熱噴鋁技術在工業火炬塔上的應用

萬金鳴　劉東儉　陳偉

【摘 要】分析了工業火炬塔在高溫腐蝕環境中所面臨的防腐難題，介紹了熱噴鋁技術的防腐機理，耐高溫機理，工藝流程和技術難點。為工業火炬塔防腐工藝的制定提供了有價值的信息。

【關鍵詞】工業火炬塔;熱噴鋁;防腐蝕;耐高溫;工藝

中圖分類號： TG174.4 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）10-0051-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.10.019

Application of Thermal Spray Aluminum on Industrial Flare Tower

WAN Jin-ming LIU Dong-jian CHEN Wei

（CATARC Yancheng Automotive Proving Ground， Yancheng Jiangsu 224000， China）

【Abstract】The anti-corrosion problem of industrial flare tower in high temperature corrosion environment was analyzed. The anti-corrosion and high temperature resistance mechanism， application process and technological difficulty of hot spray aluminum technology are introduced. It provides valuable information for the formulation of the anti-corrosion technology of the industrial flare tower.

【Key words】Industrial flare tower; Thermal spray aluminum; Anti-corrosion; High temperature resistance; Process

0 引言

腐蝕和磨損是材料的兩大失效形式，其造成的損失是十分巨大的。目前涂裝和電鍍技術已經廣泛應用于大氣環境下鋼鐵的防腐處理，使得鋼鐵材料的腐蝕情況得到有效的控制。但是諸如化工廠的火炬塔、海洋工程裝置的火炬塔等，這類面臨特殊腐蝕環境的工業鋼結構，其防腐處理一直是一項難題。

由于火炬塔頂端會長期點火燃燒各類工業廢氣，因此受熱輻射影響，火炬塔頂端點火平臺下方一定范圍內的鋼結構將處于約450℃的持續高溫腐蝕環境中，在這種持續的高溫腐蝕環境下，涂層和鍍層容易發生失效而失去防腐作用。此外，工業火炬塔多服役于工業腐蝕區或海洋腐蝕區，長期經受酸雨或海洋大氣環境的侵蝕，對于涂層的防腐蝕性能也有更高的要求。因此諸多此類結構都采用防腐蝕和耐高溫性能優良的熱噴鋁涂層體系。

1 熱噴鋁的防腐和耐高溫機理

熱噴鋁是金屬熱噴涂的一種形式，利用某種熱源（如電弧、等離子弧、火焰等）將絲狀或粉末狀的金屬鋁加熱至熔融或半熔融狀態，再借助熱源的焰流或外加的高速氣流，將熔融或半熔融狀的鋁噴射到經過處理的金屬底材表面上，在表面形成一層具有防腐保護作用的金屬鋁涂層[1]。

熱噴鋁的鋁純度在99.6%以上，密度為2.72g/cm3，鋁的熔點為660℃高于腐蝕環境的溫度，所以鋁涂層應用于450℃的腐蝕環境中不會受到高溫的影響。

鋁涂層在大氣中極易形成致密的氧化鋁薄膜，這層氧化膜在各種大氣、海水和淡水中具有很高的化學穩定性和耐蝕性，因此適用于各種大氣、淡水和海水環境以及pH值為4.5-8.5的溶液及其它氧化性環境中。鋁涂層對金屬表面起隔離保護作用，較好地將金屬基體與空氣、水及其他介質隔離[2]。熱噴鋁施工完成后采用有機硅耐高溫漆進行覆蓋，可以排出多孔表面的空氣，起到封閉涂層并增強附著力和耐高溫性能的作用。

2 工藝流程

首先根據火炬塔的溫度場分布情況確定出火炬塔“高溫區域”、“過渡區域”和“常溫區域”的范圍。具體分布情況如圖1火炬塔區域分布圖所示：

高溫區域的溫度范圍：180≤t≤450℃;常溫區域的溫度范圍：t<180℃;過渡區域指高溫區域和常溫區域之間預留300mm作為涂層體系過渡搭接區域。

具體工藝流程如下：

（1）火炬塔整體表面處理后在高溫區域和過渡區域施工熱噴鋁涂層，鋁涂層干膜厚度200～250μm;

（2）在高溫區域的熱噴鋁涂層上施工一道有機硅耐高溫漆，干膜厚度30～40μm，作為封閉漆，兼顧耐高溫作用。同時，考慮涂層搭接問題，有機硅耐高溫漆需要向下延伸施工至過渡區域和常溫區域的分界線處;

（3）最后在常溫區域施工兩道酚醛環氧漆，每度干膜厚度125～150微米。同樣考慮到涂層搭接問題，酚醛環氧漆需向上延伸施工至過渡區域和高溫區域的分界線處，即需要覆蓋到封閉漆上。

按照以上工藝流程施工后，各區域的最終涂層系統如表1所示：

3 熱噴鋁的技術難點

（1）熱噴鋁方法的選擇：熱噴鋁的施工方式主要有線材火焰噴涂和電弧噴涂兩種方法，線材火焰噴涂采用氧-乙炔焰作為熱源，其特點是輕便、靈活、機動性好。電弧噴涂生產效率高，生產效率正比于噴涂電流。一般情況，電弧噴涂的生產效率是火焰噴涂的3倍以上。同時，電弧噴涂的涂層附著力，一般是火焰噴涂的2倍。結合火炬塔施工面積大、腐蝕環境特殊和涂層附著力要求高的特點，選用電弧噴涂更為合適。

（2）底材的表面處理：熱噴鋁施工為鋁顆粒堆積、重疊的過程，涂層的附著力是物理結合，因此對底材的表面處理要求很高，表面處理質量直接影響鋁涂層的附著力進而影響防腐性能。一般情況下，底材在施工熱噴鋁涂層前，所有邊緣、拐角和焊縫應至少打磨至半徑為2mm的倒角。火焰切割區域和焊接飛濺應按照標準ISO 8501-3 P3等級要求進行打磨[3]，之后整體沖砂至ISO 8501-1的Sa3.0級，表面粗糙度為75μm以上。

（3）熱噴鋁的施工效率較低，一般只有20-30m2/h。同時，火炬塔類鋼結構的構造復雜，施工面積大，并且沖砂處理后的底材表面需在出現任何返銹前進行噴涂，所以對施工方式和計劃的把控要求很高。一般情況下，熱噴鋁的施工由上至下逐層進行，沖砂、噴鋁、封孔和涂裝連續交替進行。

4 結束語

自20世紀40年代熱噴鋁涂層在英國首次應用以來，得到了世界各國的高度重視并開展了廣泛的研究[4]。加之現代計算機技術、傳感器技術、自動化及機器人技術與熱噴鋁技術的結合和滲透，使得它的深入發展和規模化施工均有大幅度的進步和提高。因此，在不遠的將來，熱噴鋁在工業和海洋工程領域一定會有更加廣泛的應用空間。

【參考文獻】

[1]高國強，陳龍富，梁羽等.導管架腿內熱噴鋁施工工藝[J].新技術新工藝，2013，（5）：77-81.

[2]鄧津林.自升式鉆井平臺樁腿腐蝕分析及防護措施[J].石油和化工設備，2014，17（5）：68-71.

[3]易桂虎，孫德光等.熱噴鋁技術在模塊化工廠中的應用[J].涂層與防護，2018，39（9）：1-4.

[4]張忠禮.鋼結構熱噴涂防腐蝕技術[M].北京：化學工業出版社，2004：5-7.