煉化企業保溫層下腐蝕與控制*

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(1.合肥通用機械研究院 國家壓力容器與管道安全工程技術研究中心，安徽 合肥 230031；2.安徽省壓力容器與管道安全技術省級實驗室，安徽 合肥 230031)

保溫層是煉化企業設備和管道表面常用的覆蓋層，工藝上可以有效地利用保溫層達到節能降耗的作用，并可避免裝置操作人員遭受高溫燙傷。但由于設備或管道的結構不連續性、管件部位及小接管部位的保溫層不能有效地貼合金屬表面,或者保溫材料致密性差和積水等問題，容易造成貼合面積液，形成保溫層下腐蝕(簡稱CUI)。CUI嚴重制約著裝置的長周期運行，某煉化企業2010年因保溫層下腐蝕造成3次非計劃停工，2011年造成5次非計劃停工[1]。由于CUI在保溫層下形成，具有隱秘性，安全隱患較大。統計結果表明，煉化行業中有至少60%的管道失效是由CUI引起的，維護費用占總維修費用的10%[2]。由此可見，CUI引起直接的和間接的經濟損失巨大，保溫層的有效質量及CUI有效檢查方法顯得尤為重要。

1 CUI機理及影響因素

1.1 CUI機理

反應主要發生在碳鋼或低合金鋼設備或管道表面，形成疏松的腐蝕產物，無法保護設備或管道，腐蝕形態為均勻腐蝕減薄和局部坑蝕。對于奧氏體不銹鋼管道，一般是保溫材料中含有的氯化物形成的應力腐蝕開裂和點蝕。

1.2 CUI影響因素

NACE RP0198—2004 《保溫層和防火材料下腐蝕控制——系統的方法》提到：CUI一般發生在-4～175 ℃，在達到水的沸點之前，溫度上升15～20 ℃，腐蝕速率則會加倍。

首先，外部環境對CUI的影響較大。相對而言，冷卻塔附近、蒸汽排放口附近、噴淋系統附近、工藝凝液、潮濕氣體侵入、酸蒸氣區域、空氣中的水分頻繁或持續冷凝和再次蒸發的場合及間斷使用的碳鋼系統更容易發生CUI。

其次，保溫層本身含有的腐蝕性介質(如氯化物、氟化物和硅酸鹽等)溶于水形成酸性環境，加劇CUI進程，并容易引起奧氏體不銹鋼的開裂。根據GB/T 17393—2008 《覆蓋奧氏體不銹鋼用絕熱材料規范》的要求，保溫層中對可溶出氯離子及氟離子含量要求見表1。

最后，結構不連續處(如法蘭、閥門、小接管等朝上易進水的地方)為避免進水增設密封處理也是影響CUI的一個重要因素，在CUI檢測時尤其要注意這些結構不連續的地方。

表1 可溶出氯離子和氟離子質量分數的要求w,%

2 CUI檢查

煉化企業設備或管道保溫層下檢查主要是針對溫度小于150 ℃且運行時間長的保溫系統，這類系統容易產生冷凝水及外防護層破損進水。主要檢測方法有宏觀外部檢查、超聲波厚度測量、紅外熱成像、導波超聲測量、剖面射線照相、閃光射線照相、射線實時成像、脈沖渦流技術和射線數字成像等。目前，比較經濟有效的方法是紅外熱成像、導波超聲測量、宏觀檢查及超聲波厚度測量的配合使用。

紅外熱成像和導波技術可以對高空管線等比較難以檢測的管線進行初步篩選，若情況良好，則不必再拆除保溫層檢查；對于有破損及腐蝕嚴重的系統，或現場難度小的保溫系統進行保溫拆除后的宏觀檢查，并在有腐蝕的地方進行超聲波厚度測量，可與深度尺配合使用測量腐蝕深度。主要檢測步驟見圖1。

圖1 主要檢測步驟

某煉化企業檢查了外部腐蝕管道247條，其中帶保溫管道104條，基本上帶保溫管線或多或少都存在保溫層下腐蝕，保溫層下腐蝕較嚴重的有38條管道，占所有檢查管道的15.4%。無保溫管道143條，大氣腐蝕嚴重的14條，占所有檢查管道的5.7%。外腐蝕問題集中在帶保溫層的管道。腐蝕所占比例見圖2。

圖2 腐蝕所占比例

從工程案例方面看，保溫層下腐蝕主要形式是碳鋼和低合金鋼外表面的腐蝕，主要表現為均勻腐蝕及局部點蝕。典型的均勻腐蝕主要出現在管道結構改變、整體保溫狀況欠佳和容易積水的區域，主要表現為外壁整體腐蝕(見圖3)。外壁局部腐蝕易發生在管道彎頭區域(見圖4)。在實際檢查過程中，測厚所使用的耦合劑如不及時處理，也會在實際運行過程中造成一定程度的腐蝕，影響設備的安全運行(見圖5)。

圖3 管線外壁腐蝕

圖4 彎頭局部腐蝕

圖5 凝液包接管外壁腐蝕坑

3 CUI控制措施

設備及管道在運行時需要保溫，保溫層下腐蝕不可避免，要建立正確的涂裝及保溫的方式與方法，降低系統因保溫層下腐蝕而失效的概率。

(1)選擇合適的保溫材料外防護層。對于外防護層的選擇需要考慮經濟成本、實用性、管道的復雜程度以及基體的工況溫度等因素。外防護層很容易受到氣候、化學腐蝕以及機械損傷，需要經常性地進行維護。實踐證明，將鋁箔用作保溫層下腐蝕的外防護層，不僅可以作為屏障阻止腐蝕介質接觸金屬表面，而且還能對金屬起陰極保護作用。

(2)正確選擇保溫材料。在發生保溫層下腐蝕的溫度范圍內，吸水性材料會加速保溫層下腐蝕，而疏水性材料則可以抑制保溫層下腐蝕。因此選用疏水材料做保溫材料更有利于保溫層下腐蝕的防護。

(3)保溫層下金屬外表面防護涂層。熱噴鋁涂層能有效預防碳鋼的保溫層下腐蝕。通過良好的保溫措施和適當的涂層可以緩解保溫層下腐蝕。正確的安裝和維護能阻止大量的水進入，最近幾年，在保溫層下設備和管道經常發生腐蝕的地方應采用涂層防腐蝕系統。

4 結 語

CUI影響設備及管道的安全運行,也制約裝置的長周期運行。正確選擇涂層、保溫材料及安裝方式并對運行時間較長的外保溫層進行定期更換可有效地減緩CUI。同時，研究CUI檢查與監測設備，可以在不拆除保溫層的情況下提高檢驗的有效性，從而及時更換保溫層，抑制CUI發生。

[1] 黃赟.保溫層下金屬材料的腐蝕與防護[J].石油化工腐蝕與防護，2013,30(3):15-17.

[2]FITZGERALD B J,WINNIK S.A corrosion under insulation prevention strategy for petrochemical industry piping[J].Corrosion Management,2004,57(1):15.

[3]BRUCE R.Preventing corrosion under insulation in chemical manufacturing facilities[J].Journal of Protective Coatings & Linings,1998(5):40.

[4] 姜瑩潔，鞏建鳴，唐建群，等.保溫層下金屬材料腐蝕的研究現狀[J].腐蝕科學與防護技術，2011，23(5):381-385.

(編輯 張向陽)