法蘭腐蝕問(wèn)題分析及解決方案

洛佩茲胡安，于歌，鄧炳華

(貝爾佐納高分子有限公司，哈羅蓋特 HG14DS)

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法蘭腐蝕問(wèn)題分析及解決方案

洛佩茲胡安，于歌，鄧炳華

(貝爾佐納高分子有限公司，哈羅蓋特 HG14DS)

摘要：針對(duì)管道系統(tǒng)中的法蘭腐蝕問(wèn)題，介紹了現(xiàn)階段常用的保護(hù)方案，提出了新型可剝離密封膜系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試了該系統(tǒng)的耐腐蝕性能、粘附性能、脫模性能及彈性。該系統(tǒng)可為法蘭提供長(zhǎng)期、全面的保護(hù)，避免了法蘭泄漏的潛在風(fēng)險(xiǎn)，為法蘭連接的檢修與監(jiān)控提供了有效的解決方案。

關(guān)鍵詞：法蘭腐蝕可剝離密封膜系統(tǒng)解決方案

1法蘭的腐蝕問(wèn)題

法蘭連接的完整性對(duì)于輸送流體管道系統(tǒng)至關(guān)重要。無(wú)論是輸送化學(xué)介質(zhì)(如碳?xì)浠衔?的管道系統(tǒng)，還是供水管線，法蘭連接泄漏都會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境及經(jīng)濟(jì)影響，甚至可能帶來(lái)巨大的安全隱患。如果法蘭沒(méi)有采取保護(hù)措施，暴露在腐蝕性環(huán)境或受污染的工業(yè)大氣中，腐蝕速率會(huì)很快。另外，由于法蘭連接的幾何形狀復(fù)雜，極易出現(xiàn)2個(gè)法蘭面之間的間隙腐蝕以及不同金屬間的電偶腐蝕問(wèn)題，都會(huì)嚴(yán)重?fù)p害管線系統(tǒng)的完整性。

為了滿足苛刻的生產(chǎn)需要，減少因泄漏而造成的突發(fā)性停機(jī)，有效的監(jiān)控及檢測(cè)是必不可少的。通常技術(shù)人員更關(guān)心法蘭面之間出現(xiàn)的泄漏問(wèn)題，而忽略了對(duì)緊固件與管道外部的保護(hù)，在惡劣的外部環(huán)境中可能會(huì)造成極為嚴(yán)重的后果。外部保護(hù)不足會(huì)加速并擴(kuò)大法蘭與緊固件的受損，使整個(gè)密封系統(tǒng)加速惡化，可能會(huì)迅速破壞系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完整性，造成密封失效。

由于法蘭連接密封面的目測(cè)檢查只能在整個(gè)系統(tǒng)停機(jī)時(shí)才可以進(jìn)行，檢查程序應(yīng)該盡量簡(jiǎn)單，因而應(yīng)首先消除外部的腐蝕。如果無(wú)法停機(jī)，則只能利用超聲波技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，在外部腐蝕無(wú)法控制的情況下，該過(guò)程將更復(fù)雜且無(wú)法得到精準(zhǔn)的測(cè)試結(jié)果。因此，為了監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)并提供有效可行的質(zhì)量控制與檢修程序，法蘭與緊固件的外部腐蝕防護(hù)至關(guān)重要。

2現(xiàn)有解決方案

理想的解決方案應(yīng)該兼顧優(yōu)秀的防腐保護(hù)性能與簡(jiǎn)便的施工程序，而且應(yīng)適合各種尺寸與形狀的法蘭，并可在檢修時(shí)很方便地操作螺栓。目前市場(chǎng)上常用的解決方案包括：

1) 維護(hù)油漆解決方案。維護(hù)油漆是可以直接粘結(jié)在基材上的硬膜，一般為環(huán)氧或聚氨酯類的涂料。法蘭存在很多棱角與邊緣，由于邊緣變薄效應(yīng)，常規(guī)油漆系統(tǒng)很難有效地覆蓋邊緣。加厚涂層雖然會(huì)解決邊緣保護(hù)的問(wèn)題，但同時(shí)會(huì)封死緊固件導(dǎo)致后續(xù)維修時(shí)無(wú)法拆卸。另外，操作螺栓時(shí)會(huì)破壞涂層，在維修之后必須重新涂裝。

2) 機(jī)械解決方案。主要通過(guò)保護(hù)罩和夾具密封法蘭以及法蘭面的間隙，通常為不銹鋼或塑料材質(zhì)配有橡膠密封條。這種保護(hù)方式靈活性較差，需要存儲(chǔ)與各種尺寸的法蘭完全匹配的外罩或夾具。

3) 膠帶或半固態(tài)防腐帶解決方案。卷狀包裝的膠帶(如礦脂膠帶、蠟質(zhì)或彈性聚合物的包扎帶)通過(guò)纏裹在基材表面進(jìn)行保護(hù)。由于半固態(tài)聚合物的防水性較好，這種保護(hù)方式可以提供可靠的防腐保護(hù)。但是，如果法蘭外形復(fù)雜，這種材料不僅耗時(shí)而且施工困難。在需要拆裝螺栓的時(shí)候，材料相對(duì)柔軟、切割方便，但在拆裝后很難重新密封并恢復(fù)原有的保護(hù)，一般需要重新施工。

4) 熱熔性塑料解決方案。熱熔性塑料實(shí)質(zhì)上是一種高溫加熱的蠟狀可熔性聚合物，通過(guò)專業(yè)熱熔設(shè)備噴涂到基材表面上。這種保護(hù)方式的優(yōu)勢(shì)在于可再熔并且可以重復(fù)利用，節(jié)約成本。但此方式還需要?jiǎng)踊鹱鳂I(yè)、專業(yè)設(shè)備以及施工服務(wù)，雖然可以重新利用，但是在檢修時(shí)不易打開(kāi)和密封。

5) 聚合物密封袋解決方案。密封袋可以將法蘭完全包裹起來(lái)，其成分是由低滲透性聚合物、緩蝕劑蒸汽和干燥劑組成。它安裝便捷，但是袋子的兩端僅用膠帶密封，而不是采用持久有效的機(jī)械粘結(jié)。袋子內(nèi)部存在大面積的蒸汽空間，容易聚集大量的水分，緩蝕劑也會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)被消耗掉。

上述方案雖然能起到一定的防腐保護(hù)作用，但在施工、檢維修方面仍存在一些缺陷，需探索研發(fā)有效的解決方案，為法蘭提供長(zhǎng)期、全面的保護(hù)。

3新型可剝離密封膜系統(tǒng)

針對(duì)法蘭腐蝕問(wèn)題，貝爾佐納公司運(yùn)用聚合物的化學(xué)作用，研發(fā)了一套既堅(jiān)韌又具有足夠彈性的新型可剝離密封膜系統(tǒng)，它可以被用力向后剝離但不會(huì)被撕裂，具有橡膠的彈性，且完全不含異氰酸酯和有毒金屬催化劑。該系統(tǒng)是為法蘭、緊固件以及相關(guān)的管道提供保護(hù)而專門設(shè)計(jì)的，可以粘結(jié)在手工處理的基材上，無(wú)需動(dòng)火作業(yè)，使得施工安全簡(jiǎn)便。

該系統(tǒng)采用緩蝕劑作為底膠，提供整體的腐蝕保護(hù)，同時(shí)涂層自身具有很強(qiáng)的粘結(jié)性，可以排除系統(tǒng)內(nèi)的全部水分。

3.1系統(tǒng)耐腐蝕性能

該系統(tǒng)耐腐蝕性能已經(jīng)通過(guò)鹽霧測(cè)試，通過(guò)將樣本持續(xù)放置在鹽霧環(huán)境中來(lái)評(píng)估涂層的抗腐蝕性。鹽霧箱將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氯化鈉溶液轉(zhuǎn)化為35 ℃的高溫鹽霧。測(cè)試樣本為組裝的法蘭連接，一側(cè)為裸鋼，一側(cè)涂有該密封膜系統(tǒng)。

將樣本在鹽霧環(huán)境中持續(xù)暴露1000h，密封膜系統(tǒng)下面未發(fā)現(xiàn)任何腐蝕跡象。與之相比，法蘭另一側(cè)的裸鋼部分出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕。

3.2系統(tǒng)粘附性能

為了確保端口能夠持久地密封并排除濕氣，該系統(tǒng)需要具備極佳的粘附力，尤其要與人工處理的表面能緊密粘附在一起。根據(jù)ASTM D429及ISO8510-1，在經(jīng)過(guò)手工表面處理的3種不同基材上進(jìn)行粘附力測(cè)試，見(jiàn)表1所列。結(jié)果表明密封膜在3種基材上均出現(xiàn)膠凝內(nèi)聚力失效而并非粘附力失效，即在基材上的粘附力大于聚合物材料本身的膠凝內(nèi)聚力，證明密封膜具有優(yōu)越的粘附性能。

表1　粘附力測(cè)試結(jié)果

3.3系統(tǒng)脫膜性能與彈性

該系統(tǒng)的另一特點(diǎn)是施工人員可以很方便地操作緊固件。當(dāng)需要維修的時(shí)候，只需用刀片插入法蘭面空隙間的密封膜，順著法蘭的圓周劃開(kāi)。然后將密封膜分成兩半，也可以將其與塑料帽一同向后撥開(kāi)，露出法蘭與螺栓。在維修完成后，可以再將密封膜折回到原有的位置。

為了滿足可剝離的特性，密封系統(tǒng)必須既堅(jiān)固又具有彈性。拉伸強(qiáng)度、延伸強(qiáng)度及撕裂強(qiáng)度的測(cè)試根據(jù)ASTM D412和ASTM D624嚴(yán)格進(jìn)行。在管道上涂層終結(jié)的兩端以及法蘭面圓周處使用增強(qiáng)帶，可以在檢測(cè)時(shí)的剝離及密封過(guò)程中增加聚合物材料在關(guān)鍵受力區(qū)域的強(qiáng)度，使該系統(tǒng)具有更優(yōu)越的彈性及強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2所列。

表2　拉伸強(qiáng)度、延伸強(qiáng)度與撕裂強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

需要重新密封的時(shí)候，法蘭圓周必須進(jìn)行清潔處理，清除所有的灰塵、油脂以及表面的污染物。然后使用密封膜刷涂在切開(kāi)的保護(hù)系統(tǒng)圓周上，進(jìn)行簡(jiǎn)單快捷的修復(fù)保護(hù)。

4結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)法蘭防腐問(wèn)題，雖然市場(chǎng)上已有不同的解決方案，但大多數(shù)方案無(wú)法同時(shí)具備極佳的防腐保護(hù)、簡(jiǎn)便的安裝、適合各種法蘭尺寸與形狀、檢修方便等性能。可剝離密封系統(tǒng)經(jīng)過(guò)精密的研發(fā)后，在中國(guó)某天然氣凈化廠進(jìn)行了成功的施工，為凈化裝置富三甘醇管線上出現(xiàn)腐蝕的法蘭提供長(zhǎng)久全面的保護(hù)，避免了法蘭泄漏的潛在風(fēng)險(xiǎn)。該系統(tǒng)為法蘭連接的檢修與監(jiān)控提供了新穎獨(dú)特的解決方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]ASTM． ASTM D429 Standard Test Methods for Rubber Property — Adhesion to Rigid Substrates [S]. West Conshohocken： American Society for Testing and Materials, 2003.

[2]ASTM． ASTM D412 Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers — Tension [S]. West Conshohocken： American Society for Testing and Materials, 2002.

[3]ASTM． ASTM D624 Standard Test Method for Tear Strength of Conventional Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers [S]. West Conshohocken： American Society for Testing and Materials, 2000.

[4]ASTM． ASTM B117 Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus [S]. West Conshohocken： American Society for Testing and Materials, 1995.

[5]ISO． ISO 8510—1 Peel Test for a Flexible-bonded-to-rigid Test Specimen Assembly — Part 1： 90 Degree Peel [S]. Ceneva： International Organization for Standardization, 1990.

中圖分類號(hào)：TG172

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1007-7324(2015)04-0070-02

作者簡(jiǎn)介：洛佩茲胡安，男，西班牙人，畢業(yè)于西班牙格拉納達(dá)大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于英國(guó)貝爾佐納高分子有限公司。

稿件收到日期： 2015-03-05。