部件壁厚如下表1。

表1 R200原氣柜主要部件壁厚（mm）

圖1 氣柜壁腐蝕

在2007年、2008年和2010年三次對(duì)氣柜進(jìn)行了全面的清洗、檢查、檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)氣柜鐘罩、塔1、塔2的密封水槽及周邊長期與水接觸的下部壁板，存在著防腐層剝落、腐蝕減薄、坑蝕穿孔等問題，特別是在2010年大修中又檢測(cè)出有8處減薄及穿孔的現(xiàn)象，主要分布在鐘罩、塔1、塔2下部壁板1和壁板2上。全面檢測(cè)及修補(bǔ)情況如下表2。

表2 氣柜2007、2008、2010年全面檢測(cè)及修補(bǔ)情況

2 腐蝕原因分析

2.1 漆膜表面損壞導(dǎo)致腐蝕

氣柜運(yùn)行時(shí)間較長，在陽光照射和化工廠內(nèi)大氣腐蝕的作用下，原漆膜老化、變脆，從而喪失原有物理力學(xué)性能。鐘罩、塔1、塔2的反復(fù)升降，當(dāng)水分到達(dá)漆膜與基體間的界面時(shí)，使漆膜與基體結(jié)合度下降，出現(xiàn)剝離或鼓包。漆膜逐漸脫離基體，漆膜表面損壞，從而導(dǎo)致金屬腐蝕。

漆膜下的金屬腐蝕主要為電化學(xué)腐蝕，反應(yīng)如下：

陰極反應(yīng)：O2+H2+2e=2OH-；

陽極反應(yīng)：Fe=Fe2++2e。

另外，鐘罩、塔1、塔2的反復(fù)升降，造成表面干濕交替；基體金屬暴露在空氣中，如果表面有銹蝕層，銹蝕層就起了水和氧氣的儲(chǔ)槽作用，銹蝕層下基體金屬的鐵離子化起了強(qiáng)氧化劑的作用。在一定條件下，腐蝕產(chǎn)物會(huì)對(duì)大氣腐蝕的電極反應(yīng)產(chǎn)生影響。隨著天氣變化，金屬表面溫度和濕度隨之變化，這樣在化學(xué)和電化學(xué)的作用下，金屬表面的腐蝕將加速。

2.2 儲(chǔ)存介質(zhì)導(dǎo)致的腐蝕

2.2.1 酸化物導(dǎo)致的腐蝕

氣柜儲(chǔ)存介質(zhì)為裂化氣，主要組分為：CH4、CO、H2、C2H2、CO2，其余氣體為高級(jí)炔和惰性氣體等。其中H2、CO、CO2等物料在一定條件下可形成部分酸化物，具有腐蝕性。

氣柜進(jìn)出氣頻繁，裂化氣中的酸性物質(zhì)如CO2、殘氧和水汽直接對(duì)氣柜壁產(chǎn)生了腐蝕。反應(yīng)如下：

CO2+H2O→H2CO3

H2CO3+Fe→Fe（HCO3）2+H2↑

2.2.2 炭黑導(dǎo)致的腐蝕

由于R200裂化氣氣柜是作為裂解裝置和壓縮裝置調(diào)整負(fù)荷平衡并起到緩沖作用的。上游裂解裝置產(chǎn)生大量炭黑，進(jìn)行新老裝置負(fù)荷平衡時(shí)夾帶大量碳黑的裂化氣頻繁通過氣柜，使大量的炭黑被帶入氣柜，造成了裂化氣中的炭黑在油面上積累，在重力作用下致使密封油失效，氣柜升降過程間沒有形成油膜保護(hù)氣柜壁，加劇了氣柜的腐蝕穿孔。

另外，密封油本身被炭黑污染后也會(huì)造成腐蝕。由于同時(shí)大量碳黑積存在柜壁上，沉積在氣柜底層，造成氣柜水中含大量碳黑，并造成防腐密封油也被碳黑嚴(yán)重污染。密封油被污染，本身的氧化安定在一定條件被破壞后，其酸值可以達(dá)到2.0mqKOH/q，這些在特定的環(huán)境中就會(huì)對(duì)氣柜形成強(qiáng)腐蝕。

2.3 材質(zhì)劣化

2008年，廠部對(duì)氣柜腐蝕最嚴(yán)重部位的母材委托檢測(cè)單位進(jìn)行母材性能和金相組織檢測(cè)，并請(qǐng)?jiān)u價(jià)單位進(jìn)行了分析。

2.3.1 氣柜母材性能檢測(cè)分析

在查閱原氣柜翻譯圖紙時(shí)，材質(zhì)只標(biāo)明是碳鋼，因?yàn)?979年以前我國普通碳素鋼是以A3（鎮(zhèn)靜鋼）和A3F（沸騰鋼）來表示的，并沒有明確Q235B的標(biāo)示，出現(xiàn)Q235B材質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)是GB/T700-1988才實(shí)施的。氣柜母材性能檢測(cè)報(bào)告見圖2。

圖2 氣柜母材性能檢測(cè)報(bào)告

根據(jù)檢測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)可知，氣柜試樣化學(xué)成分基本上與Q235B相當(dāng)。但是，其抗拉強(qiáng)度值350N/mm2偏低于現(xiàn)行Q235B力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)375-500N/mm2的要求；尤其是其延伸率為16，與標(biāo)準(zhǔn)值延伸率≥26相差很多，說明試板的塑性已大大降低。

2.3.2 氣柜母材金相組織分析

送樣試件的檢測(cè)結(jié)果如下：

靠近腐蝕面機(jī)體組織特征為：鐵素體上分布有少量細(xì)片狀珠光體，條狀滲碳體；腐蝕面表面有較厚的氧化物，部分區(qū)域已產(chǎn)生晶界裂紋。氣柜母材試件金相組織檢測(cè)報(bào)告見圖3。

圖3 氣柜母材試件金相組織檢測(cè)報(bào)告

根據(jù)觀察結(jié)果可以判定：腐蝕表面不但氧化物厚而且有的區(qū)域已經(jīng)出現(xiàn)晶界裂紋。這說明該斷面金相組織內(nèi)晶界表面已發(fā)生扭曲變形，碳化物已聚集在晶界面析出。此時(shí)，金屬材料已發(fā)生脆性變化。由于晶界有斷裂、扭曲，金屬的塑性和耐腐蝕性都將有所降低。其次，無論Q235B還是A3鋼，都是亞共折鋼，其金相組織應(yīng)該是由鐵素體和珠光體組成，不應(yīng)存在單獨(dú)析出的滲碳體。因此試件金屬趨向于脆性發(fā)展，其硬度也會(huì)隨之變化。其與金屬母材的耐腐蝕能力降低也是相吻合的。

綜和母材性能和金相組織檢測(cè)報(bào)告分析可知，氣柜母材材質(zhì)已劣化，金屬材料已發(fā)生脆性變化，塑性已大大降低，耐腐蝕能力下降。

3 氣柜的防護(hù)措施

由于氣柜母材材質(zhì)劣化，單純的防腐處理已不能滿足長周期運(yùn)行的需要，需對(duì)腐蝕嚴(yán)重部位母材進(jìn)行更換?？紤]到該氣柜為正常運(yùn)行時(shí)無法停的重要設(shè)備，且無備臺(tái)，因此決定在2012年大修中，采取了整體更換腐蝕較嚴(yán)重的鐘罩、塔1、塔2，腐蝕較輕微的水槽全面防腐的處理方法。

3.1 選材

通過查閱原氣柜翻譯圖紙，同時(shí)結(jié)合新區(qū)氣柜的設(shè)計(jì)圖，氣柜板材選用Q235B。

3.2 徹底的表面處理

徹底的表面處理包含徹底的除銹和徹底的除銹后清理。

為了防止洋桔梗倒伏，必須進(jìn)行拉網(wǎng)支撐，打樁要直，高度約80 cm，間距2～3 m，在整好的畦面上拉上12 cm×12 cm網(wǎng)格網(wǎng)，可用搭棚剩余鋁材或竹竿固定。在植株高長到30 cm左右時(shí)升1次網(wǎng)，之后根據(jù)長勢(shì)逐漸拉升，一般拉4～6次網(wǎng)。把花枝順到花網(wǎng)格里，升網(wǎng)不及時(shí)將導(dǎo)致枝條彎曲、倒伏，影響品質(zhì)[1]。 待植株現(xiàn)花苞，高度到40～50 cm時(shí)，要把花網(wǎng)繃緊，保證植株直立，不會(huì)搖擺。

（1）徹底的除銹是保證施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。如果除銹不徹底，必然會(huì)影響涂層對(duì)金屬表面的附著力，從而影響防腐質(zhì)量。在防腐預(yù)制廠鋼板采用噴砂除銹、鋼構(gòu)件采用拋丸除銹，除銹等級(jí)達(dá)Sa2.5級(jí)。所有焊接部位、油漆破損部位、不適合用或不能用噴砂方法除銹的表面，采用手工機(jī)械除銹，除銹等級(jí)達(dá)St3級(jí)。除銹為隱蔽工程，施工過程中加強(qiáng)除銹質(zhì)量的檢查。

（2）除銹后，涂裝前，應(yīng)用干凈的抹布、刷子或用清潔的壓縮空氣吹掃等方法，清理鋼材表面上的灰土、碎屑和其它殘留物。針對(duì)水槽進(jìn)行清理時(shí)，采用油污清洗劑對(duì)氣柜壁上的油污進(jìn)行清洗，以保證防腐涂料的附著力。

3.3 防腐涂層

要解決氣柜的腐蝕問題，必須重視氣柜防腐涂料的選擇。防腐涂料選擇時(shí)，除考慮漆膜的附著力、表面強(qiáng)度等特性值外，還要充分考慮氣柜內(nèi)外壁的特點(diǎn)來進(jìn)行選擇。

（1）氣柜外壁防腐涂料選擇時(shí)，因?yàn)橥獗陂L期接觸大氣環(huán)境，受太陽光照射，因此不僅要求耐水性和耐蝕性好，而且要求漆膜的附著力、表面強(qiáng)度、硬度要高，特別要求防護(hù)材料的抗老化性要好。氣柜的外表面和外部構(gòu)件面漆選擇乙烯磷化底漆二道20um+鐵紅環(huán)氧底漆二道60um+氯磺化聚乙烯涂料（二～六）道。

（2）氣柜內(nèi)壁防腐涂料選擇時(shí)，內(nèi)壁長期與水、介質(zhì)接觸，因此要求涂料耐水性、耐各種有害介質(zhì)的耐蝕性要好。氣柜的內(nèi)表面和內(nèi)件防腐采用乙烯磷化底漆二道20um+鐵紅環(huán)氧底漆二道60um+環(huán)氧瀝青面漆四道240um。

（3）水槽底板防腐涂料選擇時(shí)，還要考慮施工過程中可能發(fā)生的防腐層損壞，以及運(yùn)行過程中可能落入異物對(duì)防腐層造成的損壞，采用瀝青漆（一道）80um再潑10號(hào)熱瀝青8～10毫米。

在防腐涂層施工時(shí)，由于施工時(shí)的溫度和濕度會(huì)對(duì)防腐質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響，盡量減少氣候因素的影響。另外，油漆施工要嚴(yán)格進(jìn)行工序驗(yàn)收，必須在上道工序檢查合格后才能進(jìn)行下道工序的施工。涂料表面應(yīng)平滑無痕，顏色一致，無針孔、氣泡、流墜、粉化和破損等現(xiàn)象。為加強(qiáng)氣柜涂漆質(zhì)量的控制，施工員和質(zhì)檢員共同現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)首件涂漆質(zhì)量后，樹立首件涂漆樣板，指導(dǎo)后續(xù)涂漆施工。

3.4 在水中按時(shí)投用適量的緩蝕劑。

3.5 工藝上采取相應(yīng)的有效措施，防止氣柜超負(fù)荷運(yùn)行的現(xiàn)象再次發(fā)生，解決大量碳黑夾帶進(jìn)入氣柜的問題，運(yùn)行中適當(dāng)調(diào)整氣柜運(yùn)行高度。

4 結(jié)束語

通過對(duì)R200裂化氣氣柜的腐蝕原因分析，在改造過程中有針對(duì)性的對(duì)氣柜采取了防護(hù)措施。氣柜自改造后運(yùn)行多年來，經(jīng)過定期檢查，腐蝕速度正常，未發(fā)生大面積嚴(yán)重腐蝕情況，防腐效果較好，保證了設(shè)備長周期運(yùn)行。