腐蚀是引起金属法兰、阀门损坏的主要原因之一。城镇燃气阀门井内的法兰、阀门较多, 有些阀门井地下水位高, 井内严重积水, 产生严重的腐蚀损伤, 成为严重的安全隐患[1]。其后果有三个, 一是维修时螺栓螺母不易拆卸, 影响维修施工;二是拆卸后由于腐蚀严重, 螺栓螺母失效, 不能再次使用;三是腐蚀导致法兰和螺栓螺母出现早期失效, 大大缩短整个结构的寿命和结构服役的安全性。如果采取更换材质 (不锈钢等) 来防腐, 成本将增加很多。

国内对法兰阀门的保护, 采用比较多的方法是涂抹黄油, 或是换用不锈钢螺母加涂抹黄油的方式。美国NACE SP 0108—2008《使用防护涂层对海上平台结构进行防腐蚀控制》提出对海上平台进行防腐的一个技术建议:首先采用已商业化的密封剂, 灌注进法兰的缝隙;然后宜用聚合物胶带或不锈钢带包覆在法兰上, 以完全封闭住法兰缝隙。整个法兰宜采用浸透了非常疏水的矿物油或蜡的聚酯胶带进行包覆, 以提供防水隔离性能。经过上述防腐处理后的法兰, 在不打开胶带的情况下无法进行目视检查, 因此, 在检查后应重新进行包覆。

在实际施工作业中, 存在另外一个问题:诸多阀门和螺栓螺母处在一个狭小拥挤的空间内, 而且几何形状较为复杂, 施工难度较大。利用一般的缠带技术很难对其进行防腐施工。此外, 目前业界对法兰进行防腐处理所采用的技术都存在工序过多和后续维修、检修困难的问题。

法兰、阀门的腐蚀通常为局部腐蚀, 有以下4种:法兰、阀门缝隙间的晶间腐蚀;法兰连接处金属材料和导电性的非金属材料如石墨等相连而导致的电偶腐蚀;法兰连接处由于存在缝隙而发生的缝隙腐蚀[2];应力腐蚀开裂 (Stress Corrosion Cracking, SCC) , 是指金属材料或结构在承受静态或准静态拉伸应力与腐蚀介质的共同作用下引起的破裂, 它是危害最大的腐蚀形式之一, 常常会突然发生而引起灾难性后果[3,4]。

法兰、阀门的腐蚀通常是多种腐蚀综合作用的结果, 这给法兰、阀门的防腐增加了难度。下面介绍一种新型的法兰、阀门防腐技术——Enviropeel防腐涂层系统, 该系统为英国A8LE公司产品, 涂层的主要成分为醋酸纤维素, 其技术参数见表1。

表1Enviropeel材料的技术参数导出到EXCEL

Enviropeel防腐涂层系统不受环境和物体形状、尺寸约束, 它优良的防腐性能和易于应用的特点使其可以应用于多种工业场所, 特别是受电偶腐蚀的螺栓连接系统, 如法兰、阀门、螺栓、螺母。该系统还可以阻止灰尘和其他污染物进入轴承等旋转体系, 保护设备不受损。Enviropeel涂层无毒, 不含挥发性有机物, 易于剥离。当被防腐构件需要检查、更换或维修时, Enviropeel涂层可以被迅速地剥离而露出涂层下的金属表面。涂层被剥离后的构件见图1。

图1 涂层被剥离后的构件 

Enviropeel是一种在材料内部嵌入缓蚀剂的可喷涂热塑性塑料。Enviropeel防腐涂层系统有两道防线:第一道防线是通过所喷涂的涂层将构件整个包覆起来, 阻止灰尘、水等腐蚀物质进入, 隔绝腐蚀环境, 从而防止电偶腐蚀、点蚀和大气腐蚀;第二道防线是通过内嵌在涂层中的缓蚀剂的缓慢释放, 渗入涂层所包裹的各种构件的表面及其缝隙, 如法兰之间的缝隙、螺栓螺母之间缝隙等, 达到阻止腐蚀继续进行的目的。

当Enviropeel涂料喷涂到基体上时, 其内嵌的缓蚀剂就不断释放出来, 渗透到每一个缝隙处和连接处, 并在系统的使用寿命内发挥作用。缓蚀剂在材料制作初期就已经和Enviropeel基体材料通过化学反应结合在一起。该缓蚀剂最大特点就是分子具有高度不对称性, 由极性和非极性两个基团组成。当内嵌缓蚀剂的Enviropeel涂料喷涂到法兰等金属表面上后, 由于金属表面是极性的, 而Enviropeel基体材料是非极性的, 结果缓蚀剂分子的极性基团有逃出Enviropeel基体材料而亲和到金属表面的趋势;而非极性基团由于其结构与Enviropeel基体材料相似, 有溶入Enviropeel基体材料的趋势。结果是缓蚀剂分子的极性基团吸附在金属表面上, 而非极性基团则溶入Enviropeel基体材料中, 即缓蚀剂分子定向吸附于Enviropeel基体材料和金属表面之间。

Enviropeel系统符合美国标准ASTMB117《热盐雾实验》。图2为在该标准下测试3 000 h之后的法兰表面效果。实验表明, Enviropeel系统对其覆盖范围内的金属具有良好的防腐效果, 而在没有Enviropeel涂层保护的地方, 如法兰两侧连接处, 则腐蚀非常严重。

图2  3 000 h热盐雾实验后效果

深圳市燃气集团股份有限公司利用Enviropeel防腐系统对某天然气管道阀门井内阀门进行了防腐施工。该阀门井底面低于地表1.5 m, 当处于汛期时, 阀门井内会积聚雨水, 造成法兰、阀门的腐蚀。图3、4分别为阀门井内的法兰、阀门防腐施工前、后的情况。

图3 法兰、阀门防腐施工前

图4 法兰、阀门防腐施工后 

防腐施工前的法兰已经发生了部分腐蚀, 且表面油泥沉积较多。Enviropeel防腐施工分两步完成。

利用电动钢丝刷、刮刀、线刷、砂纸和清洗剂等工具和材料进行除锈。表面处理要求达到St2等级, 构件表面疏松的油漆涂层、铁锈和污垢应清理干净。如果法兰或管道表面的油漆涂层粘接非常牢固, 可以不用清理。

Enviropeel防腐涂层施工使用专用喷涂工具, 见图5。

图5 Enviropeel专用喷涂设备

Enviropeel原料以切片的形态放入加热罐, 加热到170 ℃时成为液体。然后该液体经泵通过带有加热功能的软管输送到喷枪, 喷射到基体金属上。Enviropeel涂料迅速 (时间小于10 s) 凝固成具有弹性及耐蚀性的覆盖层。Enviropeel喷涂设备包括加热罐、泵、带有加热功能的软管和喷枪。

上述单个阀门井 (包含1个DN 250 mm阀门及2对法兰) 的防腐施工共计花费时间50 min。

Enviropeel系统将特殊构件整体包覆起来, 与其他防腐方法相比有如下明显优势:

① 采用喷涂施工, 不受物体形状、尺寸的约束, 特别适用于法兰、阀门等异型构件。

② 涂料内嵌缓蚀剂, 并在其全寿命期内不断释放。

③ 涂料无毒, 不含挥发性有机物。

④ 施工完成后的材料易于剥离, 如果该构件需要拆卸或维修, 只需将防腐材料用刀具割开剥下即可。

参考文献

[1]范金生.高效无机防水涂料在阀门井防水改造的应用[J].煤气与热力, 2009, 29 (5) :A36-A39.

[2]王凤平, 李晓刚, 林翠, 等.316L不锈钢法兰腐蚀失效分析及对策[J].腐蚀科学与防腐技术, 2003, 15 (3) :180-183.

[3]陈入领, 范家峰, 王晓伟.阀门腐蚀失效分析及处理[J].阀门, 2002 (2) :30-32.

[4]车立新, 段常贵.埋地钢质管道应力腐蚀开裂及其预防[J].煤气与热力, 2006, 26 (10) :1-4.