段永鋒,郜建松,李曉煒,李玖重
(中石化煉化工程集團(tuán)洛陽(yáng)技術(shù)研發(fā)中心,河南 洛陽(yáng) 471003)
煉化設(shè)備和管道防腐涂層的破壞及保溫層下腐蝕對(duì)裝置長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了很大影響,同時(shí)設(shè)備和管道的散熱損失在裝置能耗中也占有較大的比例[1-2]。目前,關(guān)于管道防腐涂層、保溫層、防潮層、保護(hù)層材料及其制品的性能均有明確的要求和選用規(guī)定,防腐保溫工程的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收也有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。但是在實(shí)際使用過(guò)程中,管道保溫層會(huì)因?yàn)樽畛跏┕べ|(zhì)量問(wèn)題或惡劣天氣的影響導(dǎo)致保溫效果不佳,從而使企業(yè)能耗增加,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)因保溫層下腐蝕引起的安全事故[3-4]。
為了提升防腐保溫工程質(zhì)量和管理水平,中國(guó)石化煉油事業(yè)部基于煉化企業(yè)防腐保溫應(yīng)用現(xiàn)狀的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研與測(cè)評(píng)結(jié)果,結(jié)合煉化企業(yè)的需求及建議,以“安全、低碳、環(huán)保,全生命周期總成本最低”為原則,制定了防腐保溫工程質(zhì)量目標(biāo):①新建、擴(kuò)建、改建項(xiàng)目中設(shè)備、管道和鋼結(jié)構(gòu)外防腐涂層的設(shè)計(jì)使用年限不低于15年;檢維修工程項(xiàng)目涂層的設(shè)計(jì)使用年限不低于10年。②新建、擴(kuò)建、改建、檢維修項(xiàng)目中設(shè)備和管道絕熱工程設(shè)計(jì)使用年限不低于10年[5]。同時(shí),基于防腐保溫工程的質(zhì)量目標(biāo)組織洛陽(yáng)技術(shù)研發(fā)中心牽頭編寫(xiě)了相應(yīng)的技術(shù)管理要求和技術(shù)規(guī)范,結(jié)合防腐保溫質(zhì)量監(jiān)督工作,實(shí)現(xiàn)防腐保溫的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收、運(yùn)維等過(guò)程全生命周期管理,顯著提升了煉化企業(yè)防腐保溫工程質(zhì)量和管理水平[6-7]。
中國(guó)石化煉油事業(yè)部組織洛陽(yáng)技術(shù)研發(fā)中心開(kāi)展了煉化企業(yè)防腐保溫質(zhì)量現(xiàn)狀調(diào)研及量化測(cè)評(píng)研究。針對(duì)煉化企業(yè)生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)罐進(jìn)行防腐工程質(zhì)量調(diào)研測(cè)評(píng),共涉及8家煉化企業(yè)的32套生產(chǎn)裝置(設(shè)備、管道和鋼結(jié)構(gòu))、16臺(tái)輕質(zhì)油品儲(chǔ)罐;測(cè)試項(xiàng)目包括老化評(píng)級(jí)、附著力和涂層厚度3個(gè)方面[8]。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)評(píng)結(jié)果表明各企業(yè)油漆涂層的應(yīng)用情況及效果較差,整體測(cè)評(píng)得分相對(duì)偏低,大多數(shù)企業(yè)得分低于60分(滿(mǎn)分100分),其中老化評(píng)級(jí)得分最低(平均分為老化評(píng)級(jí)總分的24.7%),其次為涂層干膜厚度(平均分為干膜厚度總分的32.6%),附著力得分相對(duì)較好(平均分為附著力總分的60.6%)。防腐工程質(zhì)量問(wèn)題主要集中在四個(gè)方面。
(1)管理環(huán)節(jié):煉化企業(yè)防腐工程管理制度不健全,并存在內(nèi)容較為簡(jiǎn)單、可操作性差等情況;同時(shí)企業(yè)缺乏油漆涂層的專(zhuān)職管理人員,相關(guān)人員的專(zhuān)業(yè)知識(shí)匱乏。
(2)涂裝施工:存在的問(wèn)題涉及管理、技術(shù)、運(yùn)行、修復(fù)及監(jiān)理等環(huán)節(jié),關(guān)鍵問(wèn)題在于原材料選用、施工、運(yùn)行和修復(fù)等作業(yè)環(huán)節(jié)把關(guān)不嚴(yán)。
(3)運(yùn)行環(huán)節(jié):基于煉油裝置的老化評(píng)級(jí)結(jié)果分析,防腐涂層老化評(píng)級(jí)3級(jí)以上的數(shù)量約占測(cè)評(píng)總數(shù)量的80%以上,老化評(píng)級(jí)為5級(jí)的數(shù)量約占測(cè)評(píng)總數(shù)量的50%。防腐涂層老化程度為5級(jí)的原因在于底層處理不達(dá)標(biāo),邊緣轉(zhuǎn)角處漏涂,局部積水,焊縫區(qū)域未做合理處理導(dǎo)致開(kāi)裂、剝落,涂層年久失修、粉化嚴(yán)重等。
(4)費(fèi)用投入:防腐涂層的費(fèi)用投入主要包括涂料費(fèi)用、施工費(fèi)用(人工費(fèi)為主)及技術(shù)措施費(fèi)用(如腳手架等)。整體來(lái)看,涂料費(fèi)用占防腐涂層總費(fèi)用的25%~33%,防腐涂層的第一次投入費(fèi)用雖然不高,但是后期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較多且修復(fù)質(zhì)量和效果較差。
保溫工程質(zhì)量效果現(xiàn)場(chǎng)測(cè)評(píng)涉及10家企業(yè)的50套生產(chǎn)裝置共561根管道保溫。測(cè)評(píng)結(jié)果表明,其中約有52%管道保溫散熱超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),散熱損失量超標(biāo)在50%以上的管道占超標(biāo)管道數(shù)的57.2%。保溫工程質(zhì)量問(wèn)題主要集中在四個(gè)方面。
(1)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié):與國(guó)際先進(jìn)水平相比,保溫材料設(shè)計(jì)厚度偏薄,導(dǎo)致企業(yè)整體能耗偏高。保溫材料單一,其中軟質(zhì)保溫材料多年運(yùn)行后在水平管段普遍出現(xiàn)“下沉現(xiàn)象”,致使管道上下保溫材料分布不均勻;硬質(zhì)保溫材料連接處存在熱通道和局部過(guò)熱點(diǎn),導(dǎo)致管線(xiàn)散熱損失增加。
(2)施工環(huán)節(jié):主要包括施工周期短,施工質(zhì)量難以保證;保溫層損壞后的修補(bǔ)質(zhì)量達(dá)不到原施工質(zhì)量水平。
(3)運(yùn)行環(huán)節(jié):管道震動(dòng)、冷熱位移、外力碰撞、臺(tái)風(fēng)或踩踏等導(dǎo)致保護(hù)層開(kāi)裂或損壞,使保溫層進(jìn)水、透氣;保溫材料進(jìn)水后導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)迅速增大,導(dǎo)致管道表面散熱損失增加。閥門(mén)、管托、管廊上的支撐處等異型管件保溫結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、變形、破損,保溫效果差,加大了散熱損失。
(4)管理環(huán)節(jié):各企業(yè)管道保溫基礎(chǔ)檔案資料管理有待進(jìn)一步規(guī)范和完善;并且缺乏對(duì)管道保溫能效的定期監(jiān)測(cè)和分析報(bào)告,散熱量狀況檢測(cè)基本未做或未按標(biāo)準(zhǔn)做。
施工技術(shù)方案是確保防腐工程滿(mǎn)足質(zhì)量要求的重要文件,主要包含工程概況、工作范圍、編制依據(jù)、涂層體系配套、表面處理、涂料的檢驗(yàn)與混合、涂裝施工、施工質(zhì)量控制點(diǎn)、交工驗(yàn)收、成品保護(hù)、安全要求和應(yīng)急預(yù)案等內(nèi)容。施工技術(shù)方案應(yīng)經(jīng)業(yè)主、施工單位、涂料供應(yīng)商和監(jiān)理等各方共同審查、審批后,方可組織實(shí)施。另外,涂層體系配套中須包含各道類(lèi)型、厚度及總干膜厚度要求。施工過(guò)程及完工檢查的主要控制環(huán)節(jié)及控制等級(jí)見(jiàn)表1。其中,A級(jí)由施工單位、監(jiān)理及業(yè)主共檢,B級(jí)由施工單位與監(jiān)理共檢,C級(jí)由施工單位自檢。
涂裝施工是防腐工程質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié),主要包括原材料入場(chǎng)檢查、表面處理、施工環(huán)境、涂料的混合與稀釋、涂裝施工和過(guò)程質(zhì)量檢查等方面,各環(huán)節(jié)具體內(nèi)容如下。
(1)原材料入場(chǎng)檢查:涂料進(jìn)場(chǎng)后由施工單位負(fù)責(zé)對(duì)原材料進(jìn)行檢查并形成記錄,主要檢查內(nèi)容包括原材料類(lèi)型批次、質(zhì)量證明文件、生產(chǎn)日期和開(kāi)桶后的外觀狀態(tài)等,避免出現(xiàn)涂料的領(lǐng)錯(cuò)、過(guò)期、結(jié)塊嚴(yán)重等情況。
(2)表面處理:表面處理的方法和等級(jí)要求應(yīng)從環(huán)境因素、涂層設(shè)計(jì)使用年限、涂料類(lèi)型、施工可行性等方面考慮。關(guān)于涂層維護(hù)施工,針對(duì)僅面漆出現(xiàn)粉化或失效的部位,宜采用高壓水沖洗清理至完好的涂層,之后用粗砂紙進(jìn)行拉毛處理。當(dāng)涂層小面積出現(xiàn)失效或銹蝕時(shí),應(yīng)針對(duì)失效或銹蝕部位采用動(dòng)力工具清理表面至St3級(jí);針對(duì)舊涂層的部位,采用動(dòng)力工具打磨成坡口的過(guò)渡區(qū),并將暴露出基材的損壞點(diǎn)周邊至少50 mm的良好涂層進(jìn)行拉毛處理。處理效果如圖1所示。

圖1 涂層維護(hù)表面處理效果示意
(3)施工環(huán)境:涂裝施工前,施工單位應(yīng)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)并形成記錄,當(dāng)施工環(huán)境不能滿(mǎn)足要求或遭遇大風(fēng)、雨、雪天氣時(shí)必須停止施工,必要時(shí)采取通風(fēng)、加溫、除濕等相應(yīng)的環(huán)境控制措施。
(4)涂料的混合與稀釋:涂料在使用前應(yīng)采用動(dòng)力工具充分?jǐn)嚢璨⒒旌暇鶆?。水性涂料稀釋必須用純凈?且必須在混合A/B組分后加水,保證一次加注到位。
(5)涂裝施工:在邊角、焊縫及其他特殊結(jié)構(gòu)部位,由于銳邊的邊角效應(yīng),涂料干燥過(guò)程中發(fā)生收縮覆蓋銳邊的漆膜會(huì)被拉開(kāi)造成銳邊的漆膜厚度偏低,影響涂層的防護(hù)效果。因此,在涂刷每道漆之前,應(yīng)針對(duì)所有邊緣處、角落、縫隙處和焊縫處等部位進(jìn)行預(yù)涂并形成檢查記錄,之后再統(tǒng)一涂刷(如圖2所示)。當(dāng)進(jìn)行涂層維護(hù)施工時(shí),應(yīng)先使用高壓壓縮空氣等措施徹底清除被涂面的粉塵,之后采用毛刷對(duì)打磨至底材的部位進(jìn)行預(yù)涂,預(yù)涂完成后再進(jìn)行統(tǒng)一涂裝,并確保干膜厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求,最終形成連續(xù)、均勻、平滑的保護(hù)層(如圖3所示)。

圖3 涂層維護(hù)方法示意
加強(qiáng)承包商和施工人員管理可以有效保障防腐工程質(zhì)量。主要從質(zhì)量保證、培訓(xùn)考核、標(biāo)識(shí)化管理和專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)等方面開(kāi)展工作。
(1)施工人員培訓(xùn):由于防腐工程施工隊(duì)伍人員流動(dòng)較大、一線(xiàn)人員技術(shù)水平參差不齊,企業(yè)和承包商應(yīng)加強(qiáng)人員的培訓(xùn)及考核,確保各項(xiàng)質(zhì)量要求傳達(dá)、落實(shí)到位。
(3)標(biāo)識(shí)化管理:在防腐工程完工后,要求承包商設(shè)置工程標(biāo)識(shí)牌,內(nèi)容包括施工單位、完工日期、質(zhì)保期及責(zé)任人等;做到信息明確、責(zé)任到人,對(duì)承包商起到有效的督促作用。
(4)專(zhuān)業(yè)技術(shù)支持:洛陽(yáng)技術(shù)研發(fā)中心在某煉化企業(yè)大檢修期間提供防腐保溫技術(shù)支持。首先,在大檢修開(kāi)始前,針對(duì)防腐工程施工方案進(jìn)行指導(dǎo)與審查,并開(kāi)展專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn),同時(shí)編制企業(yè)防腐工程質(zhì)量控制要求,明確項(xiàng)目各參與方的工作職責(zé);其次,在施工過(guò)程中安排專(zhuān)職人員提供現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持,聯(lián)合監(jiān)理公司開(kāi)展施工環(huán)境監(jiān)測(cè)、表面處理指導(dǎo)與效果檢查、預(yù)涂檢查及道間質(zhì)量檢查等工作;最后,針對(duì)施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的各類(lèi)問(wèn)題以日?qǐng)?bào)、周報(bào)的形式進(jìn)行匯總、通報(bào),并跟蹤整改落實(shí)情況,最終在大檢修結(jié)束后開(kāi)展完工質(zhì)量檢查。煉化企業(yè)大檢修期間防腐專(zhuān)業(yè)技術(shù)支持的主要工作內(nèi)容如圖4所示。

圖4 大檢修期間防腐專(zhuān)業(yè)技術(shù)支持內(nèi)容
設(shè)計(jì)是確保保溫工程質(zhì)量的源頭。首先,選材要正確,應(yīng)根據(jù)介質(zhì)溫度選用相應(yīng)的保溫材料;其次,保溫層厚度要適宜,實(shí)現(xiàn)其效費(fèi)比最大化;最后,結(jié)構(gòu)要合理,根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合選擇合適的保溫結(jié)構(gòu)。
(1)保溫材料:保溫材料性能是影響工程質(zhì)量的重要因素,主要關(guān)注導(dǎo)熱系數(shù)、憎水性、防火等級(jí)和使用溫度等性能參數(shù),特別是憎水性指標(biāo)的檢測(cè)。從27家煉化企業(yè)使用最多的硅酸鋁針刺毯檢測(cè)結(jié)果來(lái)看,多數(shù)企業(yè)使用的硅酸鋁針刺毯憎水性不達(dá)標(biāo),不能滿(mǎn)足憎水率98%的要求。建議采購(gòu)保溫材料時(shí)抽檢憎水性指標(biāo),降低保溫材料浸水后性能衰減及發(fā)生保溫層下腐蝕的可能性。
(2)保溫層厚度:保溫材料選定以后,保溫層厚度對(duì)保溫效果有決定性作用。保溫層經(jīng)濟(jì)厚度是設(shè)備及管道保溫層年散熱損失費(fèi)用與年投資分?jǐn)傎M(fèi)用之和最小時(shí)的保溫層厚度,具有最佳的經(jīng)濟(jì)效益[9]。建議保溫厚度由設(shè)計(jì)部門(mén)制定,確保改造后散熱損失達(dá)標(biāo)?!吨袊?guó)石化防腐絕熱質(zhì)量提升工程規(guī)定》要求新建保溫工程的蒸汽管道保溫宜優(yōu)先選用經(jīng)濟(jì)厚度,其他管道保溫根據(jù)支撐結(jié)構(gòu)、占地面積等因素綜合考慮選用。
(3)保溫結(jié)構(gòu):保溫結(jié)構(gòu)合理,可以有效避免熱通道和局部過(guò)熱的現(xiàn)象。一般而言,設(shè)計(jì)溫度t≤250 ℃時(shí),宜采用巖棉制品;設(shè)計(jì)溫度250 ℃

圖5 氈狀材料與管殼材料施工效果對(duì)比
保護(hù)層和保溫層施工是決定保溫工程質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié),應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求施工,并吸收借鑒行業(yè)優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn),提升保溫工程質(zhì)量。
(1)保溫層施工:保溫層捆扎應(yīng)滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求,使用雙股鐵絲,硬質(zhì)絕熱制品捆扎間距應(yīng)不大于400 mm,半硬質(zhì)絕熱制品捆扎間距應(yīng)不大于300 mm,軟質(zhì)絕熱制品捆扎間距不應(yīng)大于200 mm。保溫層施工時(shí),同層應(yīng)錯(cuò)縫,上下層應(yīng)壓縫,其搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于100 mm,縱向接縫位置應(yīng)在兩側(cè)水平線(xiàn)上下45°范圍內(nèi),如圖6所示。

圖6 保溫層縱向允許接縫位置示意
(2)保護(hù)層施工:臥式設(shè)備和水平管道保護(hù)層縱向接縫應(yīng)布置在水平中心線(xiàn)兩側(cè)下方15°~45°的范圍內(nèi),且縫口應(yīng)朝下(如圖7所示);相鄰縱縫應(yīng)錯(cuò)開(kāi)形成相互交錯(cuò)平行的直線(xiàn);多條縱縫時(shí),縱縫應(yīng)偏離垂直中心線(xiàn)位置;當(dāng)縱向接縫區(qū)域有障礙時(shí)可避開(kāi)障礙,但不得形成朝天或朝地接縫[10]。

圖7 保護(hù)層接縫位置錯(cuò)誤布置與正確布置
針對(duì)大管徑、高溫管線(xiàn)(>350 ℃)及高處懸空部位的彎頭,應(yīng)保證彎頭蝦米腰片數(shù)符合設(shè)計(jì)要求,并應(yīng)在彎頭保護(hù)層外圓部位內(nèi)襯鋁條背帶,將蝦米腰各片用鉚釘連成一體(如圖8所示),有效避免彎頭保護(hù)層開(kāi)裂、進(jìn)水,確保保溫效果,延長(zhǎng)保溫層壽命。

圖8 蝦米腰開(kāi)裂(左)與背帶結(jié)構(gòu)(右)
通過(guò)質(zhì)量測(cè)評(píng)監(jiān)督可以有效實(shí)現(xiàn)保溫工程質(zhì)量控制,主要從過(guò)程管控、責(zé)任追溯、培訓(xùn)考核、專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)等方面開(kāi)展工作。
(1)施工人員培訓(xùn):由于保溫工程施工隊(duì)伍人員流動(dòng)大、技術(shù)水平參差不齊,企業(yè)和承包商應(yīng)加強(qiáng)施工人員的培訓(xùn)及考核,按照中石化SH/T 3522—2017《石油化工絕熱工程施工技術(shù)規(guī)范》的要求對(duì)施工人員進(jìn)行施工前實(shí)操培訓(xùn),確保各項(xiàng)質(zhì)量要求傳達(dá)落實(shí)到位。
(2)過(guò)程管控:嚴(yán)格把控施工過(guò)程,強(qiáng)化隱蔽工程檢查,明確檢查內(nèi)容,量化具體指標(biāo),完善檢查記錄,上一道工序檢查合格方可進(jìn)入下一道工序。
(3)責(zé)任追溯:為保證工程質(zhì)量,企業(yè)可與承包商簽訂保溫工程質(zhì)保協(xié)議,并在保溫工程完工后要求設(shè)置工程標(biāo)識(shí)牌,注明施工單位、完工日期、質(zhì)保期及責(zé)任人等信息,以便進(jìn)行責(zé)任追溯,對(duì)承包商及施工單位進(jìn)行有效監(jiān)督。
(4)專(zhuān)業(yè)指導(dǎo):在施工和檢修前,委托專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)指導(dǎo)與審查保溫工程施工方案及專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)。在施工過(guò)程中提供現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持,開(kāi)展施工過(guò)程質(zhì)量檢查,針對(duì)施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的各類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行匯總和通報(bào),并及時(shí)進(jìn)行整改落實(shí),通過(guò)專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)有效保障保溫工程質(zhì)量。
煉化企業(yè)防腐保溫工程質(zhì)量水平提升是貫徹對(duì)標(biāo)一流、高質(zhì)量發(fā)展理念,落實(shí)企業(yè)“雙碳”目標(biāo)的重要一環(huán)。中國(guó)石化建立了以“全生命周期總成本最低”為目標(biāo)的防腐保溫質(zhì)量提升管理體系,通過(guò)開(kāi)展防腐保溫工程質(zhì)量提升與監(jiān)督工作,顯著地提升了煉化企業(yè)的監(jiān)管意識(shí)、承包商的責(zé)任心,從涂層配套、保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原材料質(zhì)量檢查、隱蔽工程記錄、施工過(guò)程控制、整改維修記錄、完工驗(yàn)收及過(guò)程資料等方面全方位提升。但是,從現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)看,兩端捆扎間距、縱向接縫位置、局部漏涂、表面流掛、預(yù)涂等施工問(wèn)題仍然存在,施工承包商應(yīng)向具體施工人員進(jìn)行關(guān)鍵環(huán)節(jié)技術(shù)交底,監(jiān)理、業(yè)主應(yīng)加強(qiáng)抽檢,共同提高施工質(zhì)量,杜絕類(lèi)似問(wèn)題重復(fù)出現(xiàn)。
防腐保溫工程的質(zhì)量提升是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作,需要業(yè)主、原料供應(yīng)商、施工承包商和監(jiān)理等各方的共同努力。同時(shí)應(yīng)建立長(zhǎng)效監(jiān)督評(píng)價(jià)機(jī)制,從設(shè)計(jì)、原材料、施工過(guò)程控制、質(zhì)量驗(yàn)收和檢維修等方面對(duì)油漆保溫項(xiàng)目進(jìn)行全面監(jiān)督、檢查及指導(dǎo),及時(shí)總結(jié)并共享各企業(yè)優(yōu)秀管理經(jīng)驗(yàn)和防腐保溫失效典型案例,助力煉化企業(yè)防腐絕熱工程質(zhì)量水平全面提升,實(shí)現(xiàn)全生命周期降本增效,確保生產(chǎn)裝置安穩(wěn)運(yùn)行。