鄭蓉

摘 要：針對粘纖生產(chǎn)設(shè)備在工作過程中會受到溫濕度環(huán)境的影響，導(dǎo)致粘纖生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)了大面積的腐蝕現(xiàn)象，為了避免粘纖生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)大面積腐蝕，提出了基于SEBF涂裝技術(shù)的粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕防護(hù)方法。根據(jù)SEBF系列的防腐涂料的性質(zhì)，設(shè)計了SEBF涂裝工藝流程，通過分析粘纖生產(chǎn)設(shè)備SEBF涂裝的具體步驟，完成了粘纖生產(chǎn)設(shè)備的SEBF涂裝，利用粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕涉及到的概率分布，分析處理了粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕數(shù)據(jù)，通過Gembel分布的表達(dá)式，建立了粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕的密度函數(shù)，結(jié)合逆轉(zhuǎn)周期與積分概率位置之間的關(guān)系，建立了粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕評估模型，利用數(shù)值方法求解了犧牲陽極陰極保護(hù)法的狀態(tài)方程，根據(jù)犧牲陽極保護(hù)方法的特點(diǎn)，對粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕防護(hù)進(jìn)行了有限元計算，實(shí)現(xiàn)了粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕的防護(hù)。實(shí)驗結(jié)果表明，基于SEBF涂裝技術(shù)的粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕防護(hù)方法在最長工作時間、工作效率和維修成本3個方面，都具有較高的性能，可以避免粘纖生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)大面積腐蝕。

關(guān)鍵詞：建筑材料;可循環(huán)利用;材料資源

中圖分類號：TG172 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）06-0123-05

Abstract：The viscose production equipment will be affected by the temperature and humidity environment in the working process， which leads to the large area corrosion phenomenon of viscose production equipment. In order to avoid large area corrosion of viscose production equipment， a corrosion protection method of viscose production equipment based on SEBF coating technology is proposed. According to the properties of SEBF series anti-corrosion coatings， the SEBF coating process was designed. Through analyzing the specific steps of SEBF coating of viscose production equipment， SEBF coating of viscose production equipment was completed. The corrosion data of viscose production equipment was analyzed and processed by using the probability distribution involved in the corrosion of viscose production equipment. Through the expression of Gembel distribution， the density function of the corrosion of viscose fiber production equipment is established， combined with the relationship between the reversal period and the position of the integral probability， the corrosion evaluation model of viscose fiber production equipment is established， the equation of state of the sacrificial anode cathodic protection method is solved by numerical methods. According to the characteristics of sacrificial anode protection method， the corrosion protection of viscose fiber production equipment is calculated by finite element method， and the corrosion protection of viscose fiber production equipment is realized. The experimental results show that the corrosion protection method of viscose fiber production equipment based on SEBF coating technology has high performance in three aspects of longest working time， work efficiency and maintenance cost， which can avoid large area corrosion of viscose production equipment.

Key words：SEBF coating technology; viscose production equipment; corrosion protection; evaluation model; finite element calculation

0 引言

現(xiàn)階段，粘纖工業(yè)作為世界化纖工業(yè)的主要領(lǐng)域，正在逐漸朝向大容量和大型化的方向發(fā)展，對生產(chǎn)設(shè)備的要求也非常精密[1]。粘纖設(shè)備生產(chǎn)裝置的自動化程度和一體化程度會隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展越來越高，但是產(chǎn)生的粘纖生產(chǎn)設(shè)備的造價也變得越來越高。因此，粘纖在生產(chǎn)過程中的設(shè)備會出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕的現(xiàn)象，至今也引起了人們的高度重視[2]。對于粘纖生產(chǎn)系統(tǒng)而言，每一個年度當(dāng)中，大、中型生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生的維修費(fèi)用平均就可以達(dá)到500～600萬元，且每一臺維修設(shè)備的維修周期也很長，一般可以達(dá)到1～2年，然而報廢的粘纖生產(chǎn)設(shè)備并不是均勻的磨損腐蝕，只是局部出現(xiàn)了腐蝕穿孔。國家金屬腐蝕與防護(hù)研究所最近幾年開始研發(fā)SEBF系列的涂裝技術(shù)，并在煤炭、石油、化工、電力以及機(jī)械等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，也取得了非常優(yōu)秀的成果，與此同時也為各大企業(yè)帶來了前所未有的經(jīng)濟(jì)效益[3]。

汪洪濤等人[4]認(rèn)為采用大口徑鋼質(zhì)頂管是解決城市供水問題的基本措施，鋼質(zhì)頂管實(shí)施工藝為腐蝕防護(hù)技術(shù)帶來很多難題，大口徑鋼質(zhì)頂管腐蝕防護(hù)涂層要保證在鋼管頂進(jìn)過程中涂層的破壞性達(dá)到最小，在非開挖的前提下需要為其提供犧牲陽極的安裝條件，研制開發(fā)的高性能防護(hù)涂層加犧牲陽極保護(hù)陰極的防護(hù)方法經(jīng)過現(xiàn)場試驗可以滿足腐蝕防護(hù)的需要;趙陽等人[5]以北方一重工業(yè)城市的雪水為腐蝕溶液，采用3.5%氯化鈉溶液作為對比介質(zhì)，利用動電位極化曲線研究了雪水對碳鋼的腐蝕性，結(jié)果表明，雪水的腐蝕性與3.5%氯化鈉溶液比較接近，又結(jié)合動電位極化研究了碳鋼在雪水中腐蝕防護(hù)的可行性，結(jié)果顯示，鎳-銅-磷化學(xué)鍍層和氯化鈰都可以用于碳鋼材料的防護(hù)，并作為重工業(yè)污染大氣環(huán)境中的腐蝕防護(hù)涂層和緩蝕劑。

基于以上研究背景，本文將SEBF涂裝技術(shù)應(yīng)用到了粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕防護(hù)中，從而增強(qiáng)粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕的防護(hù)性能。

1 粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕防護(hù)方法設(shè)計

1.1 SEBF涂裝粘纖生產(chǎn)設(shè)備

SEBF系列的防腐涂料屬于單組分粉末質(zhì)涂料，可以在粘纖生產(chǎn)設(shè)備上進(jìn)行熔融涂裝，經(jīng)過固化之后形成一層高光潔度且厚度均勻的涂層[6]。SEBF涂裝工藝如圖1所示。

根據(jù)SEBF涂裝工藝流程，分析出粘纖生產(chǎn)設(shè)備SEBF涂裝的具體步驟如下：

（1）修整粘纖生產(chǎn)設(shè)備表面。要求粘纖生產(chǎn)設(shè)備表面需要光滑、沒有缺肉現(xiàn)象、裂紋縫隙等缺陷[7]，采用砂輪將凹凸不平的位置打磨清理，并將粘纖生產(chǎn)設(shè)備的棱角處打磨成半徑大于5mm的圓角形狀。

（2）處理粘纖生產(chǎn)設(shè)備表面。將粘纖生產(chǎn)設(shè)備置于洗液槽中，將粘纖生產(chǎn)設(shè)備表面的油脂清除，并用清水將贓物清洗干凈，加熱一段時間后在200℃的環(huán)境下烘干;用壓縮空氣將磨料噴射到粘纖生產(chǎn)設(shè)備的表面，將表面的鐵銹除去;盡快將粘纖生產(chǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)移到下一道工序中，但是轉(zhuǎn)移的時間盡量控制到4h以內(nèi)，以免清洗完畢的粘纖生產(chǎn)設(shè)備表面被污染。

（3）預(yù)熱粘纖生產(chǎn)設(shè)備。預(yù)熱的溫度通常要考慮熔融狀態(tài)下的溫度，一般控制在180～260℃之間，預(yù)熱的時間要綜合考慮粘纖生產(chǎn)設(shè)備的厚度、形狀的大小，通常為20～30min為宜，時間過短和過長都會導(dǎo)致涂層流失。

（4）熔融涂裝。根據(jù)粘纖生產(chǎn)設(shè)備的形狀、尺寸和大小等因素，采用高壓靜電涂裝、流化床涂裝以及摩擦靜電涂裝等方式[8]，對粘纖生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行熔融涂裝。

（5）固化涂層。SEBF粉末涂裝在粘纖生產(chǎn)設(shè)備表面的固化溫度一般控制在180～220℃之間，具體的數(shù)值需要考慮粘纖生產(chǎn)設(shè)備涂層的厚度和類型。

（6）檢測涂層的質(zhì)量。采用渦流測厚儀來檢測粘纖生產(chǎn)設(shè)備的涂層厚度，采用電火花檢測涂層的缺陷，確保粘纖生產(chǎn)設(shè)備的涂層沒有任何針孔漏點(diǎn)。

根據(jù)SEBF系列的防腐涂料的性質(zhì)，設(shè)計了SEBF涂裝工藝流程，通過分析粘纖生產(chǎn)設(shè)備SEBF涂裝的具體步驟，完成了粘纖生產(chǎn)設(shè)備的SEBF涂裝，接下來通過建立粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕評估模型，來消除溫濕度環(huán)境對粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕的影響。

1.2 建立粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕評估模型

粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕的可靠性評估和診斷是相輔相成的，細(xì)致的評估數(shù)據(jù)是粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕評估模型建立可靠度的基本保證，通常采用正態(tài)分布、對數(shù)分布、威布爾分布以及極值分布來表征粘纖生產(chǎn)設(shè)備的失效現(xiàn)象[9]。如表1所示。

粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕數(shù)據(jù)的分析處理流程如圖2所示。

粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕評估模型采用極值統(tǒng)計方法中的Gembel分布是最合理的[10]，通過對粘纖生產(chǎn)設(shè)備測厚區(qū)域小范圍內(nèi)的蝕坑深度分布進(jìn)行研究，來預(yù)測粘纖生產(chǎn)設(shè)備的最大蝕孔深度。研究粘纖生產(chǎn)設(shè)備最大點(diǎn)蝕深度分布的具體過程為：

Gembel分布的表達(dá)式為：

其中，表示粘纖生產(chǎn)設(shè)備蝕孔深度，表示粘纖生產(chǎn)設(shè)備蝕孔深度的概率函數(shù)，表示粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕的位置，表示粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕的尺度參數(shù)。

那么存在：

通過Gembel概率分布，將極值變量與積分概率呈現(xiàn)在分布圖中，積分概率的位置計算公式為：

其中，表示粘纖生產(chǎn)設(shè)備蝕孔深度降序排序值的第個點(diǎn)，N表示粘纖生產(chǎn)設(shè)備樣品總數(shù)。

為了預(yù)測出粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕區(qū)域的蝕孔深度分布情況，定義了逆轉(zhuǎn)周期為：

其中，T表示逆轉(zhuǎn)周期的尺度因子，S表示粘纖生產(chǎn)設(shè)備的研究區(qū)域面積，s表示檢測區(qū)域的面積。

逆轉(zhuǎn)周期與積分概率位置之間的關(guān)系為：

然而y與T之間的關(guān)系又可以表示為：

利用粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕涉及到的概率分布，分析處理了粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕數(shù)據(jù)，通過Gembel分布的表達(dá)式，建立了粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕的密度函數(shù)，結(jié)合逆轉(zhuǎn)周期與積分概率位置之間的關(guān)系，建立了粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕評估模型，接下來通過粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕防護(hù)的有限元計算，來實(shí)現(xiàn)粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕的防護(hù)。

1.3 粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕防護(hù)的有限元計算

為了防止粘纖生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，采用犧牲陽極的陰極保護(hù)法進(jìn)行粘纖生產(chǎn)設(shè)備的防護(hù)[11]。以建立犧牲陽極保護(hù)體系的數(shù)學(xué)模型為目的，利用數(shù)值方法來求解犧牲陽極陰極保護(hù)法的狀態(tài)方程，根據(jù)犧牲陽極保護(hù)方法的特點(diǎn)[12]，對建立犧牲陽極保護(hù)體系的數(shù)學(xué)模型提出以下假設(shè)：

犧牲陽極陰極保護(hù)方法的溶液介質(zhì)是均勻一致的，因此可以假設(shè)粘纖生產(chǎn)設(shè)備的電導(dǎo)率為常數(shù)。

在粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕防護(hù)過程中，電化學(xué)場必須是一個穩(wěn)態(tài)場。

粘纖生產(chǎn)設(shè)備在穩(wěn)態(tài)陰極保護(hù)下會產(chǎn)生比較穩(wěn)定的電流，根據(jù)穩(wěn)定電流的電場理論[13]，可以得到粘纖生產(chǎn)設(shè)備的基本電位分布屬于泊松分布，即：

當(dāng)采用犧牲陽極的陰極保護(hù)法時，粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕的基本電位分布基本方程就會變成拉普拉斯方程[14-15]，即：

在粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕的陰極保護(hù)系統(tǒng)中，會遇到3種類型的邊界條件：

第1類是邊界上的電位值是已知的，在被保護(hù)的粘纖生產(chǎn)設(shè)備表面或犧牲陽極表面給出電位分布：

第2類為邊界處的電流密度是已知的，在被保護(hù)的粘纖生產(chǎn)設(shè)備表面或犧牲陽極表面給出電流分布：

第3類是邊界上的電流密度與電位之間的函數(shù)關(guān)系都是已知的，在被保護(hù)的粘纖生產(chǎn)設(shè)備表面或犧牲陽極表面給出電流分布，即：

綜上所述，在SEBF涂裝技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)值方法求解了犧牲陽極陰極保護(hù)法的狀態(tài)方程，根據(jù)犧牲陽極保護(hù)方法的特點(diǎn)，對粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕防護(hù)進(jìn)行了有限元計算，實(shí)現(xiàn)了粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕的防護(hù)。

2 實(shí)驗對比分析

2.1 測試粘纖生產(chǎn)設(shè)備的最長工作時間

為了驗證基于SEBF涂裝技術(shù)的粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕防護(hù)方法的可行性，采用文獻(xiàn)[4]的腐蝕防護(hù)方法和文獻(xiàn)[5]的腐蝕防護(hù)方法作為對比對象，測試了粘纖生產(chǎn)設(shè)備的最長工作時間，結(jié)果如圖3所示。

從圖3的結(jié)果可以明顯看出，基于SEBF涂裝技術(shù)的粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕防護(hù)方法可以使粘纖生產(chǎn)設(shè)備的最長工作時間延長，而文獻(xiàn)[5]的腐蝕防護(hù)方法雖然也可以延長粘纖生產(chǎn)設(shè)備的最長工作時間，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及提出的防護(hù)方法，文獻(xiàn)[4]的腐蝕防護(hù)方法在設(shè)備啟動次數(shù)少的情況下，可以適當(dāng)延長工作時間，粘纖生產(chǎn)設(shè)備啟動次數(shù)增加時，最長工作時間沒有太大變化，因此，可以得到基于SEBF涂裝技術(shù)的粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕防護(hù)方法可以使粘纖生產(chǎn)設(shè)備長時間工作。

2.2 測試粘纖生產(chǎn)設(shè)備的工作效率

在文獻(xiàn)[4]的腐蝕防護(hù)方法和文獻(xiàn)[5]的腐蝕防護(hù)方法的基礎(chǔ)上，測試了應(yīng)用3種防護(hù)方法后，粘纖生產(chǎn)設(shè)備的工作效率，結(jié)果如圖4所示。

從圖4的結(jié)果可以看出，采用基于SEBF涂裝技術(shù)的粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕防護(hù)方法可以有效提高粘纖生產(chǎn)設(shè)備的工作效率，而文獻(xiàn)[4]的腐蝕防護(hù)方法和文獻(xiàn)[5]的腐蝕防護(hù)方法不能對粘纖生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行有效的防護(hù)，導(dǎo)致粘纖生產(chǎn)設(shè)備的工作效率偏低。

2.3 測試粘纖生產(chǎn)設(shè)備的維修成本

基于最長工作時間指標(biāo)和工作效率指標(biāo)，又引入了粘纖生產(chǎn)設(shè)備的維修成本指標(biāo)，測試了3種防護(hù)方法的維修成本，結(jié)果如表2所示。

從表2的測試結(jié)果可以看出，采用基于SEBF涂裝技術(shù)的粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕防護(hù)方法對粘纖生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行防護(hù)時，后期的維修費(fèi)用是最低的，其次是文獻(xiàn)[5]的腐蝕防護(hù)方法和文獻(xiàn)[4]的腐蝕防護(hù)方法，經(jīng)計算，3種防護(hù)方法的平均維修成本分別為1.635萬元、5.858萬元和14.074萬元。

3 結(jié)語

文章提出了基于SEBF涂裝技術(shù)的粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕防護(hù)方法，結(jié)果顯示，該方法可以有效避免粘纖生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)大面積腐蝕，提高了粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕的防護(hù)性能。但是由于粘纖生產(chǎn)設(shè)備腐蝕信息的積累的收集工作不夠全面，導(dǎo)致防護(hù)的效果偏差，在以后的研究工作中還需要進(jìn)一步加強(qiáng)和完善。

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