延长设备寿命的良方--低温固化聚合物延长设备寿命

延长设备的使用寿命是企业共有的目标，而要达到这一目标除了在设备设计时选择适合的材料外，选择适合的防腐蚀方案也非常重要。

在制造工艺设备时，都会特别设计用来为某项建设结构提供最长的使用寿命。许多工艺设备的起始原料都是碳钢或铸铁，在某一介质和温度状况下，碳钢和铸铁都有可预测的腐蚀寿命。在可能出现严重磨蚀性介质的情况下，通常会选择合金，因为就使用寿命和运行成本两方面来看，合金是最佳的折中方案。当使用活跃的合金如钢铁时，侵蚀腐蚀的问题会加速设备的恶化过程，因此在设计任何保护系统时，都需要解决所有运行时可能遇到的潜在问题。

最初，工程师设计工艺设备所面临的一个难题是为石油/天然气分离设备和流体设备选取施工材料。在设计阶段需要仔细考虑材料的物理、机械和化学性能，特别需要考虑：

施工的便利性，即铸造能力、加工能力、焊接能力；

使用性能和寿命长，设计温度的限制，耐侵蚀腐蚀性能；

金属/环境相互作用，即金属和其所处运行环境之间的相互作用；

环境影响，即对当地环境的影响；

总成本。

一个普遍的共识是：设计一台在运行中完全不会出现恶化的设备是不可能的。事实是设备抵抗各种侵害的性能越强，其成本也就越高。因此在实践中，选取材料的主要标准受建造成本的影响很大。通常会选择最便宜的材料且又有足够好的性能。

用于工艺设备建造的基本材料通常是：

碳钢——用于腐蚀出现有限且操作条件不太苛刻的情况下。在大多数情况下，初期设计已经把腐蚀余量考虑进入，以便可以提供可接受的使用寿命。涂层可在浸泡区域提供额外的保护。

覆面碳钢——提高钢铁抗腐蚀能力的一个最为常见的方法是加一层不锈钢覆面。此过程更符合成本效益，但仍然会受其它过程的影响，如化学侵蚀、应力腐蚀和细菌腐蚀。

不锈钢——可以为覆面材料提供卓越的保护性能，但仍会遭受应力腐蚀和细菌腐蚀的侵害。成本和制造困难也是决定性因素。

双炼钢——用于石油天然气行业中的关键设备建设。但容易受电化腐蚀、裂隙腐蚀和应力腐蚀的侵害。由于制造困难以及修复能力，再加上成本相对较高，此材料在大型建筑中的使用很有限。

识别腐蚀

不同来源的信息对腐蚀有着不同的描述，从“衰退”到“败坏”。储罐、容器、柱和管道的外部容易受到大气腐蚀，这些腐蚀主要涉及金属部件的锈蚀或氧化。这些设备的内部，特别是那些涉及流体流动的设备又会遭受其他不同的腐蚀，如：

均匀腐蚀——皆知的整个表面被氧化，但是它也包括锈蚀、积极溶解和化学品的抛光（特别是酸）、阳极氧化和钝化。

局部腐蚀——就这种类型的腐蚀而言，某些地区的金属腐蚀速度比其它地区快，在这些局部腐蚀处可以看出腐蚀和氧化的区别。在阳性和阴性明确界定的区域，此过程会加快，往往是腐蚀的地方与邻近的阴性区域相比变得更加的阳性。这是一个最棘手的腐蚀类型，而且往往是因为它的严重性导致组件失效。

裂隙腐蚀——惰性合金，如不锈钢和铝，它们依靠有丰富氧气的环境以保持对其自身的保护。如果氧气耗尽，则会产生氧浓差电池。随着缝隙外的区域变大，随时可以接触到氧气，腐蚀开始繁殖，尽管还是一样的材料，但已变成阴性。因为缺乏氧气，钝化在缝隙内是不可能发生的，金属很容易被溶解，因为在这种情况下PH值会下降到约3，为缝隙以外的该区域提供了进一步的阴极保护。这个问题往往出现在干涉配合情况下，如法兰连接。

沉积腐蚀——这种腐蚀是指：沉积在金属表面上形成的，腐蚀的发生和裂隙腐蚀并无不同之处。尤其是在海水中，垫圈、配件和藻类生长是蔓延的主要原因，最终引发麻点状腐蚀。

应力腐蚀裂纹——由张力和腐蚀环境共同导致的腐蚀。应力腐蚀对材料的影响通常介于干裂化和材料的疲劳阈值之间。

双金属腐蚀——当有着不同电位的两种金属放在溶液中，然后连接在一起后，电流在两者之间流动，电位较高的金属（阳极金属）放弃了电子。当结构颗粒中存在不同电位时，这个原理适用于多种类型的腐蚀，包括均匀腐蚀。如果是两个不同的独立金属，其结果可能相当惊人。

点蚀——多年来导致点蚀的原因不明。然而，除了开始时期之外，其它过程和裂隙腐蚀发生的原因相似。最有可能引致点蚀的原因是合金表面的缺陷，这些缺陷由小的局部腐蚀引起，进而导致氧气耗尽，这之后，点蚀发生的情况大致和裂隙腐蚀相同。

侵蚀类型

在处理迅速降解引起的流体设备侵蚀问题的解决方案中，很重要的是能够诊断侵蚀的子范畴：

冲击——由高速流体流动所引致。其效果显示为基材被磨光冲刷。

夹带——当固体如沙粒进入液流，称它们为夹带。这种类型的侵蚀很容易识别，且比冲击单独产生的材料损失更大。

气蚀——由于流体的压力差所形成。为了识别气蚀，可以寻找表面上出现的“麻点”和几何形状，这些可能会导致流体流的压力变化。也是由于以上原因在静止的水中不会发现流体设备出现气蚀。气蚀对泵的影响特别严重，其它后果包括降低效率/增加对电的需求。

侵蚀腐蚀——当冲蚀力和腐蚀一起发生，它们的联合作用会导致一层“保护性”、稳定或钝化氧化层被移除，然后重新发生氧化。这个周期不断重复，最终可能导致组件的全面降解。

传统的解决方案及其局限性

防腐蚀涂层和高分子修补材料分为不同的类别。最常见的涂料选择有：

玻璃鳞片系统——这种涂层使用一种粘合剂，往往是聚酯或乙烯基酯，并采用玻璃鳞片使其变厚。优质的粘结剂可以提供良好的耐化学性，但在良性条件会使用便宜的树脂。这些涂层具有良好的绝缘强度并可喷涂，在施工面积大时可以降低成本。

乙烯基和聚酯是有弹性的树脂，但使用玻璃作为填充剂使其成为一种厚的涂层系统(1~3mm)就会变得易碎，且仅具有相对弱的粘附力以及抗冲击侵蚀、气蚀和耐冲击腐蚀性能。

无溶剂的环氧系统——最具可塑性的树脂。使用正确的粘合剂和填料，它们对所有金属都具有良好的粘附力，因此这种系统具有高抗压强度和良好的耐冲刷腐蚀性，同时可以保持高绝缘强度和低水分扩散性。这使它们在防止电偶腐蚀的保护应用中很流行。然而，并不是所有的系统都可以进行喷涂，尤其要记住环氧树脂被设计用来抵抗高夹带腐蚀。

有溶剂的环氧涂层——与无溶剂环氧树脂特性相似，但使用溶剂。在涂料中使用溶剂会造成收缩，而收缩又将导致涂层的应力变化，以及其他危害，例如溶剂滞留以及在其蒸发过程中形成毛细管。

热固聚氨酯涂层——根据要求，这种涂层可以是坚硬的或有弹性的，可以实现低温下的良好固化，具有抗气蚀和冲击侵蚀性。其缺点会出现在长期浸泡过程中，因为其湿度敏感性使它们比其他涂料更容易吸收水。

案例分析——储罐

储罐基座保护

地面上，工业储罐及其内含物是有价值的资产，需要得到保护。

由于不利的气候条件或凝结，水分可能聚集在基座下的裙角或轨道上，导致腐蚀问题、泄漏或储罐的最终失效。这些将意味着更大的损失，而不仅仅是储罐成本和其内含物，环境破坏、清理和销毁成本、停机时间和安全问题都必须加以考虑。

一个属于英国批量化学品制造商的8.5m丙烯腈储罐被发现需要更有效的基座密封，以防止地下腐蚀。这个客户第一次意识到地下腐蚀所造成的损失是在才使用10年后，就不得不对储罐地板进行更换的时候。

该储罐原来有一个胶泥型基座密封，但被证明是无效的。地板被更换了，但却造成财物和生产上的重大损失。随后，该公司采用了一个无缝密封材料去密封周围不规则的轮廓，防止会造成环境破坏的液体逸出。这种耐候又防水的解决方案具有持久性、多微孔、无需动火作业就可施工、并可在长期使用中保持其高附着性。

板焊储罐外部

由于凝结引起的储罐保温层下的腐蚀问题损坏了覆层，可能导致绝缘材料支持环周围的腐蚀，造成壁厚减薄和穿孔的缺陷。

之前尝试用焊接修复来处理这些原油储罐，但是由于储罐的酚醛衬底需要氮气吹扫和额外工时，因此成本高又耗时。在经过喷沙对表面和预制板进行处理后，使用冷粘接进行修复，这仅需用以前焊缝修理的部分时间和成本就完成了修复。

这种低温粘接的解决办法也意味着储罐可以在运作期间进行修复，只需要将储罐内的石油面降低即可。

储罐的抗风化/绝缘

传统的保温系统有许多缺点如抗机械冲击性不好、要求使用专门技能或工具、以及需要额外的粘合剂、密封胶、螺丝和铆钉才能提供机械强度和防水性。储罐容器上的绝缘覆盖层，进行定期浸水系统故障的测试，会导致水的进入并引发绝缘层下的腐蚀。水基、防火的膜系统能够为绝缘材料提供一个无缝、耐冲击性的外层，防止水份进入，同时允许绝缘层呼吸。