 不锈钢材料具有独特的强度、 较高的耐磨性、优越的防腐蚀性能 及不易生锈等优良的特性，广泛应 用于化工、食品机械、机电行业。不 锈钢具有在含酸、碱、盐的介质中 耐腐蚀的能力，但其抗腐蚀能力的 大小是随其钢质本身化学组成和使 用条件而变化的。在干燥清洁的大 气中，有绝对优良的抗锈蚀能力， 但将它移到海洋环境，在含有大量 盐份的海雾中，不锈钢的耐蚀性就 大大减弱。因此，不是任何一种不 锈钢在任何环境下都能耐腐蚀不生 锈。正是由于不锈钢的诸多特性， 在石油开采设施设计中，针对处在 海洋环境下，操作温度较高的不锈 钢容器和管线，需要对其进行防腐 蚀保护，这在一些国外石油公司更 为普遍。 1 不锈钢的腐蚀 通常所说的不锈钢是不锈钢、 不锈耐酸钢及不锈耐热钢的总称。 具体来说，不锈钢是指在空气中能 抵抗腐蚀的钢，耐酸钢是指在某些 化学介质中能抵抗腐蚀的钢，而耐 热钢则是指在高温下抗氧化、抗蠕 变并耐一定介质腐蚀的钢。不锈钢 是靠其表面形成的一层极薄而坚固 细密的膜继续渗入、继续氧化，而 获得抗锈蚀的能力。一旦有某种原 因，这种薄膜遭到了不断地破坏， 空气或液体就会不断渗入或金属中 铁原子不断地析离出来，使钢体锈 不锈钢工艺管线外表面防腐蚀保护 杨媚媚刘忠斌吕建伟 （海洋石油工程股份有限公司建造公司，天津 300452） 摘要：从工程上来看，不锈钢材料不是在任何情况下都具有较好的耐蚀性，在一定条件下，可 能会出现点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀和晶间腐蚀等现象。由于不锈钢设备的破坏主要是由孔蚀和应 力腐蚀破裂所造成，因此对石油开采设施寻求合理、经济、有效的防腐蚀措施，一直是各国研究的 对象。为了避免高温操作条件下，氯离子对不锈钢管线表面造成腐蚀，本工程项目中对其选用了喷 涂覆盖层的防腐措施。 蚀。一种不锈钢可在许多介质中具 有良好的耐蚀性，但在另外某种介 质中，却可能因化学稳定性低而发 生腐蚀，在一定条件下，可能会出 现点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀和晶 间腐蚀等现象。 2 不锈钢管线外表面防腐蚀 保护的方法 2.1 酸洗与钝化 金属经氧化性介质处理后，其 腐蚀速度比原来未处理前有显著下 降的现象称金属的钝化。其钝化机 理主要可用薄膜理论来解释，即认 为钝化是由于金属与氧化性介质作 用，作用时在金属表面生成一种非 常薄的、致密的、覆盖性能良好的、 能牢固地附在金属表面上的钝化 膜。这层膜成独立相存在，通常是 氧和金属的化合物。它起着把金属 与腐蚀介质完全隔开的作用，防止 金属与腐蚀介质直接接触，从而使 金属基本停止溶解。 不锈钢钝化通常先要进行彻底 清洗，包括碱洗和酸洗，再用氧化 剂钝化，才能保证钝化膜的完整性 与稳定性。酸洗的目的之一是为钝 化处理创造条件，保证形成优质的 钝化膜。因为通过酸洗使不锈钢表 面平均有10μm厚一层表面被腐蚀 掉，酸液的化学活性使得缺陷部位 的溶解率比表面上其它部位高，因 此酸洗可使整个表面趋于均匀平 衡，一些原来容易造成腐蚀的隐患 被清除掉了。在酸洗钝化过程中要 控制酸的浓度、温度与接触时间， 应注意避免过酸洗，一般来说，提 高酸洗温度会加速与改善清洗作 用，但也可能增加表面污染或损坏 的危险。对初步冲洗用水可采用工 业水，但对最终清洗用水要求严格 控制卤化物含量。通常采用去离子 水，控制Cl-含量不超过25mg/L。Cl- 含量超标，会破坏不锈钢的钝化 膜，它是点蚀、缝隙腐蚀、应力腐 蚀破裂等的根源。 2.2 覆盖层保护 2.2.1 热喷金属覆盖层 热喷油加工技术是指通过火焰、电 弧或等离子体等热源，将某种线状 和粉末状的材料加热至熔融或半熔 融状态，并将加速形成的熔滴高速 喷向基体，形成涂层的一种技术。 涂层具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温 和隔热等优良性能，并能对磨损、 腐蚀或加工超差引起的零件尺寸减 小进行修复。 用于钢结构长效防腐蚀的热喷 涂材料主要有Zn、Al及锌铝合金涂 层。它们对钢结构的保护作用有两 个，一是隔离腐蚀介质对钢铁的腐 蚀，二是通过金属涂层自身的牺牲 起到阴极保护作用。封闭涂层渗透 到金属热喷油加工涂层孔隙里面，对喷 涂层起到隔离和平整作用，大大提 高了涂层的耐腐蚀寿命。Zn是热喷 涂防腐蚀技术中使用最早且使用最 多的涂层材料。目前，在大气和淡 水环境下服役钢结构的腐蚀防护仍 以热喷油加工锌涂层为首选办法。在海 洋环境中，铝涂层的保护作用优于 锌涂层。 2.2.2 涂料覆盖层 涂料在所有保护性涂层中，历 史最悠久、应用最广泛，施工简便， 易于现场维修，特别适合于面积 大、结构复杂的钢结构和设备。 防腐蚀涂料在被涂物底材表 面干燥固化后形成涂层，它的保 护作用主要有以下三种：一是屏 蔽作用，漆膜阻止了腐蚀介质和 材料表面的接触，隔断腐蚀电池 的通路，增大了电阻；二是缓蚀作 用，漆膜中的某些化学防锈颜料， 或其与成膜物或水分的反应产物， 对钢铁底材可以起缓蚀作用，包 括钝化；三是阴极保护作用，在涂 层中加入对钢铁底材能成为牺牲 阳极的金属颜料，其用量又足以 使金属颜料间与钢材表面之间达 到电接触程度，便能使钢铁免受 腐蚀。 3 不锈钢管线表面处理 在我公司承接的M O D E C PYRENEES项目中，对部分不锈钢 管线外表面进行了覆盖防腐层的处 理。在进行防腐覆盖层施工前，按 要求需对底材表面进行喷砂处理。 喷砂的作用很多，它可以去除不锈 钢铸件、锻件或热处理后表面存在 的氧化皮，同时也可以去除表面的 锈蚀物、焊渣等杂物，也可以去处 构件的边缘毛刺，管线部分轻微方 向性划痕。喷砂也可以提高不锈钢 零件表面粗糙度，从而提高覆盖层 与底材的附着力。 不锈钢喷砂前必须先除油，然 后晾干，避免影响涂层质量，然后根 据管线的壁厚选择合适的砂粒和气 压。对于不锈钢，喷砂用的磨料需为 非金属质，包括石英砂、石榴石、氧 化铝等。其中，石榴石和氧化铝是比 较理想的喷砂磨料，具有硬度高，耐 海洋石油 Offshore Oil 全面腐蚀控制 第24 卷第3 期 2010 年3 月31 高温，化学性能稳定，颗粒均匀，磨 削效率高，无划伤等特点，本工程采 用的喷砂磨料为氧化铝，涂料保护 的管线表面喷砂等级为SSPC-SP 10， 粗糙度要求达50～100μm；热喷铝 保护的表面喷砂等级为SSPC-SP 5， 粗糙度为75～125μm。 不锈钢管线与碳钢的喷砂施工 应严格分开，避免磨料混杂，应对 处理完毕的不锈钢进行严格的保 护，避免二次污染。 4 防腐层保护 本工程中，设施的服役环境为 潮湿海洋环境，大气中氯离子含量 较高，大部分不锈钢管线外表面的 防腐涂层采用有机涂料，部分介质 温度较高的管线采用热喷铝防腐 层。具体防腐方法见表1。 因不锈钢的应力腐蚀开裂多发 生在70～250℃的中性氯化物水溶 液中，而大部分管线操作温度都超 出摄氏100℃，所以在防腐涂层选 择中应用了酚醛环氧树脂涂料，酚 醛环氧树脂有优异的耐热水、耐介 质，特别是耐小分子介质的渗透性 能，适用于湿度大温度高的湿热环 境，酚醛环氧树脂具有良好的抗渗 屏蔽作用，可以降低漆膜的透水性 和透气性，抵抗水、氧、氯离子等 腐蚀介质的侵蚀。由于环氧涂料的 耐温范围有限，对更高操作温度管 线的防腐涂层采用热喷铝涂层，这 样，既提高了涂层的耐腐蚀寿命又 满足了温度要求。 5 结论 不锈钢材料具有独特的强度、 较高的耐磨性、优越的防腐性能及 不易生锈等优良的特性，而许多不 锈钢容器、管道、阀门、泵等，因 与各种腐蚀性介质接触遭受腐蚀而 报废，所以在石油开采过程中对其 设施要寻求合理、经济、有效的防 腐蚀措施。 不锈钢设备表面的钝化处理是 一种常用的防腐蚀方法，但在含氯 离子较高的海洋环境中，氯离子氧 化电势能较大，使不锈钢表面钝化 层容易被破坏。为了避免高温操作 条件下氯离子对不锈钢管线表面造 成腐蚀，工程中对其选用了涂酚醛 环氧涂料和热喷铝涂装两种不同的 防腐措施，效果很好。但在施工中 应特别注意不锈钢的表面处理，使 用非金属磨料，且要保护处理过的 表面免受二次污染。 参考文献 [1] 路永力, 王惠辰. 不锈钢的腐蚀现象及影 响因素［J］, 中国科技信息, 2005.5:11. [2] 王新喜, 邢福祥, 杨庆平. 不锈钢设备的酸 洗钝化技术［J］, 舰船科学技术, 2008.12: 192~195. [3] 王健, 刘会成, 刘心. 防腐蚀涂料与涂装工 ［M］, 化学工业出版社, 2006.4:5~6. [4] 袁涛, 贺定勇, 蒋建敏. 钢结构热喷油加工长效 防腐蚀技术的研究与发展［J］, 腐蚀与防 护, 2008.4:207~210. 海洋石油 Offshore Oil 表1 不锈钢管线外表面的防腐方法 材质操作温度保温条件保护方法 奥氏体不锈钢60～100- 不保温 三道酚醛环氧树脂涂料，每道涂层膜厚为 双相不锈钢100～200℃ 80～120μm，总膜厚240～360μm 奥氏体不锈钢＞ 100℃ 不保温热喷铝涂层200～250μm+ 封闭漆50μm 双相不锈钢＞ 200℃ 奥氏体不锈钢全部 保温 双相不锈钢全部 |
