LNG接收站碳鋼螺栓的腐蝕及防護

秦 冉 中海油石化工程有限公司 濟南 250101

LNG接收站大都位于沿海地區，處于高濕度、高鹽的海洋大氣環境中。參照ISO12944-2規范，高含鹽度的沿海和海上區域屬于較高的腐蝕環境，分級歸為C5類。而LNG接收站中天然氣管道和公用工程管道用到大量的碳鋼螺栓，在這種環境中普通的碳鋼螺栓很快會產生腐蝕，螺栓腐蝕產物膨脹，螺紋咬合在一起，檢修時很難將螺母擰動，只能用氣割切斷，費工費時又費錢，而且隨著時間延長，當一根腐蝕嚴重的螺栓強度不能承受分擔的壓力時發生斷裂，它所承擔的壓力分擔到其他螺栓上，極易引起腐蝕螺栓連鎖斷裂，引發法蘭泄漏，造成不可預估的經濟損失和人身傷害。為避免上述情況的發生，有效防止碳鋼螺栓腐蝕，首先要了解碳鋼螺栓在LNG接收站中腐蝕加劇的原因。

1 碳鋼螺栓在LNG接收站中的腐蝕加劇的原因

大氣中含有水和氧氣，在碳鋼螺栓表面形成一層含氧的薄電解液膜，膜中的氧作為去極化劑去腐蝕碳鋼螺栓，這屬于一種電化學腐蝕。LNG接收站處于沿海地區，由于海水的蒸發，水和鹽分擴散到大氣中形成高濕、高鹽的海洋大氣環境。這種環境下的碳鋼螺栓，表面水膜加厚，更多的氧氣通過水膜到達螺栓表面，而且水膜中還含有海水擴散到大氣中的鹽，水膜變成腐蝕性很強的電解液膜，加速了碳鋼螺栓表面的腐蝕。所以分析其原因是碳鋼螺栓表面形成的強腐蝕性水膜加劇其腐蝕。

2 碳鋼螺栓防腐措施

防止碳鋼螺栓的腐蝕，根源就是防止構成原電池反應環境，消除電化學腐蝕。針對螺栓，由于其帶螺紋的特殊性和經常操作性，其防腐措施還要求不能影響螺紋的正常操作。這就要求防腐措施既要滿足力學性能要求，又要滿足工藝性能要求和環境適應性要求[1]。力學性能要求是基本要求，防腐措施不能改變螺栓本體的化學成分和力學性能；工藝性能要求包括對涂層厚度、旋合性能、耐腐蝕性、結合強度、耐磨性和硬度等要求；環境適應性要求是防腐措施滿足對各種惡劣環境的防腐要求。當前針對螺栓主要采用表面涂層技術對其進行腐蝕防護，另外，在不常檢修的地方可以采用包覆防腐措施。針對LNG接收站特點，下面介紹幾種常用的碳鋼螺栓防腐措施。

2.1 碳鋼螺栓涂層防腐措施

針對碳鋼螺栓，涂層防腐措施比較多，比如粉末滲鋅技術、達克羅涂層技術、電鍍鋅技術、氟碳涂層技術、特氟龍涂層技術、復合涂覆層技術等措施，在LNG接收站中，即海洋大氣環境中，涂層防腐措施常采用粉末滲鋅技術、特氟龍涂層技術和復合涂覆層技術。

(1)粉末滲鋅技術：是一種化學熱處理工藝，采用原子滲透擴散原理，把滲鋅劑和鋼鐵件一起加熱到一定溫度，活性鋅由金屬表面向內部滲透，鐵原子向外部擴散，在金屬表面形成一個均勻的滲鋅層。這種技術工藝成熟，基本無污染。經過滲鋅的螺栓其機械性能不會有大變化，其涂層厚度均勻且可以準確控制，硬度高且耐磨。滲鋅層與基體金屬的結合強度高，且在熱處理工程中碳鋼中的氫原子已擴散逸出，不會出現氫脆的危害。理論上因為滲鋅層是鋅鐵金屬化合物，電位低于鐵而高于鋅，作為陽極犧牲防護，能保護基材碳鋼不被腐蝕，也不像純鋅那樣消耗太快，所以滲鋅層有很強的抗腐蝕能力。而且羅長虹[2]等的試驗證明：在濕度高、鹽度高的海洋大氣環境中，滲鋅層可以實現對碳鋼螺栓的防護。基于粉末滲鋅這些優點，LNG接收站中的碳鋼螺栓可采用這種防腐措施，在某LNG接收站公用工程管道上的碳鋼螺栓就是采用的這種防腐措施。但是這種滲鋅螺栓不能用在不銹鋼法蘭上，它會腐蝕不銹鋼法蘭，所以要注意使用滲鋅螺栓的具體場合。

(2)特氟龍涂層技術：是采用氟樹脂靜電噴涂工藝，經噴涂后基材表面形成涂層的技術。特氟龍涂層是以聚四氟乙烯為基體樹脂的氟涂層。特氟龍涂層具有優良的耐熱和耐低溫特性、耐腐蝕性、滑動性和抗濕性等優點。尤其是其杰出的滑動性能，與大多數材質接觸時都有很低的摩擦系數，特別適用于螺栓涂覆。特氟龍涂層有極強的疏水性，幾乎不受任何介質腐蝕，可作為保護層隔絕腐蝕電解質膜與基材接觸，保護碳鋼螺栓在海洋大氣環境中不被腐蝕。這種涂層螺栓可以用到各種金屬材質的法蘭上，不受法蘭使用材質的限制。但是這種涂層容易在運輸或施工中被破壞，影響其防腐效果。例如在南方某LNG接收站中采用特氟龍涂層技術作為防腐措施對碳鋼螺栓進行防腐，現場發現個別涂層有破損的螺栓腐蝕嚴重。

(3)復合涂覆層技術：復合涂覆層是指不同的兩種或兩種以上的涂層復合組成的防護層。由于螺栓對涂層的厚度有明確限制，一般復合涂層只包含兩種防腐涂層，以解決一種涂層在防腐方面的不足。兩種涂層應該有很好的親和性和融合性，其各自的防護性能優勢互補。有機涂層和無機涂層各有優缺點，滿足復合涂覆層要求。現在復合涂層種類多樣，應針對LNG接收站對螺栓防腐性能的要求，選擇合適的復合涂層。南方某LNG接收站中消防水管道碳鋼螺栓采用的一種復合涂層：YFluo涂層。YFluo涂層由兩種涂層組成，一種是金屬表面特殊處理層，另一種是涂覆在表面處理層的氟聚合物涂層。氟聚合物涂層隔絕了電解質液膜與螺栓碳鋼的接觸，消除發生電化學腐蝕的機會，故能抵抗海洋大氣的腐蝕。YFluo涂層具有優越的防腐蝕性能和耐磨性，由于涂層中含有PTFE或含二硫化鉬潤滑劑，在高負重情況下，涂層不易被破壞，還可提供穩定的扭矩參數。而且YFluo涂層含PTFE、樹脂和特種防腐劑，完全不含鉻的成分，其溶劑主要是水和醇類，加工過程中主要排放水和醇類，對環境沒有不利的影響。這種復合涂層雖然比滲鋅涂層和特氟龍涂層單一一種涂層防腐效果好，但是造價高。

2.2 碳鋼螺栓包覆防腐措施

在LNG接收站中碳鋼螺栓除了采用涂層防腐措施外，還有一種包覆防腐措施。包覆防腐是法蘭、墊片和螺栓一起防腐的一種措施。包括以下兩種類型：

(1)粘彈體防腐技術:是一種典型的包覆防腐措施，結構見圖1。

圖1 粘彈體防腐技術示例

粘彈體防腐技術的核心是粘彈體，粘彈體是一種高性能聚合物材料，是具有特殊粘結性的材料，在一定溫度范圍內，不會隨意流淌、不會固化；一般在使用期內，一直保持這種狀態，并保持良好的水密性和氣密性。粘彈體中因內含祛水劑，故具有非常好的疏水性，排斥水分，水分幾乎不可能穿過防腐層到達金屬表面，所以可徹底杜絕水分侵入，真正抑制腐蝕環境的形成，從根源上斷絕了腐蝕，達到防腐效果，適用于海洋大氣等惡劣腐蝕環境[3]。粘彈體可直接用于不規則表面，無須特殊處理，簡單方便。粘彈體具有液態的特性，在遭受石塊等破壞時，具有自我修補的功能，即使外界環境變化，防腐膠帶不會因為環境變化而龜裂或剝離，仍可以保持與金屬表面的緊密貼合狀態，幾乎不影響密封性能。而且無陰極保護剝離現象、有良好的耐化學性、安全環保，無毒和無致癌物。包覆措施從根源上解決了腐蝕問題，防腐效果好。但是采取這種防腐措施的螺栓不方便拆卸，不方便檢修，不太適合經常拆卸維修的地方。而且這種彈性體材料價格比較貴，一般用在重防腐和不經常維修的地方。

(2)另一種包覆措施是對表面進行處理，涂抹防腐劑或潤滑脂，加裝聚乙烯保護帽進行保護，加裝完成后對邊緣進行密封處理，防止水分進入，空間狹小的采用蠟磁帶包覆防腐，結構見圖2。

圖2 包覆措施示例

這種包覆螺栓雖然沒有粘彈體包覆螺栓防腐性能好，但比粘彈體包覆螺栓易拆卸，檢修方便，且造價比較低。在南方某LNG接收站中采用這種防腐措施，解決了現場碳鋼螺栓因涂層有破損造成的腐蝕問題。

3 結語

以上幾種防腐措施在LNG接收站中均有應用，各有優缺點。要針對具體項目要求，從防腐措施特點及性能、制作成本等因素綜合考慮，采取合適的碳鋼螺栓防腐措施。