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基于炼化设备保温层视角下的金属腐蚀分析与防护措施

发布时间:2018-07-09

  金属腐蚀与防护论文范文三:

  题目:炼化设备保温层下金属腐蚀分析与防护

  摘 要:炼化企业保温层下金属腐蚀是一种不易发现但危害较大的腐蚀形式。作者根据实际工作经验, 详细介绍了腐蚀机理、常见部位、引发原因及防护措施, 并创新性的提出了利用计算机技术创建防腐数据库和保温分析模型的构想, 对于炼化企业进一步做好防腐工作具有一定借鉴意义。

  关键词:炼化设备; 保温层; 金属腐蚀; 计算机技术

金属腐蚀与防护论文范文 配图

  作为中国经济的重要组成部分, 石化行业也获得了较大发展, 装置的规模和技术水平均有大幅提高, 但是装置中大量金属设备却存在腐蚀严重的问题。这不仅会对国民经济造成损失, 而且对装置安全、平稳运行也有不利影响。在设备的各种腐蚀中, 保温层下金属腐蚀是一种不易发现且危害程度较大的腐蚀[1]。本文笔者将根据实际工作经验, 深入分析保温层下金属腐蚀的常见的部位及成因, 并提出相关建议, 对于提高设备防腐水平具有一定意义。

  1 保温层下的腐蚀。

  1.1 概念及危害。

  保温层下腐蚀是指炼化设备因工艺要求, 要对管线、储罐等设备进行保温, 在保温层下发生水分冷凝或腐蚀性液体聚集, 从而造成局部或整体腐蚀。

  设备安装保温时, 为了美观常在保温层外包裹镀锌铁皮或铝箔, 使设备操作人员很难观察到保温层以下的腐蚀情况。在安装方面, 如果施工人员大意, 常出现镀锌铁皮包裹不严、铁皮接缝位于设备上部。一旦下雨, 就会有雨水渗入保温层, 造成保温层长期处于潮湿状态, 如果保温层内还混有腐蚀介质, 就会加速设备腐蚀。

  保温层下腐蚀因为不容易被工作人员发现。被发现时, 通常设备已经遭到了严重腐蚀, 无法正常使用。如果输送易燃易爆介质或是有毒有害介质的管线因腐蚀造成泄漏, 就会引发装置停工, 甚至造成严重事故。

  1.2 腐蚀类型及原理。

  金属腐蚀有三种途径[2]:微生物腐蚀、化学腐蚀和电化学腐蚀。一般保温层下的腐蚀主要是化学腐蚀和电化学腐蚀。

  化学腐蚀是指金属与周围介质直接接触而造成的腐蚀。其中化学腐蚀根据腐蚀环境不同, 可分为气体腐蚀和不导电溶液腐蚀。气体腐蚀是指腐蚀性气体与金属接触, 在金属表面生成化合物。例如腐蚀性气体二氧化硫与金属表面长期接触就能生成硫化物。不导电溶液腐蚀是指金属与高硫高氯原油、乙醇等腐蚀性液体长期接触所产生的腐蚀。

  电化学腐蚀是指合金或不纯的金属与电解质接触, 形成大量原电池反应而造成腐蚀。对于保温层下的腐蚀, 电化学腐蚀又可分为导电介质腐蚀和空气腐蚀。导电介质腐蚀是指金属周围聚集了大量可导电液体所造成的腐蚀, 这种导电液体可以是雨水也可以是各种低浓度酸碱溶液等。空气腐蚀是指金属在潮湿空气中所造成的腐蚀。

  电化学腐蚀的反应过程较为复杂, 笔者以炼化设备中使用最广的钢材为例进行说明。钢材中含有碳元素, 在潮湿环境中可作为原电池的正极, 铁元素可作为原电池的负极, 其反应方程式如下所示:

  因为保温层下容易积聚导电性液体, 所以电化学腐蚀是保温层下腐蚀的主要形式, 对设备的危害最大。

  1.3 常见类型及部位。

  根据工作经验, 一般碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢[3]、铁素体不锈钢和双相不锈钢设备都会发生点蚀和局部腐蚀, 但是其中碳钢和低合金钢更容易遭到腐蚀, 奥氏体不锈钢在含有Cl-离子的环境中, 也会出现较快腐蚀。

  根据工作经验, 以下部位比较容易受到腐蚀:

  (1) 含有水分较多的部位。例如水冷设备、凉水塔通风口等部位。 (2) 保温层破损、拼缝和连接的地方, 此处开缝严重时还容易出现雨水倒灌。 (3) 蒸汽伴热线破损部位。 (4) 设备上焊有吊耳、支撑架等部位, 此处容易出现水气冷凝, 造成保温层潮湿。 (5) 保温层的封头部位。

  1.4 原因分析。

  认真分析不难发现, 造成保温层下金属腐蚀的主要原因有以下几种:

  (1) 保温系统设计不合理。在设计保温系统时, 设计人员需要考虑工艺要求、保温种类、周围环境等诸多因素。因为影响因素较多, 设计人员容易考虑不周全, 忽视某方面要求, 造成保温层故障。在设计时, 除了要能满足保温特性外, 设计人员还要考虑保温层维护保养、水汽隔绝、是否影响后期检修等因素。所以在工业设计上, 设计单位应该利用计算机技术建立“保温设计模型”, 模型包含各种需要考虑的因素。在具体设计时, 只要按照系统提示, 输入工艺要求、环境指标、施工等级等各种条件, 计算机模型系统就会自动分析, 给出最优施工建议。

  (2) 保温材料使用不当或施工不合理造成。保温层安装是装置开工前最后一步工作, 部分施工人员为了赶工期, 工程质量会有所下降。具体表现为:保温材料存放不当造成含水量超标;保温材料种类选用不当;保温材料用量不合理;施工人员安装镀锌铁皮保护层时, 接缝处松动开裂都容易让保温层后期含水量超标, 引起保温层下金属腐蚀。

  (3) 工艺原因造成保温层湿度过大。石油炼化设备中很多处于间歇工作或循环热运行状态, 冷热交替容易造成金属表面漆膜应力脱落, 使金属暴露, 缺失保护层。有些管线或设备因为工艺原因, 表面温度长时间处于100-120℃之间, 造成保温层水分无法蒸发, 使保温层长时间处于湿润状态, 造成金属腐蚀。还有些设备内部介质 (如具有腐蚀性的氯化物) 泄漏, 进入保温层, 造成金属腐蚀。有些设备长期在露点温度以下运行, 造成水气在其表面冷凝, 造成金属腐蚀。某些设备周围环境潮湿, 如在水域 (湖泊、海洋等) 、水冷设备、蒸汽源等不利环境旁, 保温层中含水量不断上升, 造成金属腐蚀。

  2 腐蚀的防护措施。

  通过以上分析, 可以发现金属腐蚀因素很多。要做好保温层下防腐工作, 可从以下几方面展开:

  (1) 利用计算机技术建立企业防腐数据库, 将各种防腐工作的经验、工作过程、工作方法进行记录, 并编制防腐工作查询软件。此软件可以快速查询、调用各种防腐数据, 通过数据支持使繁杂的防腐工作变成标准化工作。在数据库里, 查询者可以清楚的看到哪里的设备处于怎样的工作环境中, 哪个时间段做过哪些防腐工作, 多长时间腐蚀程度怎样, 尤其是有没有好的防腐经验和技术改进措施。这种数据库的建立, 非常适合大型炼化企业。例如中石油、中石化这样的集团公司, 可以在总部建立总的数据库, 各炼化分厂能联合调用, 每个分厂负责各自数据维护。防腐数据库的建立符合设备精细化管理、知识管理的要求, 对提高企业管理水平有积极作用。

  (2) 将系统工程中的相关管理思想和技术引入防腐工作, 利用编程手段在计算机系统上建立“保温设计模型”。模型包括各种参数, 它不仅考虑了金属防腐问题, 还要考虑工艺要求、经济性等诸多因素。通过模型分析, 可以避免因考虑不周到而引发保温故障, 比如有些工艺管线, 一旦腐蚀损坏会造成严重的安全隐患, 并且检修起来需要装置停工, 但是管线内部介质的温度高低对于工艺影响特别小。在设计保温时, 对管线的防腐保护就是设计人员要解决的主要矛盾。采用模型分析, 通过对设计指标逐条比对, 综合评定, 发现根本不需要加装保温层, 就可以去掉。如果已经加装保温层的管线, 介质温度可以在110℃至140℃之间波动, 工作人员可以让管线内介质温度在120℃以上流动, 解决管线保温层潮湿问题。根据以上事例可知, 保温层下金属腐蚀是个涉及诸多因素的综合问题, 设计人员很难进行全面系统考虑, 尤其是某一因素变化后引起的连锁反应。我们在编写程序时, 将连锁反应考虑在内, 把大量判断标准、经验写入程序, 就能避免人的不稳定因素, 全面有效的制定工作方案。

  (3) 开展保温工作前, 要仔细研究设备的材质和结构。如果设备的金属材质对腐蚀的耐受性较差, 就要根据其特点选择合适的防腐材料、绝热材料和防潮层材料, 阻绝设备与空气中水分的接触, 减缓保温层下金属的腐蚀速度。在给设备安装保温层前, 要仔细研究设备的结构, 保证所加保温层不影响设备后期检修;保温层尽量做成整体式, 防止水、空气和污染物从开口部分侵入保温层, 避免设备腐蚀。还要避免保温层被某些部件刺穿, 因为部件根部容易出现水分聚集, 如果必须刺穿保温层, 则需要对其根部做特殊防水处理。

  (4) 金属设备在加装保温层前, 应该根据自身特点选择合适的漆膜保护。根据前面电化学腐蚀方程式可知, 保温层下金属腐蚀主要是由电化学腐蚀造成的。这种腐蚀的根本原因就是铁原子丢失电子, 继续与水、氧气等进行反应。在选择漆膜保护方案时, 可采用阴极保护和物理隔断相结合的方法进行防腐涂料保护, 具体方法是通过底漆、中间漆、面漆三道漆膜对金属表面进行隔离保护。具有阴极保护功能的油漆主要是无机富锌漆和环氧富锌漆, 具有物理隔断功能的油漆主要有环氧防腐漆和聚氨酯, 在具体施工时, 工作人员可以根据设备具体的工作环境进行选择。如果金属表面湿度很大, 采用物理隔断的方法对金属进行保护效果较好, 但是聚氨酯的造价较高, 也不适用于设备粗糙多孔的表面。采用富锌漆经济性较好, 施工条件要求不高, 但是富锌漆中锌粉含量必须达到70%以上, 否则无法达到阴极保护的作用, 并且这种漆在高温设备上会融化失效。选用涂料时, 还要考虑金属的材质, 碳钢和不锈钢的漆膜选用标准不同。含溶解性氯化物的油漆不能用在不锈钢上。碳钢设备在涂装油漆前要对表面进行处理, 表面处理等级一般要达到Sa3.0级, 最低也要达到Sa2.5级。因为表面处理的好坏, 直接影响后续防腐工作的效果。

  (5) 选择合理的保温材料。对于不锈钢设备, 例如奥氏体不锈钢, 就不可以选用氯化物超标的保温材料, 否则很容易造成腐蚀。在工程中, 各种防腐材料有不同的适用范围, 要合理进行选择, 使其不但满足保温需要, 还能在隔水性, 经济性上有较好表现。例如在潮湿环境中, 选择泡沫橡塑就比石棉更能阻断水分, 从而减缓保温层下金属的腐蚀速度, 但泡沫橡塑工程造价比石棉贵。所以如何选择保温材料不但影响工程质量, 还影响工程造价等经济指标。

  (6) 应用金属腐蚀监测技术[4], 对保温层下金属腐蚀情况定期进行监测。监测人员在综合考虑保温材料种类、使用年限、涂层种类及寿命、设备运行环境等诸多因素后, 在关键点和重要部位设立监测点。通过预测、抽检、薄弱环节控制等手段, 有效监管整个炼化装置的设备腐蚀情况。

  (7) 研究并应用世界先进的防腐技术。在保证经济性的前提下, 为设备选择合理的防腐方式, 提高防腐效果。其中无机非金属防腐层、液态聚氨酯防腐涂料 (PU) 、纳米改性材料涂层[5]就是市场应用前景很好的新技术。例如某些运送高腐蚀性液体 (如浓硫酸) 的管线, 就可以在管线内部使用搪瓷涂层 (属于无机非金属防腐层) , 外层使用PU涂层, 防止腐蚀性液体泄漏后, 进入保温层, 与其中的水分、空气共同作用, 加速管线腐蚀, 造成严重安全事故。

  3 总结。

  保温层下金属腐蚀是各种金属腐蚀中, 不易发现且危害较大的一种腐蚀形式。金属材料被腐蚀后, 其强度、韧性等力学性质就会急剧下降, 造成设备损坏, 严重时会造成物料泄漏、着火爆炸等事故发生。我们应该使用先进的计算机技术, 建立设备防腐数据库, 将各种宝贵的数据和经验进行有效的知识管理, 将其变成实用的防腐工具;此外我们还应该建立保温层设计模型, 通过系统化工具, 对不同部位的不同腐蚀情况进行分类管理。在综合评定各种影响因素后, 选用最佳工作方案, 最大程度保障设备的“安稳长满优”运行。

  参考文献
  [1]胡安定.炼油化工设备腐蚀与防护案例[M].中国石化出版社, 2010.
  [2]王巍.石油化工设备防腐技术[M].化学工业出版社, 2010.
  [3]GB/T17393-2008覆盖奥氏体不锈钢用绝热材料规范[S].
  [4]郑丽群, 万泽贵, 高楠, 等.炼化装置腐蚀监测技术应用及进展[J].石油化工腐蚀与防护, 2012, 29 (2) .
  [5]李远利, 雍歧卫, 刘志.管道防腐涂层新发展[J].涂料工业, 2007, 37 (2) :55-57.
  [6]张文钟, 高嵩, 战风涛.环烷酸基咪唑啉类缓蚀剂的合成及缓蚀性能评价[J].广东化工, 2013 (14) :56-57.


  范文一:金属腐蚀与防护论文范文
  范文二:数值模拟在金属腐蚀与防护领域的应用研究现状
  范文三:炼化设备保温层下金属腐蚀分析与防护
  范文四:面向应用型人才的金属腐蚀与防护教学探讨
  范文五:金属腐蚀防护有机涂料的研究进展

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