洛阳石油化工循环水塔钢结构的腐蚀与防护方法

我公司供水系统循环水凉水塔，做为石油化工设备的冷却介质用来解决生产过程中需要冷却的油品，达到生产工艺的要求。是石油炼制工程中不可缺少的一个工艺过程。凉水塔的结构型式无论是恒流干湿式、逆流式或是其它的结构形式，内部都有大量的钢结构。这些钢结构长期在高湿度和受水冲击下工作，存在严重的腐蚀，所以必须采用防腐隔离层。防腐隔离层的好与坏直接影响钢结构的使用寿命。但是在新建的凉水塔往往存在防腐涂层选择不合理，金属表面处理级别低，出现新投用的凉水塔钢结构使用1年左右防腐涂层失去作用，金属结构遭到腐蚀，凉水塔的使用寿命缩短。

我公司化肥厂2003年6月新改造的恒流干湿式凉水塔，内部钢结构已全部更新，钢结构总重为250吨，防腐层采用环氧涂料。该钢结构在2005年6月检修时检查发现防腐漆膜大部分已经破损没有使用价值。钢结构部分出现腐蚀，特别是焊道附近金属腐蚀比较厉害，锈蚀层有2～3mm厚左右。锈蚀层下面有较多的像黄豆粒米粒大小不一的点蚀坑，原来的金属表面已经见不到。有部分金属护栏的扁钢在焊道部位断开。没有开裂的防腐层表面发粉，表面上看树脂含量很少。采用划格器检查，发现被划开的防腐层，发脆已没有使用价值。被划开的防腐层下的金属已经被腐蚀，有1mm左右的锈蚀层。这说明防腐层气孔比较多。对整体钢结构的防腐层检查上看早已没有使用价值。

另外，炼油厂三循逆流式凉水塔为2003年7月进行改造，钢结构采用环氧磁漆（固化剂为胺类），两道底漆，三道面漆。底面处理达到Sa2.5级。运行3个月左右，防腐层出现发软、起鼓、脱层现象，起不到防腐作用。

化肥厂凉水塔钢结构防腐层损坏。首先是金属表面处理不当。因为当时所实施的工艺为人工机械除锈达到St3级，与所选的环氧涂料进行配套，没有达到涂料要求的附着力。因为环氧涂料本身要求与金属表面结合必须达到机械喷砂除锈Sa2.5级。所以从现场涂料脱层的现象看，没有达到要求的附着力。二是所选的涂料树脂含量低，从现场漆膜看干固的防护层树脂含量少而其它填料过多，产生较多粉化颗粒。这样涂层易存在较多的气孔，水分子及其它杂质容易渗透涂层引起金属表面腐蚀。所以该防腐涂层在潮湿的环境下涂层是比较易于通过水的，因水在涂层与金属之间形成界面层，造成涂层的结合强度下降，涂层剥离或鼓包。金属表面遭到腐蚀。从现场没有损坏的涂层采用划痕检查，涂层下面金属表面存在锈蚀层可以说明这一点。

炼油厂凉水塔钢结构防腐层损坏。虽然防腐涂层已经固化2个多月，但是使用后遇水防腐涂层发生损坏。所选用的是环氧涂料，酮亚胺为固化剂^【1】共三道，期望耐用10年以上。表面喷砂至Sa2.5级，施工时温度正常，为15～25℃，涂装后固化时间最长时间2个月。使用后不到1个月漆膜起泡。原因为，酮亚胺实质上是用酮封闭的多元胺，与空气中潮气接触后析出多元胺及酮，多元胺再与环氧树脂固化。该漆经刷后，漆膜表面与水汽反应而固化，阻滞漆膜丙酮充分挥发，残留的酮有一定的水溶性，引起渗透压使漆膜起泡。这说明所选的配套固化剂不适合在这一环境下使用。

漆膜下的金属腐蚀是由电化学作用引起的。在阴极,氧有去极化作用,反应如下:

O₂十H₂+2e=2OH^-

因此,膜下泡内溶液呈微碱性,这时阴极部位的pH值高达13以上。界面一旦成为高碱性状态,就进一步发生基体氧化膜的碱性溶解和漆膜的碱分解。同时,在阳极发生如下反应

Fe=Fe²⁺+2e

Fe²⁺与氧、水及OH^-反应生成Fe(OH)₂、Fe(OH)₃、Fe₂O₃·XH₂O等腐蚀产物,其体积要增大好几倍,使漆膜鼓起,最后破裂。这时泡内溶液呈酸性,泡内pH值仅为2～4。从漆膜脱落部位产生的阴极、阳极反应来看,由于阴极反应产生的OH^-离子使得界面pH值上升,造成Fe²⁺离子水解:

Fe²⁺十2H₂O=Fe(OH)₂+2H⁺

这时又使界面pH值降低,从而加速了阳极反应,使腐蚀面积扩大,漆膜剥落的范围增加。部分表面涂层,不到半年出现开裂、脱落,使金属表面遭到腐蚀。

另外,由于钢结构在高湿度与水汽中使用,造成设备表面干湿交替进行。金属表面暴露在空气中,当表面存在锈蚀层时（涂层气孔率高时相当于锈蚀层）,锈蚀层就起了水和氧的储槽作用,锈蚀层下基体铁的离子化起了强氧化剂的作用。在一定条件下腐蚀产物会影响大气腐蚀的电极反应。Evans认为大气腐蚀的锈蚀层处在润湿条件下,可以作为强烈的氧化剂。由锈层内Evans模型,可以看出阳极反应发生在金属/Fe₃O₄界面上,阴极反应发生在Fe₃O₄/FeOOH界面上,即锈层内发生了Fe³⁺→Fe²⁺的还原反应,说明锈层参与了阴极过程。由于天气变化,金属表面温度、湿度随之变化,这样在化学、电化学作用下,金属表面将加速腐蚀。