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金屬護套在保溫層下腐蝕中的作用

2018-06-21 10:44:39 作者： Vince 來源：腐蝕與防護分享至：

迄今為止，腐蝕一直是石油和天然氣等行業(yè)中需要面臨的最嚴峻問題之一。僅僅因為管道中的腐蝕問題，全球每年都會遭受大量的經(jīng)濟損失。

花在腐蝕方面的錢主要包括以下幾個方面：

1、更換腐蝕部件的成本；

2、停機成本；

3、生產(chǎn)損失；

4、維護成本；

5、因腐蝕問題導致的一些致命性重大事故等。

保溫層下腐蝕的危害：

保溫層下腐蝕（Corrosion Under Insulation，簡稱CUI）是指發(fā)生在包裹保溫材料的管道或設備外表面上的一種腐蝕現(xiàn)象。一般是由于冷凝水分或雨水進入到保溫系統(tǒng)而導致管道或設備外表面的局部腐蝕。當保溫系統(tǒng)下面存在濕氣時，由碳錳，低合金和奧氏體不銹鋼等材料制成的管道極易發(fā)生電化，點蝕，應力開裂和縫隙腐蝕。由于腐蝕表面被保溫層覆蓋，所以保溫層下腐蝕一般很難被檢測到。

只有當保溫層被剝離開以檢查CUI引起的一些跡象時才能檢測到，否則只有等到保溫效率的突然喪失或泄漏才會引起注意，但這時候已經(jīng)晚了，對管道和設備已經(jīng)造成了難以挽回的損失。甚至在一些極端的情況下，直到管道或設備失效并導致事故發(fā)生，保溫層下腐蝕現(xiàn)象才被檢測到。

CUI是石油和天然氣行業(yè)發(fā)生事故的主要原因之一。自1984年以來，在eMars數(shù)據(jù)庫（在線重大事故報告系統(tǒng)）向歐盟國家報告的137起重大石油和天然氣事故中，超過20%與腐蝕現(xiàn)象有關。

CUI會導致有害物質無控釋放，引起組件損壞，并降低設備的可靠性和性能，最終導致完全失效。CUI相關事故能引起巨大的破壞性后果，對人類生命和當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)造成重大風險，并導致工廠設備嚴重損壞，進而引起工廠停工等。這些事故都會造成巨大的經(jīng)濟損失。僅在美國，腐蝕每年都會“貢獻”大約37億美元的經(jīng)濟損失。

保溫層下腐蝕機理：

雨水和凝結水分會通過一些薄弱環(huán)節(jié)進入到保溫層系統(tǒng)中，例如重疊部位，設備蓋，破裂外殼，螺絲釘和鉚釘孔和其他一些保溫不良區(qū)域處的密封膠等。

保溫層的設計是用于防止潮氣進入到該系統(tǒng)中，然而這也意味著進入到系統(tǒng)中的任何濕氣都將被困在保溫層的范圍內(nèi)并且無法逸散出去。隨著時間的推移，這會導致內(nèi)部水分濃度的不斷增加。保溫層系統(tǒng)中的水分對保溫材料的熱性能有顯著的影響，同時也為腐蝕性反應創(chuàng)造了理想的條件。絕大多數(shù)保溫材料都含有一些腐蝕性物質，如氯化物和二氧化硫（SO2），它們會在潮濕環(huán)境中起到催化劑作用并增加腐蝕速率。

CUI的大多數(shù)情況都是由于保溫材料間組合不當造成的。因此，在設計階段必須認真考慮材料選擇問題以防止發(fā)生保溫層下腐蝕現(xiàn)象。理想的保溫層系統(tǒng)的設計和作用必須能夠防止任何濕氣進入到保溫系統(tǒng)中。

縫隙腐蝕/點腐蝕，電偶腐蝕和應力集中裂紋腐蝕是最常見的幾種腐蝕機理，當水進入到系統(tǒng)時會導致不銹鋼部件因保溫層腐蝕而發(fā)生破壞。

圖1 90度彎曲的部位

圖2 帶有端蓋的典型絕緣系統(tǒng)

一些可用于防止保溫層下腐蝕的建議：

1.選擇適當?shù)谋貙硬牧希?/span>

2.正確的裝備設計；

3.使用合適的防護油漆和涂料；

4.使用天氣屏障；

5采取正確的維護做法；

現(xiàn)在，市場上已經(jīng)有了很多類型的保護層護套，其中大多數(shù)將在本文下面部分討論到。

金屬護套：

金屬護套是石油和天然氣行業(yè)中最流行的一種保護系統(tǒng)，并且在世界各地的大多數(shù)項目中都被使用到。

金屬護套會纏繞在管道周圍并重疊，通過硅酮基密封劑對其進行密封并使用金屬帶和其他輔助產(chǎn)品進行固定。作為抵御各種天氣條件、熱應力和機械作用的第一道防線，必須選用合適的材料和固定系統(tǒng)以盡量減少保溫層下腐蝕現(xiàn)象。

鋁金屬護套：

鋁金屬是使用最廣泛的金屬護套材料，因為其密度低（2.7 g/cm3），并且具有優(yōu)異的成型性和高度耐腐蝕性。優(yōu)異的成型性使其可以基于特定的應用被制造成所需要的幾何形狀。

通過一些表面處理還可以為這些材料提供額外的機械強度，并隱藏在平面薄片上可見的一些細微瑕疵。然而，表面處理可能會帶來一些表面污染物，從而導致護套被腐蝕。

鋁的主要缺點是熔點低。鋁的熔點大約為660°C（1220°F），因此它在火災風險高的場所中并非首選。對于這類場所，不銹鋼金屬護套可以作為人們的第一選擇，因為它的熔化溫度高于1400°C（2552°F），可以有效延遲火勢的蔓延。

316不銹鋼金屬護套：

密度大約只有7.8 g/cm3的不銹鋼材料可以提供更強的機械侵蝕抵抗能力，同時具有出色的耐腐蝕性。

耐點蝕當量數(shù)（PREN）是評估不銹鋼牌號的相對耐點蝕性的一種常用方法，通常采用以下公式進行計算：

牌號為316的不銹鋼材料PREN值為28.5，高于大多數(shù)不銹鋼牌號。由于其優(yōu)異的機械性能，不銹鋼還具有良好的耐應力腐蝕開裂（SCC）性能。這些特性使得不銹鋼可以用于大多數(shù)腐蝕性環(huán)境，例如化學和海洋環(huán)境等。

鋁和鋅涂層護套：

鍍鋁，鋅和硅的鋼護套可以作為不銹鋼金屬護套的替代品，該護套經(jīng)濟成本更低，而且還具有良好的耐腐蝕性和機械性能。

但這種材料并不是阻燃應用的理想選擇。這是因為鍍鋅鋼護套上的鋅涂層在416°C（781°F）時會熔化，并在550°C（1022°F）時發(fā)生霧化。

熔融鋅在不銹鋼中的擴散會導致液態(tài)金屬脆化現(xiàn)象（LME）。擴散程度取決于溫度和鋅暴露的持續(xù)時間。這會導致不銹鋼以指數(shù)速率發(fā)生腐蝕。

涂有涂層的金屬護套：

在金屬護套上使用涂層可以改善其在耐腐蝕性，熱輻射和隔音方面的性能。

一般在金屬護套的下側涂覆涂層，金屬材料的下側防潮層和上側涂有涂料系統(tǒng)，可以改善上表面的發(fā)射率，有助于減輕外殼下側的腐蝕。

此外，這種金屬護套還可以降低表面溫度以及護套外表面和管道之間的溫度梯度，從而使熱通量最小化，這有助于減少所需保溫材料的數(shù)量。

防潮層：

防潮層一般是3層聚乙烯涂層，其通常位于金屬的下層，以防止與下面的保溫層和濕氣接觸。

通過減小護套和管道之間發(fā)生電解作用的可能性，防潮層有助于防止電化學腐蝕。

涂氟聚合物：

含氟聚合物涂層通常用于頂部表面。這是因為含氟聚合物是最穩(wěn)定的涂料體系之一。

此外，含氟聚合物與其他涂料體系相比表現(xiàn)出較高的表面發(fā)射率。與裸金屬相比，這有助于增強熱輻射并確保管道的表面溫度更低，更安全。這也減少了流體和外表面之間的熱梯度，降低了熱流率。含氟聚合物還表現(xiàn)出了高的抗紫外線性能，高發(fā)射率和良好的疏水性等。

噪音隔離：

對于一些隔音應用，可以使用高密度阻隔層來代替防潮層。鍵合到金屬上的高密度隔音層能將聲音分貝保持在人員可接受的安全限制內(nèi)，此外，還可以在金屬外殼的下側表現(xiàn)出厚防潮層的作用。乙烯基樹脂是用于此應用的最常見的材料。

一些配件材料：

保溫層配件主要包括將保溫材料和護套固定到位的緊固件和密封劑等。這些配件在防止水分侵入到保溫系統(tǒng)中以減輕CUI風險方面發(fā)揮著重要作用。配件故障往往會導致整個保溫系統(tǒng)的失效，因為它會讓水分進入系統(tǒng)。

在圓形管段上，金屬被纏繞在保溫體上，然后用金屬帶固定。但是，在用于絕緣閥門，法蘭和設備的隔熱箱上，使用綁帶是不現(xiàn)實的。因此，通常還會使用螺絲和鉚釘來固定這些護套。

圖3 典型閥箱的布置

通過在金屬板上鉆一個孔來安裝螺釘和鉚釘，這顯然會為濕氣進入保溫系統(tǒng)提供一個良好通道。因此，螺絲和鉚釘應安裝一個防水墊圈上，以防止任何濕氣通過這些孔進入到系統(tǒng)中。

與安裝螺釘相關的另一個問題是，當將螺釘鉆入板中時，需要用到鉆頭進行鉆孔并用碳鋼螺釘攻絲。在雨水和冷凝水存在的情況下，這為腐蝕創(chuàng)造了理想的條件，并會導致螺絲頭腐蝕和脫落，這可能將引起保溫系統(tǒng)的整體失效。

但是，這可以通過使用優(yōu)質不銹鋼制造螺釘來防止。雙相不銹鋼級318L可以成為可行的選擇，因為它比電鍍系列中的316不銹鋼質量更好，它的耐點蝕當量值（PRE值）約為32，是316不銹鋼的3倍。更高的硬度還消除了用碳鋼螺釘攻絲的要求，并且還可以防止螺紋損壞。高的PRE值可防止螺釘被腐蝕，從而顯著提高系統(tǒng)的預期使用壽命。

圖4 耐點蝕當量數(shù)值PRE

總結：

目前，并沒有標準的方法來防止保溫層下腐蝕現(xiàn)象，只有一系列的最佳實踐做法。正確使用保溫層材料可以適當減輕CUI的風險。為了盡可能防止腐蝕損壞，應該注意系統(tǒng)中所有可以被注意到的細節(jié)部分，包括固定系統(tǒng)（綁帶，螺釘和鉚釘）等，以便能夠創(chuàng)建出一個CUI風險最小的保溫層系統(tǒng)。像這樣的系統(tǒng)是可以創(chuàng)建的，但是，請記住，這需要你及時關注保溫層系統(tǒng)中的每個部件以及每個細節(jié)。

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責任編輯：韓鑫