配酸站的设备及框架结构腐蚀与防护
内容提要：通过对配酸站盐酸、氢氟酸及土酸对金属及非金属设备及框架的腐
蚀分析，对不同的腐蚀情况采用不同的防护方法，收到了很好的效果。
主 题 词：设备框架 腐蚀 分析 防护 施工
1．概况 某油田井下作业公司的砂酸选配厂配酸站的设备是常年储存31%浓度的盐酸与30%浓度氢腐酸的，同时还储存盐酸与氢腐酸按7:3的比例配成混酸溶液（叫做土酸）。分配给各作业队在压裂施工井前酸化预处理使用。由于设备与金属、非金属的框架长期在酸气的环境中使用，使它们腐蚀很厉害。虽然有防护措施但是原防护层耐腐蚀性不好，过早的老化已失去作用。主要表现为金属结构和框架露出的金属表面腐蚀比较厉害，锈蚀产物很厚，个别的结构出现断裂与变形。出现不安全的因素。混凝土结构与框架表面水泥的钙化层破坏严重，水泥表面出现中性与酸性化，表面粉化脱落。个别的地方已经露出钢筋。原有的环氧玻璃钢防腐层表面脆化、老化、粉化、起层、失去防护作用。2．腐蚀原因分析 2．1金属表面的腐蚀 因为在生产过程中卸车与装车过程中是敞开进行的，所以在工作过程中有较多的氯化氢与氟化氢气体的产生，污染了工作环境。当环境温度降低时，空气中的气体冷凝成液体时，便形成了盐酸与氢腐酸。因为它们对金属有较大的腐蚀。即使设备及框架在没有水分的纯氯化氢与氟化氢中，由于它们能牢固地附在金属表面上，当气体温度降低后，空气中的水分会在金属表面凝结导致盐酸与氢腐酸的形成。盐酸与氢腐酸可以强烈地与各种金属、金属氧化物和氢氧化物作用，分别形成金属氯（氟）化物、或水。另外，在大气中由于氯化氢与氟化氢气体的存在，常常会破坏金属表面保护膜的致密性，可以起到催化剂的作用，加速金属表面的腐蚀。正是由于这些设备与金属框架长期在这些大气条件下使用，容易在金属表面所形成水膜。水膜中总是含有溶解的酸，所形成的电解液构成了对金属的电化学腐蚀。金属在大气中或极薄的液膜中的腐蚀属于氧去极化腐蚀。生成的铁锈还会影响大气腐蚀的电极反应。伊文思认为，金属（铁和钢）的锈层处在湿润的条件下，当氧的通路被限制时，它可以作为氧化剂，即发生阴极去极化反应： 4Fe2O3+ Fe2+=3 Fe3O4
而当锈层干燥时，是透气的，具有磁性的，黑色的Fe3O4又被渗入锈层的氧化变成Fe2O3 ，即：3 Fe3O4 + 0.75 O2 = 4.5 Fe2O3
可见，在干湿交替的条件下，带有锈层的金属表面，能加速腐蚀的进行。 2．2 混凝土腐蚀原因分析 从现场混凝土的框架和装车的地坪腐蚀现象和程度看，其腐蚀原因为：混凝土是由水泥、粗骨料、细骨料和水等配制而成的。在组合材料中，水泥石中的Ca（OH ）2是混凝土中最易受腐蚀的部分。在酸性物质腐蚀作用时产生水溶性的反应物，则凝结的水泥就从表面开始溶解，发生溶解性腐蚀。腐蚀时在凝结水泥内部产生大量几乎不能溶解的反应产物，使体积发生膨胀，混凝土内部产生应力，从而导致混凝土膨胀性腐蚀。酸性气体侵入混凝土中，与水泥中的游离的Ca（OH ）2作用生成盐类，继而又能与水化铝酸钙作用生产水化盐类，使其体积比原化合物的体积大得多，引起混凝土的膨胀和破坏。另外，在混凝土中，由于水泥石的Ca（OH ）2溶液浓度的下降（即降低了混凝土的碱性），使钢筋保护膜破坏，引起钢筋锈蚀。钢筋锈蚀后，体积膨胀，会从内部对混凝土保护层产生向外的破坏应力，使保护层鼓泡、脱落、粉化。 2．3原防腐层的破坏 原设备及钢结构的外表面均是采用环氧玻璃钢进行防腐的，但是从现场玻璃钢大部分已经脆化、起层、局部脱落起不到防腐作用。其主要是由于采用的环氧玻璃钢防腐层，该防护层由环氧树脂组成，由于环氧树脂中含有醚键，漆膜经日光紫外线照射后易降解断链。所以该材料不能用在户外，防腐涂层容易失去光泽，粉化、脆化。在使用的现场防腐层的损坏证实了这一点。另外，对于金属的支撑立柱、横梁等，由于现场采用做环氧玻璃钢的方法，由于施工条件的限制表面棱角比较多，玻璃钢成型比较困难，表面有比较多的气孔。也是导致金属腐蚀的主要原因之一。如现场防雨棚的立柱是采用环氧玻璃钢封闭的方法，由于防腐层的透气性，导致酸气或酸水的进入，使金属表面腐蚀严重。所产生的锈蚀产物的体积比原先要大几倍甚至十几倍，所产生的膨胀应力把原防腐的玻璃钢层破坏了。有很大一部分的玻璃钢层沿着支撑立柱的轴线开裂，早已起不到防腐作用了，造成个别立柱变形。3．防腐材料选择依据 3．1防腐涂层选择 原采用环氧系列涂料从分子结构上看，抗老化不好，使用寿命短。所以说，如何选择一种涂料既有环氧涂料的耐腐蚀性能又有较好的抗老化性能，这是首先要解决的问题。 通过对我国防腐涂料的筛选，采用了高耐侯防腐专用涂料。因为该材料的强度、硬度、附着力、保光性、抗老化性、耐蚀性优于一般的氯磺化聚乙烯涂料和其它的油性防腐涂料。其该材料主要是由有机物、聚胺脂植物油酸加成物、氯磺化聚乙烯树脂、高档制漆助剂等调配而成。原因如下：高耐候涂料主要是由氯磺化聚乙烯树脂里加入一定量的环氧树脂。即：在以粘合剂的基础上，先合成带活性官能团的橡胶。这样在这两种成膜物质的作用下，其做成的涂料性能改变了许多。环氧树脂作为氯磺化聚乙烯的交联剂的交联作用机理如下：环氧树脂的大分子两端各有一个环氧基，它能与氯磺化聚乙烯大分子的氯磺酰基产生分子内的交联，使聚合物形成体型结构。 这样在常温下加入复合型固化剂及各种功能性添加剂，涂刷在物体表面，使其进行化学反应，常温固化网状高分子结构材料，在其结构中既有树脂链又有橡胶链段，固化后的漆膜介于树脂与橡胶材料之间，该材料的强度和粘合力比氯磺化聚乙烯涂料提高许多。 以环氧树脂、氯磺化聚乙烯树脂与其它材料加成反应的涂料，再耐水、耐热、耐化学品、单组分储存稳定性、交联速度、色稳定性、着色能力、耐污染、清漆成膜透明、涂料生产中易分散十个方面，与其它交联体系的涂料相比，显示了明显的优越性。是国外公认十项技术总积分最高的交联剂型氯磺化聚乙烯涂料。通过实际应用与生产明确显示了卓越的性能。 3.2 耐蚀地坪选择 由于装车的地面原是混凝土的，经常受土酸的腐蚀，地面粉化、强度下降。选用了花岗岩石块做地坪。因为花岗岩有如下良好的性能： ①花岗岩石成份中含有耐腐蚀性强的SiO270%以上，在酸碱介质环境中具有良好的耐蚀稳定性。 ②具有良好的机械强度（抗压1000-1600Kg/cm2），吸水率低，耐腐蚀性好。 ③质地坚硬，抗渗性好。 能根据需要，制成的块材面积大，在砌筑中可减少接缝，缩小灰缝渗漏因素。 4.防腐效果 对该配酸站进行了防腐施工，其情况如下： 4.1金属（非金属）外表面采用高耐候涂料 该材料经过2年多使用外观检查，涂层光滑平整、颜色一致、无针孔、气泡及剥落等缺陷。同时对于混凝土采用环氧玻璃钢与高耐候涂料复合使用，即保证了基体有一定的强度，同时提高了外表面的防腐蚀的能力。 4.2地坪采用花岗岩情况 地坪采用花岗岩铺成，没有发现任何腐蚀迹象。采用环氧胶泥做砂浆砌筑，灰缝强度很好，没有发现粉化迹象。5.防腐结构设计与施工 根据现场原设备及框架结构的腐蚀及使用情况，对不同结构不同部位采用不同的防护方法，情况如下： 5.1金属防腐层的设计与施工对于支撑构件、平台、护拦、踏步采用涂料防腐的方法。施工工艺为：底面处理—两道底漆—中间漆一道—两道面漆。底面处理：采用机械喷砂处理，达到国家级标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB8923-88中Sa2.5级，即要达到“钢材表面应无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层附着物，表面应显示均匀的金属光泽，并用吸尘器、干燥洁净的压缩空气或刷子清除粉尘。表面无任何残留物，并有一定的粗糙度。这主要考虑该环境条件酸性气氛大介质渗透大的腐蚀特点，对于金属表面处理要求比较严格，这样可以获得涂料层与金属表面附着很好的表面，提高其金属表面的附着能力。底漆两道：底面处理完后检查合格，涂刷两道高耐厚外防腐专用底漆，该漆由双组分构成，每道漆涂刷固化时间为24小时。第二遍底漆固化24小时后，涂刷一道高耐厚外防腐专用中间漆，颜色为浅灰色。中间漆固化24小时后，涂刷两道高耐厚外防腐专用漆，第一道为豆绿色，第二道为梁、柱、支承、铺板、踏板为苹果绿色。栏杆、护拦、扶手为天酞蓝色。每道漆的颜色不一样主要是在施工中避免漏刷保证质量。 5.2设备表面层设计（混凝土表面防腐层设计）与施工因两台盐酸罐及部分框架结构为混凝土的，一般混凝土在防腐时，不但要考虑防腐层的设计还要考虑其表面要有一定的强度。所以对这些部位设计的施工工艺如下：底面处理—一道底漆—一道腻子—做五层布的玻璃钢—两道面漆—三道封闭漆。 底面处理：清除混凝土表面的开裂的玻璃钢层及粉化层、油污及粉尘。表面要呈现出混凝土的硬化层。 一道底漆：底面处理完后检查合格，涂刷一道E44环氧树脂。 一道腻子：底漆固化24小时后，涂刮一层E44环氧腻子。主要是把要做玻璃钢的表面凹坑抹平。 五层布的玻璃钢：腻子固化24小时后，用砂纸打磨腻子表面。做五层布的玻璃钢，玻璃钢采用连续施工的方法。即涂刷一道玻璃钢底胶--铺一层玻璃布—刷粘接剂--铺一层玻璃布—直到五层为止。要求布与布之间的搭接宽度为50厘米。玻璃钢的材料为E44环氧树脂漆。玻璃布的规格为0.2毫米厚，三无（无碱、无蜡、无捻），经纬度为12×12根/厘米或12×10根/厘米。两道面漆：当做完的玻璃钢固化48小时后，涂刷两道面漆。材料为E44环氧树脂，每道漆固化24小时。三道封闭漆：面漆固化24小时后涂刷三道EPH高耐厚外防腐专用漆，底面颜色为浅灰色，第二道为中灰色，面漆为管道紫色或使用单位指定。 5.3装车地坪 因装车地坪是长期在汽车的重载核下工作，要求强度高，同时又要有很高的耐腐蚀性。所以设计及施工如下：混凝土地面—三层布的玻璃钢—做花岗岩耐蚀层。首先做200毫米厚的混凝土地面，然后做三层玻璃布的环氧玻璃钢的抗渗层，其材料为E-44环氧树脂。其具体做法为一道底漆—一道腻子—三层布的玻璃钢—一毫米厚的胶泥。最后采用花岗岩石砌块，选用500×500×100毫米（厚），用环氧胶泥做砂浆进行砌筑。 6.结论 通过一段时间的使用彻底解决了设备表面及框架表面的腐蚀问题，提高了使用寿命，有以下特点： 6.1采用高耐候防腐涂料 附着力好，耐酸气体好，涂层弹性、抗裂性好。耐大气老化及耐久性好，比原先使用的防腐涂层有明显的提高，耐酸性腐蚀好。 6.2地坪采用花岗岩 地坪采用花岗岩与环氧砂浆进行砌筑，用来解决混凝土地面的耐酸的腐蚀问题效果很好。
