評價絕熱材料對金屬腐蝕性能的方法分為直接測試方法和間接測試方法。直接測試方法是通過模擬實際使用過程中絕熱材料與金屬的相互作用,并通過一定方法加速其相互作用,來定性或定量衡量其對金屬腐蝕的能力。間接測試方法是通過測試絕熱材料的鹵素離子含量、浸出液pH值、吸濕性和吸水性等決定其對金屬腐蝕性的根本因素,來間接評價其對金屬腐蝕的能力。需要注意的是,金屬腐蝕一般發生在“水”或者“濕氣”存在的環境中,尤其在常溫和低溫等水汽容易聚集的條件下,更容易造成金屬腐蝕。
直接測試方法
1、定性評價絕熱材料對鋼銅鋁的腐蝕。相關檢測標準:GB/T 11835-2016《絕熱用巖棉、礦渣棉及其制品》附錄F,ASTM C665-12。此兩種方法利用對照樣本來定性測量材料或制品對特定金屬(鋼、銅、鋁)的腐蝕性。通過在樣品中夾入鋼、銅、鋁等金屬試板,在參照樣之間亦夾入相同的金屬試板,將兩者同時放置于高溫高濕的試驗箱中,并保持一定的試驗周期(鋼的腐蝕為96hr,銅和鋁的腐蝕為28d)。以參照樣內夾入的金屬試板為對照樣,比較夾入樣品中金屬試板的腐蝕程度,通過90%的置信度的秩和檢驗法確定驗收判據,從而定性判別材料對金屬的腐蝕性。以上方法在石油化工、工業管道絕熱等行業規范中被廣泛引用。
2、定性評價絕熱材料對奧氏體不銹鋼的外應力腐蝕開裂。相關檢測標準:GB/T 17393-2008《覆蓋奧氏體不銹鋼用絕熱材料規范》、GB/T 25996-2010《絕熱材料對奧氏體不銹鋼外部應力腐蝕開裂的試驗方法》、ASTM C795-08、ASTM C692-13。這幾個標準所涉及的方法基本一致,針對不銹鋼中用途最為廣泛的奧氏體不銹鋼,評價在外應力存在的情況下,絕熱材料對其是否造成腐蝕性開裂的試驗方法。而所謂“外應力腐蝕性開裂”,指的是金屬在某些腐蝕環境和所受應力或殘余應力的綜合影響下可能發生的以裂紋形式出現的破壞,如下圖中被標記部分即出現了明顯的裂紋。試驗原理是持續使去離子水,通過絕熱材料試樣,到達有應力存在的304型奧氏體不銹鋼的熱表面,此過程進行28d。如果材料中有可溶出的氯、氟離子存在,將與水一起通過蒸發積聚在不銹鋼的熱表面上,氯等鹵素離子會參與電荷遷移,在局部形成原電池,破壞奧氏體結構(這種現象一般稱為“點蝕”)。尤其是在有外應力存在的情況下,“點蝕”造成的破壞將擴大,從而形成裂紋。以上方法在石油化工、工業管道絕熱等行業規范中被廣泛引用。
3、定量評價絕熱材料對金屬的腐蝕。相關檢測標準為:ASTM C1617。通過該方法可以得到樣品對金屬的質量腐蝕速率,即年腐蝕深度(MLCR,單位為微米每年,μm/y),通過與標準曲線中的MLCR對比,可以衡量出絕熱材料對金屬的腐蝕性能等級。
間接測試方法
絕熱材料造成金屬腐蝕的主要原因是其組成中的鹵素離子與金屬接觸造成“點蝕”,而當絕熱材料的吸水性(吸濕性)強的時候,會加劇金屬腐蝕。所以,可以通過測試絕熱材料可溶出離子的含量、浸出液pH值、吸水和吸濕性能,來間接評價其金屬腐蝕性。
1、測試絕熱材料可溶出離子含量和pH值。相關檢測標準:JC/T 618-2005《絕熱材料中可溶出氯化物、氟化物、硅酸鹽及鈉離子的化學分析方法》、ASTM C871,這兩種方法基本一致,適用于覆蓋奧氏體不銹鋼用絕熱材料溶出離子(Cl-、F-、SiO32-及Na+)的測定。其實驗過程為:將絕熱材料在去離子水中煮沸30min,使其中可能存在的離子溶于溶液中,通過化學分析方法測定溶液中離子含量和pH值。GB/T 17393《覆蓋奧氏體不銹鋼用絕熱材料規范》要求:pH值介于7.0-11.7之間(25℃),ASTM C795要求pH值≤12.5(25℃),可溶出離子的要求如表1。SH/T 3010-2013《石油化工設備和管道絕熱工程設計規范》中要求絕熱材料浸出液pH值≥8.0,可溶出氯離子含量符合GB/T 17393的規定(如表1)。GB 50264-2013《工業設備及管道絕熱工程設計規范》要求絕熱材料pH值7.0-11.0之間(25℃),可溶出離子含量符合GB/T 17393的規定。
2、測試絕熱材料吸濕性和吸水性。絕熱材料吸濕率的試樣方法為GB/T 5480.11-2008,是在50℃和95%相對濕度情況下經96hr處理后的質量或體積增加率,以%表示。吸水率測試方法為GB/T 5480.13-2008,是將樣品全浸在水下25mm或部分浸入水中,保持2h后的水分體積增加率。材料的短期吸水量按GB/T 30805進行,長期吸水量按GB/T 30807進行。
保溫層下的金屬腐蝕不止和保溫材料的性質有關,還和施工過程中的保溫工藝、保溫結構等有重要關系。因此要全面評價實際工況下絕熱材料對金屬的腐蝕情況,需要設計個性化的實驗方案。
GB/T 25996 《絕熱材料對奧氏體不銹鋼外部應力腐蝕開裂的試驗方法》和JC/T 618《絕熱材料中可溶出氯化物、氟化物、硅酸鹽及鈉離子的化學分析方法》兩個標準已經開始修訂。
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責任編輯:殷鵬飛
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