乙烯基酯樹脂玻璃鋼在硫酸銨廢水碳鋼儲罐內防腐的應用

肖培勝

（華友新能源科技（衢州）有限公司，浙江 衢州 324000）

0 引言

某公司鈷產品的濕法冶煉過程會產生高濃度硫酸銨及微量或少量鈷、鎳、鈣、鎂金屬離子等物質的生產廢水。為實現零排放及資源化回收，會對生產廢水進行MVR蒸發結晶工藝處理。在蒸發結晶處理前后，相關廢水會被儲存在碳鋼儲罐中，該類儲罐在使用過程中，曾發生多次腐蝕泄露事件，對生產和環境都產生了一定的影響。經檢查，發現是由于原儲罐內酚醛環氧涂層局部失效引起。

1 腐蝕問題調查與原因分析

1.1 檢查情況

某公司有三類硫酸銨廢水儲罐多次發生腐蝕泄露，分別儲存硫酸銨轉移液、蒸發前液和三效濃縮液。檢查發現：儲罐底板附著了大量黑色粘稠油狀物，腐蝕部位多集中在底板、壁板的焊縫或焊接飛濺區，腐蝕點呈較規則圓孔狀，蝕孔直徑1～3cm不等，孔深5mm至穿孔（底板12mm）。其中，三效濃縮液儲槽腐蝕情況較另外兩類儲罐嚴重，儲罐底板腐蝕較壁板嚴重。腐蝕孔周邊涂層附著完好，是典型的局部腐蝕形態，腐蝕照片如圖1所示。

圖1 硫酸銨廢水儲罐腐蝕宏觀形貌

儲罐材質為Q345R，原內壁防腐設計方案為噴砂Sa2.5級、佐敦酚醛環氧儲罐漆3遍，涂層總干膜厚度450μm。儲罐自投入使用到發生腐蝕泄露不到2年時間。

1.2 檢測試驗

對硫酸銨廢水進行了取樣檢測，檢測數據包含pH及溫度情況如表1所示。

表1 硫酸銨廢水檢測分析表

檢測數據表明：硫酸銨廢水中硫酸銨濃度較高，含有不同濃度的氯離子，其中三效濃縮液硫酸銨濃度接近飽和；硫酸銨轉移液pH偏堿性，蒸發前液和三效濃縮液呈酸性。

另外，蝕孔內有黑色腐蝕產物，取樣約10g與10%濃度稀鹽酸反應，產生了臭雞蛋味氣體，推測發生了以下反應：

1.3 原因分析

（1）酸性環境下的析氫腐蝕

失效部位暴露于硫銨廢水中，酸性環境中能夠使鐵發生析氫腐蝕，其腐蝕機理如下：

酸性環境中水的電離：

儲罐缺陷部位形成陽極區，其他涂層完好部位形成陰極區。陽極電流集中，使腐蝕迅速向縱深發展，形成蝕孔。由于氯離子的存在，蝕孔內pH不斷下降，蝕孔表面附著的Fe（OH）2不斷被溶解消耗，導致蝕孔不斷加深直至穿孔[1]。腐蝕過程示意如圖2所示；

圖2 鐵在硫酸銨廢水中的析氫腐蝕

（2）SRB腐蝕

硫酸銨廢水儲罐中溫度、酸度、含氧量及營養源（萃取劑和溶劑油提供）給能夠微生物活動提供必要條件[2]，結合腐蝕產物含有FeS的推測，分析硫酸銨廢水儲罐腐蝕過程中還伴有SRB腐蝕。缺氧情況中SRB的腐蝕機理如下：

整個腐蝕過程中，硫化物（S2-）不僅具有陰極去極化作用，又有陽極去極化作用，即加速了鐵的析氫腐蝕[3]。涂層失效部位同樣形成“大陰極、小陽極”的腐蝕形態，加速陽極區縱深腐蝕，形成孔蝕、穿孔。

以上分析表明，硫酸銨廢水儲罐的腐蝕與防護需要解決局部焊縫區域涂層失效的問題，選擇合適的防腐設計方案是關鍵。

2 乙烯基酯樹脂玻璃鋼的性能與應用

2.1 涂料重防腐在儲罐內防腐中使用局限性

（1）重防腐涂料本身局限性

任何一種油漆涂層即便達到理想狀態，從分子結構來說仍存在介質滲入的通道。儲罐涂層長期浸泡于硫酸銨廢水中，腐蝕介質通過吸附、擴散進入涂層內部。由于涂層表面張力特別是疏水組份的作用，初期水在涂層界面吸附和擴散進程微弱、緩慢，隨著水分子的不斷擴散和積累，最終會導致涂層溶脹，破壞涂層完整性，減弱涂層物理屏蔽作用；

重防腐涂料高膜厚通過增加涂料固含量實現，一般高固含量涂料以粉劑、填料的增加實現提升其固含量的目的，即意味著起主要防腐作用的樹脂成分并沒有增加，其對基層的潤透性和滲透性效果自然下降，以致影響成膜致密度和閉孔性，更容易形成收縮或針孔，大大增加腐蝕介質接觸儲罐鋼材的風險；

（2）焊縫缺陷帶來的質量隱患

焊縫是影響儲罐內防腐質量的關鍵部位，腐蝕問題往往產生于焊縫位置。防腐交付時，合格的焊縫應外形均勻，焊道與焊道、焊道與基材之間平滑過度，焊渣和焊接飛濺物清理干凈，表面氣孔和咬邊在控制范圍內。但在實際施工過程中，由于工人焊接技術的參差不齊和質檢力度的把控不一，如焊道過高、表面氣孔夾渣、焊接飛濺等焊接缺陷很難被檢查出來和落實整改。同時，針對涂裝前表面處理中焊縫的處理標準在國家、行業防腐蝕工程施工規范中并沒有明確或強制的要求，處理這些問題也需要消耗大量的人工、增加工程成本，導致該類問題容易被忽視；

另外一方面，漆膜厚度越厚，涂層內應力越大[4]，內應力過大會引起針孔、開裂等弊病。涂料重防腐膜厚超過300μm，硫酸銨廢水儲罐原設計酚醛環氧儲罐漆涂層厚度達450μm。由于焊縫缺陷的存在，銜接段涂層厚度要么偏薄、要么超厚，隨即造成局部涂層厚度不均，更容易導致涂層沿焊道開裂。

鑒于以上因素，在硫酸銨廢水儲罐內復雜的腐蝕環境中，發生腐蝕是可以預料的事情，需要使用更好的替代方案。

2.2 乙烯基酯樹脂玻璃鋼的防腐性能

（1）全方位的防腐蝕性能

乙烯基酯樹脂玻璃鋼是以乙烯基酯樹脂為基體樹脂、以玻璃纖維網格布和纖維氈等材料為骨架增強材料的樹脂重防腐。相較于傳統重防腐涂料，乙烯基酯樹脂玻璃鋼可輕易達到2mm以上，是傳統重防腐涂層厚度4倍以上，因此具有更強的屏蔽隔離效果和更好的抗滲性。另外，由于玻璃纖維骨架的存在，使其具有更佳的物理機械性能。同時，乙烯基酯樹脂具有優異的耐蝕性能，其玻璃鋼制品的防腐性能比傳統重防腐涂料更全面，更適合用作用于腐蝕介質長期接觸或浸泡環境中。

表2數據表明，乙烯基酯樹脂特別是雙酚A型，具有在酸、堿、氨水、有機溶劑等環境中的耐蝕性能俱佳，綜合性能優異，能夠滿足硫酸銨廢水碳鋼罐的防腐蝕要求；

表2 不同樹脂耐蝕表[5]

（2）更好的焊縫保護效果

樹脂玻璃鋼施工工藝要求在處理焊縫等薄弱部位時要均勻批刮一遍同樹脂膠泥，形成均勻、連續的過渡層；同時，玻璃纖維骨架提升覆層的機械性能，焊縫處樹脂玻璃鋼的粘接力和整體性不會受焊縫缺陷（如較輕微的咬邊、飛濺、表面氣孔等，但影響焊縫強度和儲罐使用的除外）的影響。實踐表明，使用樹脂玻璃鋼防腐的儲罐焊縫部位幾乎沒有出現過腐蝕滲漏。

2.3 在硫酸銨廢水儲罐中的應用

基于上述原因，針對硫酸銨儲罐的維修使用了對儲罐底板及內壁原酚醛環氧涂層整體打磨拉毛后襯貼1mm雙酚A型乙烯基酯樹脂玻璃鋼的方案修補。從18年至今，未再發生腐蝕泄露。并且，在后續項目廢水儲罐制作中，也一直采用雙酚A型乙烯基酯樹脂玻璃鋼整體襯貼的防腐方案，使用效果良好，技術方案如表3所示。

表3 硫酸銨廢水儲罐內防腐技術方案

3 乙烯基酯樹脂玻璃鋼的施工技術要求

3.1 施工技術要求

（1）基面清理

基面清理包括儲罐表面處理和上一道工序完成面的清理。對于新建項目，儲罐內壁表面處理建議噴砂達到Sa2.5級以上，現場打磨應達到St3以上。對于維修項目，如原覆層附著良好，則進行打磨、拉毛即可；如原覆層附著力差，建議全面噴砂達到Sa2級以上。底涂和上一層玻璃鋼完成面應保持潔凈，作業前應檢查并清理表面灰塵、顆粒等異物，否則下道工序玻璃鋼襯層容易產生夾渣、附著不牢等質量缺陷；

（2）玻璃鋼施工

玻璃鋼襯貼前應進行底涂，底涂膠料使用經稀釋的乙烯基酯樹脂清樹脂，單遍涂膜干膜厚度約50μm，一般2遍即可。底涂時，應連續均勻涂布，焊縫、角縫處不應漏涂。

底涂后，焊縫處批刮樹脂膠泥找平，角焊縫應形成圓弧狀過度；膠泥使用樹脂膠料、石英粉、滑石粉配以一定量的稀釋劑攪拌均勻后制成。

纖維布或氈應拉直、平順鋪貼在儲罐底板或壁板上，同層相鄰纖維材料應留有不小于50mm搭接縫，上下層搭接縫錯開距離也不小于50mm。鋪貼時，應保證每層纖維材料能充分浸潤樹脂膠料。每貼襯一層，應檢查氣泡和毛刺的情況，如有應立即去除。

使用含樹脂90%以上的樹脂膠料作為面涂層，施工要求與底涂相同。以乙烯基酯一氈兩布玻璃鋼為例，其構造可參照圖3示意。

圖3 乙烯基酯樹脂玻璃鋼構造圖（一氈兩布）

3.2 質量控制點

（1）材料質量

樹脂的耐蝕性能應當能夠滿足工況環境腐蝕防護需求，纖維骨架材料首選非石蠟乳液型無堿、無捻粗紗玻璃纖維方格平紋布和玻璃纖維氈，纖維布厚度在0.2～0.4mm，經緯密度為4×4～8×8紗根數/cm2；玻璃鋼用纖維氈厚度為0.25～0.40mm，其中短切氈300～600g/m2、表面氈為50～80g/m2。具體規格根據玻璃鋼襯里積層的設計厚度要求來選擇和調整；

（2）膠料配置

在乙烯基酯樹脂膠料配置時，必須使用苯乙烯作為稀釋劑，不得使用甲苯、二甲苯等，否則會影響樹脂固化過程乃至不固化。乙烯基酯樹脂膠料在配置時還需要用到促進劑，用來激活固化劑以引發樹脂固化交聯反應。需要注意的是，固化劑和促進劑不得直接混合，促進劑必須與樹脂充分攪拌均勻后才能與固化劑配置，否則會引發劇烈反應甚至爆燃；預促型乙烯基酯樹脂在配料時則要簡便一些；

（3）含膠量控制

由于纖維網格布和纖維氈的結構差異，其含膠量有所不同。平紋網格布含膠量應達到50%以上，短切氈含膠量應達到70%以上，而表面氈含膠量應達到90%以上[6]。可以看出，同樣厚度的纖維布和短切氈制作的玻璃鋼，其含膠量是不同的，因此，在樹脂玻璃鋼襯里方案設計時，應當明確纖維骨架的材料規格。以往工程防腐方案設計上通常只給出樹脂玻璃鋼襯里層的厚度，而不去明確纖維骨架的材料選型，這種設計方案給有些施工單位投機取巧的機會，在玻璃鋼制作過程中只使用纖維網格布，不使用含膠量更高的短切氈、表面氈以節省樹脂用量和降低工程成本；另外一方面，各層纖維布或氈必須分層鋪貼、分層涂膠，這一點在工程監管中也容易被忽視。個別施工單位在貼襯時同時疊鋪2層甚至更多層以節省人工、材料用量，玻璃鋼質量無法得到保障，耐蝕性能也大大降低。玻璃鋼含膠量是影響其耐蝕性能的關鍵因素，需要在源頭設計上把關、在工程監管中重視，才能杜絕偷工減料的情況出現；

（4）連續法和間歇法的選擇

連續法是未待樹脂膠料固化即連續襯貼全部層數的纖維布或氈，而間歇法是待上一層膠料固化后再襯貼下一層。由于儲罐內壁是立面結構，一次襯貼太厚會出現分層滑移，因此建議超過2mm以上玻璃鋼襯里選擇間歇法襯貼；

（5）質量檢查和缺陷修補

乙烯基酯樹脂玻璃鋼常溫下7天才能完全固化，14天方可投入使用。合格的玻璃鋼襯里層應固化完全，外觀色澤光滑、均勻、平整；應使用磁性測厚儀測量厚度，實測厚度不低于設計規范要求。儲罐底板、焊縫部位應全部進行電火花掃描檢漏，壁板部位抽檢；檢測電壓按照3～5KV/mm確定。經檢查或檢測出的針孔、氣泡、鼓包、纖維裸露、起殼脫層等質量缺陷，都必須進行修補，必要時應將缺陷部位鏟除，重新襯貼并留置合理的搭接寬度。

4 結語

硫酸銨廢水儲罐的腐蝕直接原因是焊縫位置的酚醛環氧涂層失效，乙烯基酯樹脂玻璃鋼在防腐性能、機械性能等各方面都優于酚醛環氧等重防腐涂料，特別是對儲罐焊縫的腐蝕防護方面更具有顯著優勢。通過合理的防腐方案設計和嚴格的施工質量控制，能夠實現硫酸銨廢水儲罐長效防腐的目標。