喬鵬(長江電力股份有限公司溪洛渡水力發(fā)電廠, 云南 永善 657300)

工業(yè)用金屬儲油罐的腐蝕分析及防護(hù)措施研究

喬鵬(長江電力股份有限公司溪洛渡水力發(fā)電廠, 云南 永善 657300)

大型混流式水輪機(jī)組三部導(dǎo)軸承及機(jī)械液壓系統(tǒng)通常以汽輪機(jī)油作為潤滑及傳動介質(zhì)，因此，汽輪機(jī)油的安全穩(wěn)定性將直接影響設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，作為汽輪機(jī)油的存儲容器，金屬儲油罐在日常運(yùn)行及維護(hù)過程當(dāng)中，常發(fā)現(xiàn)有被腐蝕的狀況，存在安全隱患。本文就此問題，分析了金屬油罐發(fā)生腐蝕的機(jī)理，總結(jié)了幾種防腐蝕的措施，介紹了一種防腐蝕涂層刷涂的施工工藝，并提出了一種利用數(shù)值計(jì)算的方法來優(yōu)化陰極防護(hù)的方案。

金屬儲油罐;腐蝕;防護(hù)措施;施工工藝

腐蝕是金屬材料在應(yīng)用過程中不可忽視的問題。在沒有采取合理防腐措施的條件下，通常金屬儲油罐的使用壽命僅為5～10年，在各種復(fù)雜條件的相互疊加的情況下，金屬儲油罐很有可能被腐蝕穿孔，嚴(yán)重影響正常的生產(chǎn)，且存在較大的安全隱患[1]。對金屬儲油罐而言，只需要少量費(fèi)用來做合理的防腐蝕措施，就可以明顯的延長金屬儲油罐的使用壽命，同時(shí)又能夠?yàn)榘踩a(chǎn)提供適當(dāng)?shù)谋Ｕ?。本文就金屬儲油罐發(fā)生腐蝕的機(jī)理進(jìn)行總結(jié)，并提出了一種根據(jù)數(shù)值模擬法來優(yōu)化儲油罐陰極防護(hù)的方案。

1 金屬儲油罐的腐蝕原因分析

當(dāng)金屬在和水、空氣以及其他不利因素進(jìn)行充分的接觸后，會發(fā)生持續(xù)的氧化反應(yīng)，因而出現(xiàn)被腐蝕的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致金屬失去它原有的功能，從而不能正常使用[2～3]。根據(jù)腐蝕作用的機(jī)理，金屬儲油罐的腐蝕可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。

1.1 化學(xué)腐蝕

金屬與接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)而被氧化損耗的過程，反應(yīng)過程通常沒有電流產(chǎn)生，例如，化工廠里的氯氣與鐵反應(yīng)生成氯化亞鐵：

Cl2+Fe→FeCl2

1.2 電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕是日常生活中較為常見的現(xiàn)象。電化學(xué)腐蝕不同于化學(xué)腐蝕，電化學(xué)腐蝕反應(yīng)過程中會有電流產(chǎn)生。通俗來講，電化學(xué)腐蝕就是金屬和電解質(zhì)組成兩個(gè)電極，組成腐蝕原電池。例如鐵和氧氣，因?yàn)殍F的電極電位總比氧的電極電位低，所以鐵是負(fù)極，遭到腐蝕。發(fā)生電化學(xué)腐蝕的表象為發(fā)生氧腐蝕部位的表面會形成許多小鼓包，次層是黑色粉末狀潰瘍腐蝕坑陷[4]。

根據(jù)外界環(huán)境不同，電化學(xué)腐蝕也可以分為土壤腐蝕和大氣腐蝕。我廠所用的金屬儲油罐發(fā)生局部腐蝕現(xiàn)象大多是由大氣腐蝕所引起。由于地理原因，空氣濕度較大，會在金屬儲罐外部形成一層水膜，水膜中溶解了空氣中的氧氣而發(fā)生濃差腐蝕，這對于有涂層損傷和缺陷的儲油罐來說，腐蝕更加明顯，并且油罐外部的水膜中含有的一些物質(zhì)能夠增大水分中的電解質(zhì)濃度，電導(dǎo)度也隨之增加，由此加速了電化學(xué)腐蝕的速度[5～6]，如大氣中的二氧化硫(SO2),在氧氣以及金屬儲油罐表面水膜等因素的共同作用下形成腐蝕性較大的硫酸：

SO2+O2+H2O→H2SO4

在硫酸的持續(xù)作用下，金屬儲罐不斷被腐蝕。

在金屬被腐蝕的過程中，金屬本身的性能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)不斷被外界不利因素?fù)p壞，整個(gè)腐蝕過程包含兩種主要腐蝕類型[7]：

一種是局部腐蝕:局部腐蝕只是對金屬的表層部分腐蝕，不會對金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的危害；另一種是均勻腐蝕:均勻腐蝕不僅會對金屬表層部分產(chǎn)生腐蝕影響，其腐蝕過程還會貫穿金屬晶粒本體，影響到金屬內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和金屬性能，有較大危害。

2 金屬儲油罐防腐蝕措施

2.1 刷防腐涂層

為防止金屬腐蝕，可在金屬構(gòu)件表面涂上機(jī)油、凡士林、油漆或者覆蓋搪瓷、塑料等耐腐蝕的非金屬材料。也可以用電鍍、熱鍍、噴鍍等方法，在構(gòu)件表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬，如鋅、錫、鉻、鎳等，這些金屬會因氧化而形成一層致密的氧化物薄膜，從而阻止水、空氣等不利因素對金屬構(gòu)件的腐蝕。工業(yè)用儲油罐常用刷涂油漆的方法來預(yù)防腐蝕，油漆涂料的質(zhì)量、施工工藝、技術(shù)水平都是影響防腐質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

經(jīng)過比較、分析，發(fā)現(xiàn)采用“表面溶劑清洗-打磨除銹-防銹漆封閉”的防腐涂層刷涂工藝比較理想。

(1)表面清理。先用溶劑清除儲油罐表面的油脂和污物，再用電動工具徹底清除儲油罐外表面所有附著的舊漆膜、腐蝕層和其他雜質(zhì)，表面處理等級達(dá)到GB8923 St2.5級標(biāo)準(zhǔn)，除銹后表面粗糙度應(yīng)達(dá)到80～100μm。

(2)防銹漆涂刷。漆層的涂刷按照“環(huán)氧富鋅底漆-環(huán)氧云鐵中間漆-丙烯酸聚氨酯面漆”的順序進(jìn)行。為了得到較為理想的防護(hù)效果，施工過程中對各涂層的厚度以及涂層總厚度等工藝指標(biāo)均做出了相應(yīng)的要求，其中：①經(jīng)除銹后，鋼材表面應(yīng)盡快涂刷，一般應(yīng)在2h內(nèi)涂刷，任何情況下不允許出現(xiàn)再次氧化。②底漆干膜厚度≥80μm；中間漆干膜厚度≥100μm；面漆干膜厚度≥80μm；底漆、中間漆和面漆各刷涂兩道；涂層總厚度≥300μm。③每道涂層表面應(yīng)達(dá)到三級精度的標(biāo)準(zhǔn)：顏色一致，可見面無漏漆，無流掛，無觸目顆粒，無針孔，無褶皺，無氣泡。④當(dāng)構(gòu)件表面溫度低于大氣露點(diǎn)3℃，或相對濕度高于85%時(shí)，不應(yīng)進(jìn)行涂刷。⑤涂裝下一道油漆時(shí)，應(yīng)在上一道油漆完全干透后，經(jīng)質(zhì)檢人員檢驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行下一道涂刷。

2.2 電化學(xué)方法防腐

電化學(xué)方法防腐蝕主要利用原電池原理，消除引起金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原電池反應(yīng)，使金屬得到防護(hù)。通?？煞譃殛枠O防護(hù)和陰極防護(hù)兩大類，在工業(yè)金屬儲油罐防腐蝕中，常采用陰極防護(hù)技術(shù)。陰極防護(hù)是把被保護(hù)的金屬作為陰極，通過犧牲陽極來保護(hù)陰極金屬材料，在實(shí)際應(yīng)用中，可以用比鋼鐵還原性更強(qiáng)的金屬與鋼鐵制品相連接，當(dāng)發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，這種活潑金屬就作為微電池的正極而被腐蝕，從而陰極的鋼鐵制品得到保護(hù)[8]。紀(jì)京京等[9]通過在實(shí)例中采集的數(shù)據(jù)分析了石油儲罐外底板采用陰極防護(hù)工藝后的保護(hù)效果。

3 數(shù)值模擬法在陰極防護(hù)中的應(yīng)用

邊界元法是在有限元法之后發(fā)展起來的一種較精確有效的工程數(shù)值分析方法，它以定義在邊界上的邊界積分方程為控制方程，通過邊界分元插值離散，化為代數(shù)方程組求解，能夠用較簡單的單元準(zhǔn)確地模擬邊界形狀，最終得到階數(shù)較低的線性代數(shù)方程組[10～11]。在實(shí)際應(yīng)用中可以采用下述步驟進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析：①對擬進(jìn)行建模計(jì)算的儲罐的幾何尺寸、涂層狀況、電絕緣裝置位置以及儲罐基礎(chǔ)的電阻率等信息進(jìn)行了資料調(diào)研與現(xiàn)場測試。②采用邊界元商業(yè)軟件BEASY對所建立的儲罐幾何模型進(jìn)行邊界元網(wǎng)格劃分，根據(jù)所劃分的邊界元網(wǎng)格，利用BEASY邊界元計(jì)算程序建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。③根據(jù)現(xiàn)場測試的電位結(jié)果進(jìn)行反演計(jì)算，以確定和實(shí)際情況相符的極化邊界條件，完善儲罐陰極保護(hù)數(shù)值計(jì)算模型，為實(shí)現(xiàn)最終的匯流點(diǎn)電位分布優(yōu)化計(jì)算奠定基礎(chǔ)。④利用修正完善后的儲罐陰極保護(hù)數(shù)學(xué)模型，對不同匯流點(diǎn)下陰極保護(hù)點(diǎn)位分布進(jìn)行模擬計(jì)算，并與現(xiàn)場測試結(jié)果進(jìn)行對比，從而優(yōu)化陰極保護(hù)的方案。

4 結(jié)語

本文對工業(yè)用金屬油罐的腐蝕機(jī)理進(jìn)行分析，總結(jié)了幾種常見防護(hù)措施。并提出了一種利用數(shù)值分析方法來優(yōu)化陰極防護(hù)方案的方法。通過實(shí)例，介紹了一種工業(yè)用金屬油罐防腐油漆的涂刷工藝。

[1]張曙靈，陳桂琦.工業(yè)油罐和酸罐的腐蝕及其防護(hù)方法[J].水利電力機(jī)械，2006:23(4):38-40.

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[3]李正貴，陳鐵樁.化工機(jī)械腐蝕原因及防治對策研究[J].化工管理，2016,10:30.

[4]唐超.淺談汽油儲罐腐蝕原因及防腐措施[J].化工管理，2015,5:142.

[5]陳德輝，劉啟超.淺談原油儲油罐腐蝕機(jī)理研究[J].化工管理，2016,6:135-137.

[6]張群，王延成.儲油罐腐蝕原因分析及防控措施[J].化工管理，2016,4:10.

[7]汪乃崎.原油儲罐腐蝕分析及防護(hù)措施[J].化工管理，2016,3:127.

[8]周立濤.金屬材料及其防腐措施分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016,29:129.

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[11]蘭志剛，侯保榮，等.基于邊界元技術(shù)的導(dǎo)管架陰極保護(hù)數(shù)值仿真研究[J].中國造船，2010,51(2):530-531.

喬鵬(1988-)，男，遼寧彰武人，助理工程師，碩士研究生，從事水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)管理。