广州发电厂有限公司 510160
摘要：传统防腐工艺施工条件要求高、工艺复杂、维护间隔短、使用成本较高。且传统防腐工艺由于其本身防腐原理上的缺陷，难以满足工业生产中长效防腐的要求。以对液氨储罐防腐为例，对液氨储罐腐蚀的特征、机理进行分析，讨论传统防腐方案存在的问题，提出一种新的钛合金纳米重防腐技术。对比表明，新防腐技术应用成熟、安全、长效可靠，值得推广。
关键词：液氨储罐；腐蚀；传统防腐；钛合金纳米重防腐
2011年7月国家颁布新的《火电厂大气污染物排放标准》GB13223-2011，2014年7月广州市政府审议并通过《广州市燃煤电厂“超洁净排放”改造工作方案》，决定实施“50355”工程。为了达到新的环保政策排放要求，SCR脱硝技术在火电厂得到全面推广。该技术所需的氨气，有的厂用的尿素制备生成，有的厂则直接用的液氨。由于液氨有易燃、易爆、有毒、冻伤的风险，存储液氨用的液氨储罐的安全性也被逐渐提到议程，液氨储罐的防腐性能对其安全性尤为重要。
1.液氨储罐的腐蚀特征
在对各电厂液氨储罐的检修维护工作中，发现液氨储罐的腐蚀具有以下特征：腐蚀裂纹主要集中在内表面，且环焊缝上的裂纹要明显多于纵向焊缝，裂纹断口均为典型的脆性裂纹。从裂纹的分布来看，主干裂纹垂直于焊缝方向，裂纹深度较小，长度较长，均为表面裂纹。从裂纹的分布来看，主要集中在手工电弧焊的起始位置、焊缝接头、环缝与纵焊缝连接部位。通过金属无损检测发现，焊缝裂纹呈枞树状，主裂纹明显沿发展方向由宽变细，而分支裂缝偏短。
2.液氨储罐的腐蚀原因
2.1 储罐的材料选择不合理
储罐的材料主要影响其应力腐蚀，并且应力腐蚀随着强度的增高而更加明显。材料中的杂质、储罐中液氨的热力参数变化，都影响不发生应力腐蚀的最低材料强度。因此，储罐在选材时，不但要考虑操作压力等安全参数，也要考虑应力腐蚀对其强度的要求。
2.2 焊接工艺、储罐结构设计不合理
液氨储罐内较明显的腐蚀裂纹大部分集中在焊缝区域，焊接产生的残余应力以及焊缝造成的应力集中，对腐蚀的发展起着至关重要的作用。当材料因应力产生应变后，原来金属表面的氧化膜被破坏，无氧化膜的金属（滑移阶）暴露出来，与有氧化膜的金属表面组成微电池，产生快速溶解。因此，在储罐的制造中，应尽量减少焊缝数量、减少焊缝交叉、避免焊缝过于集中，采取对称焊接，优化焊接顺序，使用正确的热处理工艺降低材料的残余应力。在储罐定期检测中，应进行100%焊缝探伤，对发现的深度超标的裂纹处理时，也需要采用降低应力的焊接工艺。
2.3 空气对储罐的腐蚀
空气中的O2、N2、CO2如果在储罐内长期存在，会与罐内材料的应变相互作用，导致腐蚀迅速发展。N2与O2在一起会产生“竞争吸附”，能够阻止O2在金属表面形成氧化膜，形成应力腐蚀。当罐内还有CO2存在时，会与O2、NH4、Fe反应生成碳基甲酸氨（NH4CO2NH2）。该物质有极其强烈的腐蚀性，能够破坏原有氧化膜，使得罐体内部产生全面腐蚀。
2.4 储罐含水率不合格
正常情况下，含水率应维持在0.2%～1%范围内，当发现水分低于下限时，应及时补充。冷冻机油、油菜籽油、硅油也经常被作为应力腐蚀抑制剂使用。
3.传统防腐方案存在的问题
一个长效防腐蚀涂层体系应该具备四个特点：抗渗透的屏蔽性能、涂层自身成分极其稳定、附着力及湿膜附着优良、内应力小，否则谈不上涂层长效抗渗透、缓蚀、电化学保护三种作用。而传统防腐工艺无法组合实现长效防腐体系的四大特点。因为传统涂料工艺基本上采用的是阴极保护作用，涂层导电，活泼金属的加入造成涂层成分不稳定，极易与酸碱盐溶液反应，加之填料间隙较大，造成抗渗透能力不强，一旦形成划痕，就产生了原电池，形成了大阳极小阴极腐蚀模型，一定程度上延缓腐蚀进程，活泼金属与介质反应后生成的腐蚀产物导电性不佳，一旦腐蚀产生，则阴极保护能力减弱直至消失，甚至堵塞孔隙，产生的腐蚀氢气加之渗透膜的产生，水不断往膜内侧渗透，形成漆膜起泡，附着力丧失。传统防腐因为防腐机理为牺牲阳极的阴极保护型，故涂层必须具有导电性，与基材形成优良的导电网络，故对前处理要求必须达到Sa2.5级以上，并且对施工时湿度及表面洁净度依赖程度较高。
另外传统涂料一般是防锈涂料，缺少防腐性能，必须配套采用中间涂层来隔绝水、酸性、碱性介质的侵入。一旦这些介质的侵入，将会使活泼金属反应形成金属盐，造成涂层孔洞，腐蚀产物膨胀吸水造成涂层剥落。水（水中溶解的电解质）通过一段时间的扩散、毛细管作用渗入涂层内部，薄膜液下腐蚀加快，故传统涂料初期防锈功能不错，但后期防锈功会越来越差。
4.钛合金纳米重防腐技术的特性及优势
钛合金纳米重防腐技术性能优势分述如下：
4.1 涂膜附着力强
纳米粒子的特性，涂膜极为致密，涂膜抗渗透性好；纳米粒子与高分子的交联，形成更多的活性键，附着力特别是湿膜附着力强。特别是湿膜附着力强，金属上可达22～27MPa以上，是长效防腐的基本保障。
4.2 耐化学介质浸泡性好
材料耐受中低浓度的无机酸、碱；有机酸、碱；中低极性溶剂、各类油品、海水、各类工业介质等长期浸泡。钛合金及稀有金属纳米在涂料中发挥了耐蚀和键合双重功能，涂膜成分稳定，耐化学介质浸泡性能远远超过传统涂料。
4.3 防腐效果好且性能稳定
因为采用的不是牺牲阳极或缓蚀作用的电化学防锈原理，而是通过涂膜的致密度、涂层成份的稳定性、钛及稀有金属纳米颗粒与高分子之间的化学交联，提高了附着力特别是湿膜附着力，不会出现初期防腐效果好而后期防腐效果差的问题。
4.4 施工要求低、简便
对前处理要求宽泛，比普通涂料如富锌涂料等对前处理要求相比不那么苛刻，对潮气不敏感，可在-10～40℃施工，耐温区间可在-60～150℃之间长期使用。
一般采用钛合金纳米重防腐涂料配合超高压水刀除锈工艺，与传统防腐相比，无需中层涂料，施工更为简便（见下表一）。内壁涂料底面合一，一种涂料多次施工即可，外壁底面配套，无需中间涂层，减少了涂装工序，表干时间快，十到二十分钟即可施工第二遍，极大的缩短了工期。
4.5 使用及维护成本低
鉴于该涂料防腐机理，防腐效果时间长，平均寿命为普通涂料3～5倍，因此可以大大延长了其设备的维修周期，减少维修次数，单位平方防腐费用仅是普通涂料的三分之一左右，成本降低明显。
5、应用及结论
某燃煤电厂2011年完成SCR脱硝技术改造，2台2300MW机组共用1套液氨储存及供应系统。系统配备有2台60m3常温液氨卧罐。设备投运初期采用富锌涂料防腐，经多年使用，液氨储罐涂层起泡，焊缝、法兰及管道腐蚀尤为严重。由于氨区在电厂属重大危险源，一旦泄漏，后果严重。2015年初，该厂选用钛合金纳米重防腐涂料配合超高压水刀除锈工艺，采用聚氨酯面漆涂装，成功对电厂氨区液氨储罐及其法兰、管道进行防腐施工。使用至今，未发现新的腐蚀。
相对于传统防腐工艺，钛合金纳米重防腐技术有着及其明显的优势。该技术在液氨储罐防腐方面应用成熟，安全、经济、社会效果显著，值得推广。
参考文献：
[1]王波慧.浅析某公司液氨储罐的清洗原因、方法及效果[J].环境保护与循环经济，2014，34（9）：51-53.
[2]高华梅.某液氨储罐重大危险源评估与安全对策措施[J].化工安全与环境，2016，（35）：13-15.
[3]王海全.液氨储罐筒体腐蚀原因分析及防范措施[J].化学工程与装备，2014（1）：123-123.
[4]李莎莎，申春淼，徐颖，杨奔奔，芦玉峰.纳米重防腐有机涂层体系中纳米环氧封闭底漆的作用[J].涂料工业，2017，47（2）：13-17.
论文作者:方常
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/27
标签：储罐论文; 裂纹论文; 涂层论文; 液氨论文; 纳米论文; 应力论文; 涂料论文; 《基层建设》2017年第21期论文;