壓力鋼管腐蝕形態及涂層失效機理探討

張松林

（新疆匯通風電設備股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830023）

1 引言

輸水壓力鋼管是水電站的重要組成部分，水電站的運行、生產直接受到輸水壓力鋼管可靠性和安全性的影響，因此，提高輸水壓力鋼管的可靠性和安全性就顯得尤為重要，壓力鋼管的腐蝕防控也就日益重要。俄羅斯明格查烏爾水利樞紐壓力鋼管的平均銹蝕速度為0.26 毫米/年，日本水電站壓力鋼管的平均銹蝕速度為0.1 毫米/年，而我國水電站的平均銹蝕速度大概為 0.23 毫米/年。壓力鋼管一旦發生銹蝕，那么其安全運行與耐久性都會受到嚴重的影響，甚至還有可能會導致水電站發電量受到大幅度影響。

2 壓力鋼管腐蝕形態

2.1 磨損腐蝕

磨損腐蝕是指壓力鋼管金屬表面同時受到流體造成的腐蝕和磨損雙重破壞。壓力鋼管金屬表面在高速流體的沖擊下會導致保護膜出現破損，破口處的金屬也會使得腐蝕速度加快。

2.2 氣泡腐蝕

氣泡腐蝕是一種特殊形態的磨損腐蝕，又稱空蝕或者氣蝕，它主要發生在有壓力變化環境，且有高速流體運轉的設備。在渦流情況，常有空氣泡卷入高速水流中，夾雜氣泡的快速流動的水流沖擊金屬表面時，保護膜可能被破壞，氣泡破滅產生的沖擊波壓力一般可以高達4000MPa，破壞了壓力鋼管金屬保護膜破壞，甚至還會撕裂金屬粒子，金屬便可能產生局部腐蝕。

2.3 縫隙腐蝕

在電解質溶液中， 金屬與非金屬之間或者金屬與金屬之間由于存在著縫隙，且縫隙寬度能夠讓腐蝕流體加入到縫隙中但又不能流動，只能處于停滯狀態，這樣就導致縫隙內部腐蝕現象加劇，從而形成腐蝕，這種腐蝕就被稱為縫隙腐蝕。縫隙腐蝕通常在飛濺區或者全浸區的部位最為嚴重，縫隙下面會出現快速腐蝕，在海水中都有對縫隙腐蝕敏感的傾向。一旦形成縫隙腐蝕，那么就很難再加以抑制。

3 有機涂層下的壓力鋼管金屬腐蝕失效機理

將有機涂層涂裝工藝應用到壓力鋼管防腐蝕中，是一種較為重要，也是較為基本的防護方法。涂層下的壓力鋼管金屬腐蝕主要是電化學腐蝕。有機涂層是一種高聚物薄膜，對于 O2、H2O 的滲透能夠在不同程度上進行一定的阻緩，但是目前的技術和工藝還不能做到完全隔絕。涂層/金屬界面中滲透O2、H2O，就會形成腐蝕介質；而基體金屬表面的不均勻性和有機涂層的微觀缺陷就導致涂層/金屬界面出現嚴重的不均勻性，從而發生電化學腐蝕。

對于水電站的壓力鋼管而言，引起其涂層失效的最為主要的原因就在于涂層下的金屬腐蝕和暴露引起的老化現象。

3.1 涂層下金屬腐蝕引起的失效

在涂層金屬發生電化學腐蝕的時候，基體金屬與涂層之間的鍵合就會受到陰極反應產物或者陰極反應的嚴重影響，致使基體金屬中的有機涂層出現分離，產生陰極剝離。

對陰極剝離過程，可歸納為3 種機理：第一，有機涂層由于受到界面高pH 水溶液的影響而出現位移，造成剝離；第二，界面金屬氧化物由于受到堿性物質侵害，而堿性物質由陰極反應產生，從而使之溶解導致剝離。第三，涂層有機分子受到堿性物質進攻，造成其與基體金屬的粘合力降解而出現剝離。

3.2 老化失效

涂層老化通常是指壓力鋼管金屬表面表現出開裂、變脆、失去光澤、粉化、變色等。國內外已經有大量的專家學者就老化失效機理進行了深入的研究和探討，認為紫外線照射、晝夜溫差變化引起的張力變化導致有機涂層出現老化。開裂的現象。

4 有機涂層在壓力鋼管上的涂裝

影響涂裝的因素很多，如修補涂裝水平、預涂施工水平、噴涂施工水平、表面處理質量、氣候條件、施工規范等，所以，為了充分地保障壓力鋼管涂料涂裝質量，應該采取嚴格的質量控制和科學的施工工藝。涂裝的過程中應該遵守下列一些基本原則：①在噴涂過程中或者噴涂前，應該將灰塵采取各種預防措施來排除，在噴涂作業后和噴涂作業期間，應該充分地保護好涂上的涂料，一旦發現涂料沒有正確涂敷，那么應該在第一時間內清除并重涂。②涂料涂裝工藝應該嚴格遵守說明書來進行作業，且所有的涂層都可以兼容。③壓力鋼管的所有表面都應該保持干燥狀態，不能在潮濕的天氣下進行噴涂作業，且作業之間應該保障表面無凝結的風化物和水珠。④表面處理應該盡可能地采用噴砂來完成，某些部位為避免毀壞設備，或者空間有限，不利于噴砂作業，則可采用動力工具清理。⑤所有涂料顏色和型號的確定都應該由資格審核的供應商提供，且通過相應管理部門批準。

4.1 表面處理

涂料涂裝的關鍵步驟之一就是表面處理，應嚴格遵守涂層系統和各種涂料的規定，動力工具處理依照SIS-05-5-900-St3 的目視標準，噴砂處理依照標準SIS05-5-900，Sa 2.5，用砂輪機打磨平整邊緣，同時清除掉焊接的潛在氧化皮、分層、碎片、飛濺，尤其要注意磨平或者整圓焊縫、角落、填充物、鋒利邊，清除掉縫隙焊渣；如果空氣的相對濕度大于80%或者表面溫度低于露點3℃，那么就不可以對其表面進行處理。

4.2 涂料的涂裝

涂料現場施工要求：①刷涂時，要刷掉下垂和流掛，盡可能使膜厚均勻，最好刷成平滑的涂層，只有在特殊情況下涂裝作業才可以采用輥筒；②首選工藝應該是噴涂， 現場主要涂裝方法是無氣噴涂，在整個表面均勻地涂敷每道涂層，在噴涂作業之前，應該用毛刷蘸涂料對空隙、螺母、角落、螺絲、小支架、焊縫、邊緣這些部位進行預涂；③在對第一道底漆進行涂裝之前，要保障所有表面都是清潔、無灰塵的，尤其是要用真空吸塵器來清理容器和罐。④要遵守涂料商推薦的復涂時間、涂層干燥時間、混合比、選用設備、作業方法、稀釋劑用量等施工參數。⑤涂裝質量檢驗是涂層的最終控制環節，對涂裝質量要及時進行檢驗，主要控制涂層開裂、流掛、起泡、外觀、針孔、固化情況、溶劑殘留、表面污染物等缺陷。

5 結語

總之，壓力鋼管的腐蝕往往是多種因素綜合作用的結果，其形態也不盡相同。建議根據不同的腐蝕形態，有針對性地采取防護措施，并加強監督檢驗。

[1]陳群堯.涂層及其腐蝕失效機理的研究方法和方向[J].中國腐蝕與防護學報.1997，（04）：112-114.