基于SEBF涂裝技術的粘纖生產設備腐蝕防護方法

鄭蓉

摘 要：針對粘纖生產設備在工作過程中會受到溫濕度環境的影響，導致粘纖生產設備出現了大面積的腐蝕現象，為了避免粘纖生產設備出現大面積腐蝕，提出了基于SEBF涂裝技術的粘纖生產設備腐蝕防護方法。根據SEBF系列的防腐涂料的性質，設計了SEBF涂裝工藝流程，通過分析粘纖生產設備SEBF涂裝的具體步驟，完成了粘纖生產設備的SEBF涂裝，利用粘纖生產設備腐蝕涉及到的概率分布，分析處理了粘纖生產設備腐蝕數據，通過Gembel分布的表達式，建立了粘纖生產設備腐蝕的密度函數，結合逆轉周期與積分概率位置之間的關系，建立了粘纖生產設備腐蝕評估模型，利用數值方法求解了犧牲陽極陰極保護法的狀態方程，根據犧牲陽極保護方法的特點，對粘纖生產設備腐蝕防護進行了有限元計算，實現了粘纖生產設備腐蝕的防護。實驗結果表明，基于SEBF涂裝技術的粘纖生產設備腐蝕防護方法在最長工作時間、工作效率和維修成本3個方面，都具有較高的性能，可以避免粘纖生產設備出現大面積腐蝕。

關鍵詞：建筑材料;可循環利用;材料資源

中圖分類號：TG172 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）06-0123-05

Abstract：The viscose production equipment will be affected by the temperature and humidity environment in the working process， which leads to the large area corrosion phenomenon of viscose production equipment. In order to avoid large area corrosion of viscose production equipment， a corrosion protection method of viscose production equipment based on SEBF coating technology is proposed. According to the properties of SEBF series anti-corrosion coatings， the SEBF coating process was designed. Through analyzing the specific steps of SEBF coating of viscose production equipment， SEBF coating of viscose production equipment was completed. The corrosion data of viscose production equipment was analyzed and processed by using the probability distribution involved in the corrosion of viscose production equipment. Through the expression of Gembel distribution， the density function of the corrosion of viscose fiber production equipment is established， combined with the relationship between the reversal period and the position of the integral probability， the corrosion evaluation model of viscose fiber production equipment is established， the equation of state of the sacrificial anode cathodic protection method is solved by numerical methods. According to the characteristics of sacrificial anode protection method， the corrosion protection of viscose fiber production equipment is calculated by finite element method， and the corrosion protection of viscose fiber production equipment is realized. The experimental results show that the corrosion protection method of viscose fiber production equipment based on SEBF coating technology has high performance in three aspects of longest working time， work efficiency and maintenance cost， which can avoid large area corrosion of viscose production equipment.

Key words：SEBF coating technology; viscose production equipment; corrosion protection; evaluation model; finite element calculation

0 引言

現階段，粘纖工業作為世界化纖工業的主要領域，正在逐漸朝向大容量和大型化的方向發展，對生產設備的要求也非常精密[1]。粘纖設備生產裝置的自動化程度和一體化程度會隨著社會經濟的發展越來越高，但是產生的粘纖生產設備的造價也變得越來越高。因此，粘纖在生產過程中的設備會出現嚴重腐蝕的現象，至今也引起了人們的高度重視[2]。對于粘纖生產系統而言，每一個年度當中，大、中型生產設備產生的維修費用平均就可以達到500～600萬元，且每一臺維修設備的維修周期也很長，一般可以達到1～2年，然而報廢的粘纖生產設備并不是均勻的磨損腐蝕，只是局部出現了腐蝕穿孔。國家金屬腐蝕與防護研究所最近幾年開始研發SEBF系列的涂裝技術，并在煤炭、石油、化工、電力以及機械等領域得到了廣泛應用，也取得了非常優秀的成果，與此同時也為各大企業帶來了前所未有的經濟效益[3]。

汪洪濤等人[4]認為采用大口徑鋼質頂管是解決城市供水問題的基本措施，鋼質頂管實施工藝為腐蝕防護技術帶來很多難題，大口徑鋼質頂管腐蝕防護涂層要保證在鋼管頂進過程中涂層的破壞性達到最小，在非開挖的前提下需要為其提供犧牲陽極的安裝條件，研制開發的高性能防護涂層加犧牲陽極保護陰極的防護方法經過現場試驗可以滿足腐蝕防護的需要;趙陽等人[5]以北方一重工業城市的雪水為腐蝕溶液，采用3.5%氯化鈉溶液作為對比介質，利用動電位極化曲線研究了雪水對碳鋼的腐蝕性，結果表明，雪水的腐蝕性與3.5%氯化鈉溶液比較接近，又結合動電位極化研究了碳鋼在雪水中腐蝕防護的可行性，結果顯示，鎳-銅-磷化學鍍層和氯化鈰都可以用于碳鋼材料的防護，并作為重工業污染大氣環境中的腐蝕防護涂層和緩蝕劑。

基于以上研究背景，本文將SEBF涂裝技術應用到了粘纖生產設備腐蝕防護中，從而增強粘纖生產設備腐蝕的防護性能。

1 粘纖生產設備腐蝕防護方法設計

1.1 SEBF涂裝粘纖生產設備

SEBF系列的防腐涂料屬于單組分粉末質涂料，可以在粘纖生產設備上進行熔融涂裝，經過固化之后形成一層高光潔度且厚度均勻的涂層[6]。SEBF涂裝工藝如圖1所示。

根據SEBF涂裝工藝流程，分析出粘纖生產設備SEBF涂裝的具體步驟如下：

（1）修整粘纖生產設備表面。要求粘纖生產設備表面需要光滑、沒有缺肉現象、裂紋縫隙等缺陷[7]，采用砂輪將凹凸不平的位置打磨清理，并將粘纖生產設備的棱角處打磨成半徑大于5mm的圓角形狀。

（2）處理粘纖生產設備表面。將粘纖生產設備置于洗液槽中，將粘纖生產設備表面的油脂清除，并用清水將贓物清洗干凈，加熱一段時間后在200℃的環境下烘干;用壓縮空氣將磨料噴射到粘纖生產設備的表面，將表面的鐵銹除去;盡快將粘纖生產設備轉移到下一道工序中，但是轉移的時間盡量控制到4h以內，以免清洗完畢的粘纖生產設備表面被污染。

（3）預熱粘纖生產設備。預熱的溫度通常要考慮熔融狀態下的溫度，一般控制在180～260℃之間，預熱的時間要綜合考慮粘纖生產設備的厚度、形狀的大小，通常為20～30min為宜，時間過短和過長都會導致涂層流失。

（4）熔融涂裝。根據粘纖生產設備的形狀、尺寸和大小等因素，采用高壓靜電涂裝、流化床涂裝以及摩擦靜電涂裝等方式[8]，對粘纖生產設備進行熔融涂裝。

（5）固化涂層。SEBF粉末涂裝在粘纖生產設備表面的固化溫度一般控制在180～220℃之間，具體的數值需要考慮粘纖生產設備涂層的厚度和類型。

（6）檢測涂層的質量。采用渦流測厚儀來檢測粘纖生產設備的涂層厚度，采用電火花檢測涂層的缺陷，確保粘纖生產設備的涂層沒有任何針孔漏點。

根據SEBF系列的防腐涂料的性質，設計了SEBF涂裝工藝流程，通過分析粘纖生產設備SEBF涂裝的具體步驟，完成了粘纖生產設備的SEBF涂裝，接下來通過建立粘纖生產設備腐蝕評估模型，來消除溫濕度環境對粘纖生產設備腐蝕的影響。

1.2 建立粘纖生產設備腐蝕評估模型

粘纖生產設備腐蝕的可靠性評估和診斷是相輔相成的，細致的評估數據是粘纖生產設備腐蝕評估模型建立可靠度的基本保證，通常采用正態分布、對數分布、威布爾分布以及極值分布來表征粘纖生產設備的失效現象[9]。如表1所示。

粘纖生產設備腐蝕數據的分析處理流程如圖2所示。

粘纖生產設備腐蝕評估模型采用極值統計方法中的Gembel分布是最合理的[10]，通過對粘纖生產設備測厚區域小范圍內的蝕坑深度分布進行研究，來預測粘纖生產設備的最大蝕孔深度。研究粘纖生產設備最大點蝕深度分布的具體過程為：

Gembel分布的表達式為：

其中，表示粘纖生產設備蝕孔深度，表示粘纖生產設備蝕孔深度的概率函數，表示粘纖生產設備腐蝕的位置，表示粘纖生產設備腐蝕的尺度參數。

那么存在：

通過Gembel概率分布，將極值變量與積分概率呈現在分布圖中，積分概率的位置計算公式為：

其中，表示粘纖生產設備蝕孔深度降序排序值的第個點，N表示粘纖生產設備樣品總數。

為了預測出粘纖生產設備腐蝕區域的蝕孔深度分布情況，定義了逆轉周期為：

其中，T表示逆轉周期的尺度因子，S表示粘纖生產設備的研究區域面積，s表示檢測區域的面積。

逆轉周期與積分概率位置之間的關系為：

然而y與T之間的關系又可以表示為：

利用粘纖生產設備腐蝕涉及到的概率分布，分析處理了粘纖生產設備腐蝕數據，通過Gembel分布的表達式，建立了粘纖生產設備腐蝕的密度函數，結合逆轉周期與積分概率位置之間的關系，建立了粘纖生產設備腐蝕評估模型，接下來通過粘纖生產設備腐蝕防護的有限元計算，來實現粘纖生產設備腐蝕的防護。

1.3 粘纖生產設備腐蝕防護的有限元計算

為了防止粘纖生產設備出現腐蝕現象，采用犧牲陽極的陰極保護法進行粘纖生產設備的防護[11]。以建立犧牲陽極保護體系的數學模型為目的，利用數值方法來求解犧牲陽極陰極保護法的狀態方程，根據犧牲陽極保護方法的特點[12]，對建立犧牲陽極保護體系的數學模型提出以下假設：

犧牲陽極陰極保護方法的溶液介質是均勻一致的，因此可以假設粘纖生產設備的電導率為常數。

在粘纖生產設備腐蝕防護過程中，電化學場必須是一個穩態場。

粘纖生產設備在穩態陰極保護下會產生比較穩定的電流，根據穩定電流的電場理論[13]，可以得到粘纖生產設備的基本電位分布屬于泊松分布，即：

當采用犧牲陽極的陰極保護法時，粘纖生產設備腐蝕的基本電位分布基本方程就會變成拉普拉斯方程[14-15]，即：

在粘纖生產設備腐蝕的陰極保護系統中，會遇到3種類型的邊界條件：

第1類是邊界上的電位值是已知的，在被保護的粘纖生產設備表面或犧牲陽極表面給出電位分布：

第2類為邊界處的電流密度是已知的，在被保護的粘纖生產設備表面或犧牲陽極表面給出電流分布：

第3類是邊界上的電流密度與電位之間的函數關系都是已知的，在被保護的粘纖生產設備表面或犧牲陽極表面給出電流分布，即：

綜上所述，在SEBF涂裝技術的基礎上，利用數值方法求解了犧牲陽極陰極保護法的狀態方程，根據犧牲陽極保護方法的特點，對粘纖生產設備腐蝕防護進行了有限元計算，實現了粘纖生產設備腐蝕的防護。

2 實驗對比分析

2.1 測試粘纖生產設備的最長工作時間

為了驗證基于SEBF涂裝技術的粘纖生產設備腐蝕防護方法的可行性，采用文獻[4]的腐蝕防護方法和文獻[5]的腐蝕防護方法作為對比對象，測試了粘纖生產設備的最長工作時間，結果如圖3所示。

從圖3的結果可以明顯看出，基于SEBF涂裝技術的粘纖生產設備腐蝕防護方法可以使粘纖生產設備的最長工作時間延長，而文獻[5]的腐蝕防護方法雖然也可以延長粘纖生產設備的最長工作時間，但是遠遠不及提出的防護方法，文獻[4]的腐蝕防護方法在設備啟動次數少的情況下，可以適當延長工作時間，粘纖生產設備啟動次數增加時，最長工作時間沒有太大變化，因此，可以得到基于SEBF涂裝技術的粘纖生產設備腐蝕防護方法可以使粘纖生產設備長時間工作。

2.2 測試粘纖生產設備的工作效率

在文獻[4]的腐蝕防護方法和文獻[5]的腐蝕防護方法的基礎上，測試了應用3種防護方法后，粘纖生產設備的工作效率，結果如圖4所示。

從圖4的結果可以看出，采用基于SEBF涂裝技術的粘纖生產設備腐蝕防護方法可以有效提高粘纖生產設備的工作效率，而文獻[4]的腐蝕防護方法和文獻[5]的腐蝕防護方法不能對粘纖生產設備進行有效的防護，導致粘纖生產設備的工作效率偏低。

2.3 測試粘纖生產設備的維修成本

基于最長工作時間指標和工作效率指標，又引入了粘纖生產設備的維修成本指標，測試了3種防護方法的維修成本，結果如表2所示。

從表2的測試結果可以看出，采用基于SEBF涂裝技術的粘纖生產設備腐蝕防護方法對粘纖生產設備進行防護時，后期的維修費用是最低的，其次是文獻[5]的腐蝕防護方法和文獻[4]的腐蝕防護方法，經計算，3種防護方法的平均維修成本分別為1.635萬元、5.858萬元和14.074萬元。

3 結語

文章提出了基于SEBF涂裝技術的粘纖生產設備腐蝕防護方法，結果顯示，該方法可以有效避免粘纖生產設備出現大面積腐蝕，提高了粘纖生產設備腐蝕的防護性能。但是由于粘纖生產設備腐蝕信息的積累的收集工作不夠全面，導致防護的效果偏差，在以后的研究工作中還需要進一步加強和完善。

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