包裹保溫層下的管道防腐原因分析與防護

志盛威華 周工

    巖棉保溫層表面往往會以鐵皮或鋁皮進行防護，人們往往會被鐵皮、鋁皮的腐蝕程度所麻痹而忽略了巖棉保溫層下被保溫的設備、管道的腐蝕狀況。由防護層傳遞的信息與實際情況是不相符的，被表象所麻痹是非常危險的。

    在工程維修過程中，當巖棉保溫層被打開后，往往會發現原有的防腐涂層消失不見，被保溫的設備、管道表面腐蝕、銹蝕相當嚴重。巖棉保溫層下的腐蝕比同等溫度在空氣中的腐蝕更為嚴重。北京志盛威華周工對此種腐蝕發生的原因、防止方法進行了詳細的分析和分享：

    巖棉保溫層下的腐蝕在國際上被稱為：Corrosion under insulation(CUI)翻譯過來為隔熱腐蝕。這種腐蝕很早就被歸納到傳統的腐蝕中，又由于此種腐蝕隱蔽發生在隔熱層之下，因此往往被人們所忽視。隨著由隔熱腐蝕導致的安全事故頻繁發生，人們才開始重視審視、研究此腐蝕，研究結果表明隔熱腐蝕的原理與常規腐蝕并不相同，用常規材料防治解決隔熱腐蝕相當困難。二十世紀五十年代“隔熱腐蝕”的概念逐步在各個文獻中出現，直至1989年隔熱腐蝕的概念才在NACE文件中出現。

    隔熱腐蝕的機理因材料不同而不同，一般可分為碳鋼隔熱腐蝕、不銹鋼隔熱腐蝕。志盛威華周工介紹：

一．碳鋼隔熱腐蝕機理：

碳鋼受到隔熱腐蝕根本原因在于和保溫層下的水汽的接觸。保溫層為隔熱腐蝕提供了以下三個條件中的兩種或三種：

1.         為水或其他腐蝕介質提供存留的空間和縫隙，并使水或其他腐蝕介質不易排出保溫層；

2.         保溫材料較為蘇松，具有吸水性，有些材料具有良好的浸潤性，容易從外界環境中吸取水份；

3.         因保溫材料外部防護層并不致密，當溫度變化導致保護層內氣壓變化由此引起隔熱保溫體系對外界空氣的呼吸，致使濕度較大的空氣進入隔熱層；

4.         保溫材料在生產制作、儲運安裝過程中帶來污染物加速腐蝕的發生。

    保溫層下的水汽主要來自兩個方面：外界的水（水汽）滲透、冷凝。

    由于外界保護材料的設計缺陷、異形部位安裝精密度達不到、施工失誤造成的缺陷、機械損傷、疏于維護等原因，都會使水汽進入保溫層。水汽一旦滲入保溫層幾乎不可能徹底排出，保溫層中的水往往以汽液共存態出現。

    溫度也是影響隔熱腐蝕的重要因素：溫度越高，水汽停留在碳鋼表面的時間就越短，水汽在腐蝕過程中的影響隨之弱化；但是溫度越高，腐蝕速率越高，隨著溫度的升高防腐涂層的選擇面越來越小，在此環境下，100℃以上環氧類涂層會很快失效，100℃以上高溫的隔熱層下防腐涂層市面上很少。

    在一個開放的系統下，水中的氧含量隨著溫度升高而降低。在開放環境中，當溫度高于80℃時，碳鋼的腐蝕速率開始下降。但傳統隔熱保溫層與防腐涂層之間卻類似于封閉系統下的腐蝕情況，水汽中的氧含量是飽和的。這樣的話，富氧腐蝕會在一個密閉的系統中發生。水汽中溶解的鹽分更會加速設備的腐蝕。

    在實際工況的測試中，志盛威華工程師發現，溫度在-4至175℃之間碳鋼材質的設備隔熱腐蝕嚴重。當溫度低于-4℃時，一般沒有腐蝕；當溫度高于175℃時，水份在隔熱層中基本為氣體形態存在，碳鋼表面始終處于干燥狀態，也很少發生腐蝕。但是一旦當設備因停機檢修等問題，溫度區間處于-4至175℃之間時，隔熱腐蝕會很快發生。

    隔熱腐蝕比常規腐蝕更為嚴重，還與保溫材料的特性有關；

5.保溫層中可溶性鹽的殘留，例如阻燃劑中的氯化物、硫化物等酸性物質可以加速腐蝕；

6.保溫層材料因蘇松具有吸水性、水的滲透、外層保護材料相對致密性等導致大量水份滯留；

7. 保溫層中的殘留物質可以與水反應生成氯化氫或其他酸。

    二．奧氏體不銹鋼及雙相不銹鋼的隔熱腐蝕機理：

    不銹鋼合金對應力腐蝕開裂（SCC）敏感的是含鉻18、鎳8的系列不銹鋼。高鎳、鉻、鉬含量的奧氏體不銹鋼，和低鎳，高鉻含量的雙相不銹鋼對保溫層下的應力腐蝕開裂會相對耐受力高一些，但是不是完全免疫的。例如，在海上環境下發現，雙相不銹鋼在保溫層下依然會受到外界應力腐蝕開裂的影響。

    外部應力腐蝕開裂（ESCC）在氯化物或其他鹵鹽存在于環境中極易發生，當水汽穿過保溫層到達設備的熱表面，鹽類在水汽進行蒸發的過程中濃度會變大。水蒸發后會被保溫層吸收、留存，而鹽類則被留在了金屬表面，因此金屬表面的鹵鹽濃度很高，為外部應力腐蝕開裂提供了條件。

    當外部水汽和鹽分進入一個惰性、吸水性的保溫層材料時，如果不銹鋼表面缺乏有效的油漆保護，ESCC發生的概率將會很大。

    氯化物的來源來自兩個方面：1）內部，保溫材料包括：保溫層，粘結劑，填縫劑，水泥等，設備運行一段時間后，其中這些材料內部包含可溶性的氯化物進行的溶解；2）外部，包括雨水、海岸鹽霧、融雪劑、外部系統滅火測試、系統泄漏等等，保溫層在運行一段時間后（大約5年左右）的破壞也會引入這些污染物，外部的這些污染是隔熱腐蝕氯鹽的大部分來源。氯化物大部分以NaCl的形式存在，其他形式的氯離子包括：氯化氫氣體、鹽酸、水解性的有機氯化物、在溫度45℃即熱分解的聚氯乙烯（PVC）等。

    不銹鋼大多數的ESCC發生溫度區間在50到175℃之間。在溫度循環的作用下，水汽凝結/蒸發，使得氯化鹽的濃度升高聚集在金屬表面。

三．有效解決隔熱腐蝕的方法：

1.采用防水防滲防腐型隔熱保溫涂料：

志盛威華ZS-111防水防腐隔熱保溫涂料只能針對600℃以下的溫度環境使用，該涂料導熱系數為0.04w/m.k，隔熱性能優異，適合室外及高濕性室內高溫管線及設備的隔熱保溫防腐防水涂裝。該涂料不滲水、吸水，存水率為0，涂料體系不含任何鹵素。

對于600℃以上的高溫志盛威華周工建議：可采用志盛威華ZS-1耐高溫隔熱保溫涂料（耐溫極限可達2300℃）與ZS-111防水防腐隔熱保溫涂料配套涂裝采用復合涂層的方式解決免隔熱腐蝕的隔熱保溫節能涂裝。

2.傳統隔熱保溫材料下的耐高溫防腐防滲耐浸泡涂料的涂裝：

隔熱保溫涂料雖然具有薄涂即可達到滿意的隔熱保溫效果、對異型件可做到無遺漏無熱橋涂裝、對空間受限的設備管道亦可提供足夠的保護、綠色環保、性價比高等優點，但改造涂裝時的造價卻高于常規隔熱保溫材料。因此大多數企業目前采用的還是傳統的隔熱保溫材料。如果能解決這些常規隔熱保溫材料下的隔熱腐蝕問題，無疑會對整個安全生產帶來很大的幫助。

    常規高溫管線在車間多采用普通環氧類防腐涂料涂裝，此類涂料只是確保管線在運抵安裝現場的過程中不會出現銹蝕，在管線安裝后還應在此涂刷相應的耐高溫涂料，但高溫設備的安裝往往在常溫下進行，人們關注得更多的是隔熱保溫而忽略了與設備使用溫度配套的耐高溫防腐涂料的選擇和涂裝。

    耐高溫防腐是有別于常規防腐的相對獨立的一門科學，常規涂料的耐溫極限大約在120℃，市面上有機硅耐高溫涂料耐溫極限在600-800℃，但有機硅樹脂由于樹脂結構的限制并不能做到，只依靠涂料做到高溫防腐是不現實的。北京志盛威華化工有限公司是專注于“高溫”、“環?！?、“節能”特種涂料研發、生產、銷售的高科技企業，經過三十多年的技術沉淀，志盛威華已擁有九大產品體系共計百余種特種涂料，已服務于十萬計的客戶效果明顯性能可靠。目前志盛威華耐高溫涂料耐溫極限已達到3000℃。

    針對隔熱保溫層下的腐蝕，周工建議：600℃以下可采用ZS-911耐磨防水涂料進行防護，600℃至2300℃高溫環境可采用ZS-811耐高溫防腐涂料進行有效防護。

    志盛威華周工特別提醒：在50-175℃不要采用富鋅類防腐涂料進行隔熱層下的防腐，因為在水份充足的密閉空間，鋅粉很難起到陰極保護作用，在高于60℃是鋅甚至會出現電位逆轉，成為陽極加速鋼鐵材質的腐蝕。

總結：

    高溫腐蝕是真實存在且已經引發了太多的安全事故，在工業生產、民生供暖等領域必須要正視、重視高溫腐蝕并采用有效的方法進行預防確保設備可靠、安全的運行。

 志盛威華 周工