鋼廠設(shè)備防腐涂漆的最新技術(shù)

1前言

鋼廠的許多設(shè)備，如裝卸鐵礦石和煤等原料的裝卸機(jī)和輸送皮帶，還有運(yùn)出鋼鐵產(chǎn)品的港口起重機(jī)以及輸送各種能源介質(zhì)的輸送管道和燃?xì)鈨薜?，都是在遭受海灘飛來的鹽分和腐蝕性氣體等腐蝕的嚴(yán)酷環(huán)境下使用的。為了對鋼廠的這些基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備進(jìn)行防腐維護(hù)，以前是定期重新刷漆。但是，在設(shè)備的防腐維護(hù)工作中常常不得不面臨以下諸多問題，例如：如何對涂漆層老化狀況進(jìn)行點(diǎn)檢，如何確定重新刷漆的時(shí)間，如何按計(jì)劃確保重新刷漆所需的費(fèi)用等。

另一方面，從企業(yè)的社會責(zé)任來說，預(yù)防設(shè)備事故的發(fā)生已越來越重要，決不能發(fā)生因腐蝕而引起的設(shè)備事故。鋼廠設(shè)備維護(hù)部門在采用最佳防腐技術(shù)，防止因腐蝕引起設(shè)備事故方面起著重要的作用。

基于上述原因，對鋼廠設(shè)備采用最佳防腐涂層既可以使設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，又可以降低設(shè)備的使用壽命周期成本（下稱“LCC”），因此與防腐保護(hù)有關(guān)的設(shè)備管理水平和防腐涂層技術(shù)得到不斷的發(fā)展。新日鐵住金公司制定了各種適用于鋼廠設(shè)備防腐涂層技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)需要進(jìn)行更新，同時(shí)對設(shè)備維護(hù)人員和生產(chǎn)技術(shù)人員進(jìn)行腐蝕與防腐蝕技術(shù)的教育，而且開發(fā)了獨(dú)有的設(shè)備防腐技術(shù)。

本文就鋼廠設(shè)備防腐保護(hù)而開發(fā)的涂層診斷技術(shù)和防腐涂漆技術(shù)進(jìn)行介紹。

2涂層診斷技術(shù)

2.1表面形狀的三維計(jì)測

在鋼制路橋的維護(hù)管理中，一般是通過目視點(diǎn)檢對涂

層老化情況進(jìn)行診斷。在鋼結(jié)構(gòu)涂層調(diào)查手冊中，作為目視調(diào)查的項(xiàng)目有生銹、剝落、變退色和污損等，而且對于腐蝕的發(fā)生程度是根據(jù)生銹的面積（%）進(jìn)行評價(jià)。也就是說，它是根據(jù)發(fā)生黑點(diǎn)銹部分的面積率來判斷腐蝕發(fā)生的程度。目視點(diǎn)檢法對鋼廠設(shè)備防腐保護(hù)來說也是很重要的。但是，根據(jù)點(diǎn)檢結(jié)果判斷是否重新刷漆和重新刷漆的時(shí)間是不容易的，這對于設(shè)備維護(hù)人員來說是一個(gè)很大的問題。因此，為使設(shè)備維護(hù)人員能準(zhǔn)確把握涂層老化的現(xiàn)象，并將設(shè)備點(diǎn)檢結(jié)果應(yīng)用于設(shè)備管理，必須對設(shè)備維護(hù)人員進(jìn)行有關(guān)腐蝕與防腐蝕技術(shù)的教育。

在腐蝕與防腐蝕技術(shù)教育過程中，為有助于設(shè)備維護(hù)人員對涂層老化現(xiàn)象的把握，采用鹽水噴霧試驗(yàn)法（下稱“SST”）來加速試樣涂層的腐蝕速度，并采用表面形狀三維計(jì)測技術(shù)對腐蝕狀況進(jìn)行計(jì)測試驗(yàn)。測定裝置由激光距離儀和XY工作臺構(gòu)成。圖1示出該測定裝置的測定結(jié)果。圖1（a）表示試樣可測定的范圍，（b）和（c）表示采用表面形狀三維計(jì)測技術(shù)獲得的涂層表面的等高線圖和俯視圖。由圖可知，在（a）圖中看到的黑點(diǎn)銹就是在（b）和（c）圖中鼓起高度達(dá)數(shù)百微米的黑點(diǎn)。圖2用照片和三維俯視圖示出SST隨時(shí)間變化產(chǎn)生銹的狀況。根據(jù)這些測定結(jié)果可知，所謂涂層老化現(xiàn)象是指涂料在涂層表面發(fā)生鼓起后慢慢增大，不久便從鼓起的前端產(chǎn)生流銹，然后污損周圍這樣一個(gè)過程。由于涂層會從鋼表面剝落，因此鼓起的涂料內(nèi)部會成為不利于防腐的部分。鼓起的涂料內(nèi)部產(chǎn)生的腐蝕被稱為“涂層下的腐蝕”，由此產(chǎn)生的銹和銹汁會導(dǎo)致流銹的產(chǎn)生。

本試驗(yàn)通俗易懂地揭示了涂層老化的發(fā)生過程，由此可知銹的發(fā)生面積（%）也就是涂料鼓起的面積率。據(jù)此，可以設(shè)定涂料鼓起高度的閾值，在表面形狀三維計(jì)測裝置內(nèi)計(jì)算超過閾值高度部分的面積，從而可以計(jì)算出銹的發(fā)生面積（%）?？梢哉f，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用本方法能有效診斷出試樣涂層老化的狀況。但是，由于表面形狀三維計(jì)測裝置的測定范圍有限，只有大約20mm的方形范圍，因此不得不說它難以對設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場涂層診斷。

2.2電離透射電阻測定法

為有效進(jìn)行涂層的現(xiàn)場診斷，對耐大氣腐蝕性鋼生銹診斷用的電離透射電阻測定裝置（下稱“RST”）進(jìn)行了改良。具體的改進(jìn)內(nèi)容就是將可測定的薄膜電阻由原來的最大2G擴(kuò)大至20G。由此使以前只能測定耐大氣腐蝕性鋼生銹電阻值的裝置變?yōu)榭梢詼y定防腐涂層電阻值的裝置。

在等效電路中示出了涂層電阻（RR：下稱“RST值”）。測定原理為，將小于特定頻率數(shù)的數(shù)毫安交流電流從充滿電解液的兩個(gè)活塞中流過，計(jì)算出RST值（?）。在剛涂漆后的完整涂層中，防腐涂層的RST值大于最大測定值的20G，但隨著涂層的老化，涂層上會產(chǎn)生很多鼓起，RST值會變?yōu)閿?shù)千歐。

作為實(shí)際測定例子，介紹了2012年11月鋼廠港口起重機(jī)涂層的診斷結(jié)果。表1示出各部位的測定結(jié)果和涂層表面的照片。實(shí)際設(shè)備的RST值與根據(jù)目視點(diǎn)檢和涂層外觀判斷的老化狀況較一致。也就是說，處于陸地上的設(shè)備上部裝置粘附的從海上吹來的鹽分容易被雨水沖掉，其RST值大于20G，而懸臂內(nèi)側(cè)涂層上粘附的鹽分很多，且不容易被雨水沖掉，其RST值非常低，大約20k，因此發(fā)生了腐蝕。由此可知，RST值有助于實(shí)際設(shè)備的涂層診斷，其特征是通過診斷獲得RST值的數(shù)據(jù)有助于對設(shè)備進(jìn)行定量維護(hù)。另外，設(shè)備所有部位的涂層并不是同時(shí)同等程度老化，部分處于嚴(yán)酷腐蝕環(huán)境的部位會先發(fā)生老化，根據(jù)RST值可以確認(rèn)不同部位所產(chǎn)生的不同老化現(xiàn)象。

根據(jù)以上所述，希望今后能利用RST值的定量數(shù)據(jù)制定防腐維護(hù)計(jì)劃，例如，為減少重新刷漆的費(fèi)用，可對不同的部位采取不同的涂漆辦法，或只對涂層老化明顯的部位進(jìn)行重新刷漆等。

3防腐涂漆技術(shù)

3.1厚漿型涂漆法

關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)的涂漆，以前作為防銹涂料通常是以含鉛的油性涂料（鉛丹防銹漆）作為底漆，以合成樹脂涂料（長油性鄰苯二甲酸樹脂涂料）作為二道墁抺漆和面漆，但從1990年左右開始改為以長久耐用性好的變性環(huán)氧樹脂涂料作為底漆，以聚氨酯樹脂涂料作為二道墁抺漆和面漆。這表明了如果要重視長久耐用性，就應(yīng)當(dāng)將鋼制道路橋梁涂漆指南中所列出的A涂漆方法（輕防腐涂漆方法）替換為C涂漆方法（重防腐涂漆方法）。根據(jù)這種鋼制道路橋梁涂漆技術(shù)的發(fā)展趨勢，為實(shí)現(xiàn)鋼廠設(shè)備防腐涂漆的長壽命化，新日鐵住金公司對公司內(nèi)的設(shè)備防腐涂漆技術(shù)手冊進(jìn)行了修訂。即，增加了使用變性環(huán)氧樹脂涂料作為底漆的涂漆方法。但是，鋼制道路橋梁的C涂漆法除了要進(jìn)行涂漆預(yù)處理外，還要進(jìn)行6次涂漆，涂漆的成本非常高，因此開發(fā)了適用于鋼廠設(shè)備防腐用的廉價(jià)的重防腐涂漆方法。

圖3（c）示出開發(fā)的厚漿型涂漆法。該涂漆法是一種經(jīng)濟(jì)型涂漆方法，其涂層的厚度比C涂漆法（圖3（b））和ISO12944-5中的海洋環(huán)境用C5-M方法（圖3（d））的厚，且漆的涂刷次數(shù)少。另外，厚漿型涂漆法使用的變性環(huán)氧樹脂涂料就是把防腐性能好的變性環(huán)氧樹脂涂料改為厚漿型，底漆涂刷3次就可達(dá)到300μm厚。作為整個(gè)厚漿型涂漆法，只增加1層聚氨酯面漆，整個(gè)涂層厚度就可達(dá)330μm。

本文就改進(jìn)的厚漿型變性環(huán)氧樹脂涂料的概況進(jìn)行介紹。本涂料涂刷一次就可達(dá)100μm厚，因此適當(dāng)添加了特定尺寸比的鱗片狀顏料，刷漆時(shí)在濕式狀態(tài)下反復(fù)涂刷就可形成厚涂層。圖4示出本厚漿型涂料涂刷一次的防腐性能和A涂漆法防腐性能的比較。根據(jù)SST2000小時(shí)后，從橫切部剝落的涂層寬度比較可知，采用A涂漆法時(shí)整個(gè)涂層面發(fā)生了剝落，而采用厚漿型涂漆法時(shí)，涂層的剝落寬度最大為2.5mm，表明具有非常好的防腐性能。

目前，上述厚漿型涂漆法已成為鋼廠室外設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)涂漆方法，厚漿型涂料已成為推薦的防腐涂料。

3.2能源管道內(nèi)面的涂漆

在鋼廠，COG（焦?fàn)t煤氣）和LDG（轉(zhuǎn)爐煤氣）等能源輸送管道的鋪設(shè)長度高達(dá)數(shù)十千米以上。這些管道將各種燃?xì)獾饶茉摧斔偷戒搹S各車間。但是，這些管道內(nèi)部會因氣體或冷凝水的腐蝕性而慢慢被腐蝕，經(jīng)過大約30年以上的時(shí)間會發(fā)生管道穿孔問題。例如，COG管道會因COG中含有的硫化氫和冷凝水中含有的亞硫酸離子等的影響，而形成含硫的層狀腐蝕生成物。另外，LDG管道會因氣體或冷凝水中含有的碳酸氣體而產(chǎn)生腐蝕。因此，鋼廠的能源輸送管道內(nèi)面必須采用防腐技術(shù)來防止管道內(nèi)面產(chǎn)生腐蝕。基于此因，研究了采用涂漆的方法來防止管道內(nèi)面產(chǎn)生腐蝕的技術(shù)。在這種情況下，防腐涂料必須具有不會被氣體或冷凝水中含有的各種化學(xué)物質(zhì)侵蝕的耐用性（耐藥性）和可阻斷環(huán)境腐蝕的性能。為此，開發(fā)了分子結(jié)構(gòu)強(qiáng)、可現(xiàn)場施工且常溫硬化的玻璃轉(zhuǎn)變溫度（T_g）高的無溶劑環(huán)氧樹脂涂料。為確認(rèn)開發(fā)涂料的防腐性能，對各種涂料的防腐性能進(jìn)行了裸露試驗(yàn)比較。作為試驗(yàn)結(jié)果，圖5示出涂漆試樣在COG管道冷凝水中浸漬6個(gè)月后，對涂層斷面進(jìn)行分析的結(jié)果。采用斷面照片和EPMA（電子探針顯微鏡分析儀）對耐藥性的溶劑涂料（a）和開發(fā)的無溶劑涂料（b）的S滲透分布狀況進(jìn)行了比較。由結(jié)果可知，開發(fā)的涂料能有效抑制S從涂層表面滲透。該開發(fā)涂料目前已用作各種能源輸送管道內(nèi)面和鋼制煙囪內(nèi)面的防腐涂料。

3.3支管臺防腐

鋼廠鋪設(shè)的各種能源輸送管道是通過設(shè)置在支柱上的管道支架（下稱“支管臺”）支撐著。支管臺由下部的鋼制支撐臺和上部的鋼制管道卡圈構(gòu)成。在支撐管道的狀態(tài)下，支管臺與管道之間會形成縫隙。具體說來就是管道與支管臺之間的縫隙、管道與鋼制卡圈之間的縫隙，在這些縫隙處有時(shí)會產(chǎn)生腐蝕。

松開鋼制卡圈后，對因卡圈下的縫隙腐蝕而產(chǎn)生的銹進(jìn)行了觀察?？梢哉J(rèn)為卡圈下的縫隙腐蝕導(dǎo)致的生銹現(xiàn)象是由于雨水滲透到縫隙后不容易干燥而引起的。有時(shí)最終會導(dǎo)致管道發(fā)生穿孔，因此必須進(jìn)行防腐處理。作為防腐處理辦法，就是從支管臺卸下管道，對縫隙部進(jìn)行涂漆，但這不僅要花費(fèi)大量的費(fèi)用，而且在卸下管道時(shí)有可能發(fā)生煤氣泄漏，只能在停氣的情況下卸下管道。由于鋼廠的生產(chǎn)是24小時(shí)晝夜不停，一旦停止煤氣的輸送會對鋼廠的生產(chǎn)計(jì)劃產(chǎn)生重大不良影響，所以希望有一種能在不卸下管道的情況下進(jìn)行防腐處理的方法。

因此，開發(fā)了支管臺防腐處理方法，即在管道與支管臺或與鋼制卡圈之間的縫隙中壓入容易滲透的低黏度氨基甲酸乙酯樹脂涂料的方法。圖6示出壓入施工的示意圖。在壓入低黏度氨基甲酸乙酯樹脂涂料時(shí)，除了涂料注入部和排出部外，要預(yù)先用密封劑對支管臺和鋼制卡圈的兩端進(jìn)行密封固定，使涂料能滲透到整個(gè)縫隙中。低黏度氨基甲酸乙酯樹脂涂料在滲透后的硬化過程中會捕捉縫隙內(nèi)的水分。因此，即使縫隙內(nèi)的水分滲入涂料中也沒關(guān)系，依然能確保防腐效果。

該防腐處理法除了可以應(yīng)用于鋼廠的支管臺外，還可用于軋機(jī)底部和底板間的縫隙防腐以及鋼制橋梁狹隘部的防腐處理，且應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。

3.4輕微除銹涂漆法

關(guān)于涂漆前的表面清理，一般是采用一種除銹（噴砂清理）或兩種除銹（動力設(shè)備）方法進(jìn)行除銹清理。具體說來，標(biāo)準(zhǔn)的清理方法是按照ISO8501-1制定的Sa21/2或St3進(jìn)行表面清理。但是，在對腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重的煤氣管道或煤氣儲罐外部進(jìn)行涂漆時(shí)，如果采取普通的表面清理方法，有可能發(fā)生穿孔并導(dǎo)致煤氣發(fā)生泄漏，因此基本上是停氣后用氮?dú)馇宄齼?nèi)部氣體。但是，如支管臺防腐中所述的那樣，如果能在不停氣的情況下進(jìn)行涂漆，涂漆操作就會變得簡單，成本也會降低。因此，研究了只留下薄薄一層銹的表面除銹清理（下稱“輕微除銹涂漆法”）便可確保某種程度的防腐性能的涂漆法。

所謂輕微除銹涂漆法就是在除銹作業(yè)時(shí)留下大約100μm厚的銹層。表2示出SST3000小時(shí)后的防腐性能的比較試驗(yàn)。如果留下銹層的厚度在100μm以下，可以使用具有在銹中滲透性能的特殊底漆，如果在其底漆上涂刷普通厚漿型涂料，即使在SST3000小時(shí)后也能確保防腐性能。這是因?yàn)樵诹粝碌?00μm以下的薄銹層中，特殊底漆能完全滲透到銹層中，抑制留下的銹發(fā)生腐蝕所致。

輕微除銹涂漆法僅適用于能源輸送管道或煤氣儲罐的內(nèi)部氣體沒有放出情況下的涂漆處理。另外，試驗(yàn)表明，在留下銹層的厚度大于100μm的情況下或特殊底漆的厚度大于標(biāo)準(zhǔn)涂層厚度的情況下，無法獲得防腐性能，如表2中的No.1所示。

本方法應(yīng)用于實(shí)際涂漆施工時(shí)，在輕微除銹清理過程中對留下銹層的厚度進(jìn)行了測定，以確認(rèn)留下銹層厚度在100μm以下。還有就是采用噴水噴砂法進(jìn)行除銹。例如，對煤氣儲罐的外面涂漆，采用噴水噴砂除銹法可有效進(jìn)行大面積除銹，不僅除銹成本低，而且不會發(fā)生動力工具除銹時(shí)產(chǎn)生火花而引起火災(zāi)的危險(xiǎn)現(xiàn)象。但是，輕微除銹涂漆法在SST3000小時(shí)以上的長久耐用性尚未得到確認(rèn)，因此根據(jù)具體情況，它僅限于無法采用普通表面除銹作業(yè)的情況下使用。

4結(jié)束語

本文介紹了可應(yīng)用于鋼廠基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的涂層診斷技術(shù)和防腐涂漆技術(shù)，并以港口起重機(jī)、能源輸送管道、支管臺和煤氣儲罐為例，介紹了各種涂層診斷技術(shù)和防腐涂漆技術(shù)的應(yīng)用。以下就其內(nèi)容進(jìn)行簡要概括。

1）作為涂層診斷技術(shù)之一，提出了采用表面形狀三維計(jì)測法進(jìn)行涂層診斷的方法，確認(rèn)了涂層老化就是涂層表面發(fā)生鼓起并增大的現(xiàn)象。

2）作為可應(yīng)用于現(xiàn)場的定量涂層診斷方法，提出了采用電離透射電阻測定裝置（RST）測定涂層電阻的方法。作為應(yīng)用事例，列舉了港口起重機(jī)涂層RST值的測定，確認(rèn)了設(shè)備粘附鹽分容易被雨水沖掉部分和不容易被雨水沖掉部分會發(fā)生不同的涂層老化。

3）靠海鋼廠室外設(shè)備的防腐涂漆法要求涂料必須具有很好的耐久性，因此可以厚漿型變性環(huán)氧樹脂涂料作為底漆實(shí)施厚漿型涂漆法。

4）作為能有效防止鋼廠能源輸送管道發(fā)生內(nèi)面腐蝕的防腐涂漆料，可以使用無溶劑型高T_g環(huán)氧樹脂涂料。

5）作為應(yīng)對能源輸送管道支管臺產(chǎn)生縫隙腐蝕的措施，提出了在縫隙中壓入低黏度氨基甲酸乙酯樹脂涂料的防腐處理方法。

6）在能源輸送管道和煤氣儲罐的外部涂漆施工過程中，作為能夠不置換內(nèi)部煤氣且不會引發(fā)火災(zāi)危險(xiǎn)的除銹涂漆施工法，提出了輕微除銹涂漆法和噴水噴砂除銹法。