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炼油厂污水罐的防腐与涂装

放大字体  缩小字体 发布日期:2011-11-10 浏览次数:3598
:王巍 (大庆石化公司炼油厂,黑龙江大庆163711) 摘要:分析了炼油厂污水罐腐蚀的原因。选择XK-252钛纳米聚合物涂料作为污水罐的防腐蚀涂层体系,防腐层的干膜厚度≥200μm,设计寿命不低于15年。详细讨论了防腐涂装工艺。3年的应用实践表明,该防腐涂层体系整体性完好,无锈蚀现象。其工程造价与常规特种防腐涂料相当,比环氧玻璃钢低约30%。 关键词:污水罐;钛纳米聚合物涂层;防腐 中图分类号:TQ639文献标志码:A 文章编号:1004–227X(2010)11–0069–05 1前言 炼油厂污水车间的污水池、罐、管道等均受到含硫污水的严重腐蚀。由于污水中含有大量的H2S、NH3、HCN、23CO−、CN−、Cl−、24SO−和大量细菌,有时温度高达60~70°C。所以,如不采取有效的防腐措施,这些设备的腐蚀会相当严重,造成碳钢厚度减薄、局部穿孔、起泡、开裂、焊缝应力腐蚀开裂等现象,使设备使用寿命缩短。 本厂污水车间10000m3的污水罐主要处理来自各个生产装置的高浓度污水。该罐于1998年投入使用,规格为φ31380mm×14000mm,材质为碳钢,使用温度20~60°C,内壁防腐层为E-44环氧玻璃钢,防腐层厚度为0.6mm。经过9年的使用,玻璃钢层早已破损、脱落,起不到防腐作用。金属表面出现溃疡面的腐蚀,锈蚀产物较多,罐顶部位出现多处穿孔。 2腐蚀原因分析 炼油厂污水罐腐蚀的原因和机理[1]可概括如下:(1)含硫污水中的H2S、NH3、HCN等腐蚀介质由于电化学反应导致污水罐的腐蚀;(2)氢原子渗透引起氢脆腐蚀;(3)污水中含有大量的NH3、CN−、Cl−,它们与H2S反应生成的NH4HS和(NH4)2S是腐蚀性较强的物质;(4)酚类腐蚀介质能破坏涂层,使腐蚀加剧。 同时,反应生成的(NH4)2S能使H2S在水中的溶解度大大增加,提高了HS−浓度。另一方面,氨溶于水后,提高了水的pH,为CN−与FeS的反应提供了更有利的条件。金属材料的表面总会存在电化学的不均匀性。金属表面的缺陷部位或薄弱点由于电位比其他部位低,成为活性点,是腐蚀的开始点。水质中存在的有害介质更加速了金属的腐蚀。该污水比原水腐蚀要严重得多。 罐顶腐蚀严重的原因有:(1)由于气温的变化,水蒸气易在罐顶内壁形成凝结水膜,罐内腐蚀性介质会溶解在凝结水中,形成含有多种腐蚀成分的电解质溶液;(2)由于罐的呼吸作用,氧气不断进入罐内,并很容易通过凝结后的薄层液膜扩散到金属表面,从而发生主导性耗氧腐蚀。罐顶腐蚀较罐壁腐蚀严重,属于气相腐蚀,常伴有点蚀等局部腐蚀,腐蚀速率通常为0.1~0.5mm/a。 污水对一般常温固化的环氧、呋喃、酚醛类涂层的腐蚀是因为CN−小分子易穿透涂层,使有机涂层的分子结构发生溶胀、断裂。换言之,在含有腐蚀介质的水溶液中,较小的气体分子及介质容易进入到有机涂层中,使表面涂层变软,发生鼓泡、涂层硬化及破损等,从而失去作用。 3防腐涂层的选择 环氧防腐涂层体系是我国现有的耐油、耐水、耐污水采用的常规防腐体系[2]。当条件相对不苛刻时,它可以使用几年。之后,涂层结构发生变化,出现抗渗性下降,涂层开裂、鼓泡、粉化等现象。石油化工储油罐、水罐、污水罐和循环水塔中钢结构的防腐已证明了这一点。在这些系统中采用环氧防腐涂层体系,其使用寿命在6~8年。这是由涂料成分决定的。因为常规体系涂料中很大部分填料是无机物,如钛白粉、氧化铁、锌粉等。这些物质在涂层中,一是作为填充物,起到增大涂层厚度作用;二是提高涂层的抗渗性及耐蚀性。面漆涂层中,这些填料在防腐涂层中只是靠分子间的作用力结合在一起,其防腐抗渗性随时间的延长而下降较快;另外,加进去的填料粒径一般为30~50μm,使涂料表层相对粗糙,从而在流动液体中增加了液体的阻力,随着时间的延长,涂层抗冲击性下降,导致涂层破坏。 钛纳米聚合物涂料体系具有较好的耐磨、耐腐蚀性能。用其涂覆的产品能耐沸水,在海水中浸泡10年而不损。同时,涂层的硬度和耐磨性显著提高。在重防腐涂料中,该涂料性能优异[3]。炼油厂酸性水罐(不能使用环氧涂层)使用该涂料6年多(现还在使用中),效果很好[4]。钛纳米聚合物涂料用于加热炉上的引风机壳体内壁防腐涂层,在抗120°C以下的烟气及稀硫酸的腐蚀方面,收到了较好的效果[5];它在轻烃贮罐内壁抗H2S腐蚀上的应用,也比金属热喷铝涂层的效果要好[6]。国内现有的防腐涂料没有很好解决的问题,该涂料已经能够成功解决。它有如下特点[7]:抗渗透性强于一般的特种防腐涂料,抗腐蚀性高于一般的防腐涂料,抗垢性好(涂层表面不易结锈垢)、耐温性强(耐温性能比同基树脂涂料高50°C以上)、耐水性好(长期使用后涂层不会反黏、变脆)。 因此,根据污水罐储存介质的特点,选用XK-252耐酸碱盐钛纳米聚合物涂料,设计的结构层及材料用量见表1。防腐涂层设计原则是耐腐蚀、耐热,韧性、附着力、抗冲击和耐磨性好;防腐层为5层,干膜厚度≥200μm;设计寿命不低于15年。从表1可以看出,获得相同的漆膜厚度,钛纳米聚合物涂料的用量仅是环氧、呋喃、酚醛类体系用量的55%左右。但是,其耐腐蚀性及综合经济效益远大于后者[2]。4防腐涂层的施工与验收 4.1施工前的准备 (1)了解现场情况、技术资料和相关图纸,进行技术交底。 (2)根据现场情况,以准确、实际、安全,方便施工,保证质量,节省人力、物力、财力为原则编制实施方案。 (3)编制施工机具、检测仪器、计量仪器计划,提出施工用料和施工手段用料计划。 (4)制定工时计划,建立施工组织,制定全员培训计划。 (5)规划、绘制施工总平面图,要含有施工临时设施、堆场、仓库、工作间、机械设置、消防道路和用水用电等。 (6)搭设施工用临时设施,保证垂直和水平运输及人行通道,保证施工用料堆场。 (7)组织施工材料的接收、保管、质量检查工作,进行工程设备检查和验收工作。 (8)准备施工用的标准样板,确定质量控制点。 (9)准备各种施工日记和施工记录。 4.2清洗油污 首先在罐的两个入口安装引风机,在罐顶入口安装抽风机。通风大约3h,检测气体含量合格后,搭设操作面脚手架。用高压水清洗罐内,除净油污和污泥。搭设脚手架时应注意以下几点: (1)提供合适和安全的脚手架,整个结构系统的设计应当易于脚手架的清洁,脚手管的开口端应被封闭。 (2)脚手架必须能够便于达到所有施工表面,而无需在施工中移动脚手板或额外安装梯子。同时,它也必须能够提供充足的工作空间,并能支持最大数量 的工作人员。 (3)脚手架距离被处理表面应保持最少30cm的距离,并且层与层之间的高度应维持在2m左右。足够的空间能保证操作人员及时完成工作。 (4)在上部区域未完工之前,脚手架不应被拆除。 (5)拆除脚手架时应小心,以减少对涂层的损毁。工人进罐作业,必要时应佩戴防毒面具。应先用刮刀、刮板刮去罐内凝结物,用宽刮板收集污水。最 后用水洗刷并擦干净。作业顺序是先罐顶,后罐壁,再罐底。 4.3金属喷砂除锈 根据防腐层厚度在200μm以上,从而确定喷砂后的表面粗糙度应控制在45μm左右。 4.3.1机械喷砂注意事项 (1)应尽可能缩短风源与工作面、喷砂机与工作面之间的距离。 (2)整个系统不应有漏气部位存在。应尽量减少系统内接头的数目,以利于减少漏气,减低压力降。 (3)准备标准长度的喷砂软管,根据喷砂机与工作面的距离,选用合适长度的管子,以减少无用长度带来的压力降。 (4)喷砂磨料应存放在干燥处,且有防雨措施。如果受潮,必须烘干。 (5)喷砂机要有防雨罩,过夜时应将填料口盖严。 (6)喷砂操作之前,应先关上磨料流量阀,先空喷2min,以驱走可能积聚在喷管内的水分。 4.3.2砂的选用 根据表面粗糙度选用粒度在1~3mm,且干燥、清洁、无油脂、有棱角的砂。 4.3.3表面喷砂操作 对于旧罐,为了节约成本,喷砂作业时先用河砂喷一遍,然后用石英砂喷,并控制表面粗糙度在45μm左右。河砂喷涂的目的是去除金属表面的油污,以减少可溶性盐分带来的腐蚀,避免后续石英砂喷涂时被污染而不能重复利用。施工作业顺序为先罐底,然后进行罐顶、罐壁施工。施工过程中应做到以下几点: (1)供应给喷砂罐的空气要清洁,避免对磨料污染,进而污染喷砂清洁后的表面。 (2)压缩机必须装配足够的处理油和水的阀门。喷砂用压缩空气必须干燥、无油(将压缩空气向白纸上喷射20~30s后,纸上不留下油或水的痕迹即可)。 (3)喷砂机喷嘴处空气压力在0.6~0.8MPa之间,喷砂机喷嘴到基体表面距离为80~100mm,喷砂嘴口径6~8mm,喷射角度30°~80°。 (4)喷砂后用净化风吹净基体表面及脚手架上附着的灰尘。涂刷涂料前,用吸尘器将表面灰尘清理干净。对钢材表面和焊缝显露出来的缺陷与甲方协商后 进行处理。 4.3.4基体表面预处理后的质量标准 喷射除锈质量等级根据腐蚀环境及防腐材料要求达到GB/T8923−1988《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》的规定,表面清洁度达Sa2½级,钢材表面无可见油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物,该表面呈均匀的金属色泽,并且粗糙度应控制在45μm左右。 4.3.5基体表面处理后的检查 基体表面处理质量应符合有关规定。表面清洁度应根据GB/T8923−1988中的标准照片目测对照评价;锚纹深度应采用表面粗糙度测定仪或测定纸进行测定。处理后的钢材表面应无焊渣、毛刺、焊接飞溅物和灰尘。表面处理质量不符合要求时,应重新预处理。 4.3.6安全措施 贮罐内部进行喷砂和喷涂施工时,一定要通风。良好的通风可使罐内气体浓度低于危险浓度。同时,对需要清除溶剂蒸汽的涂装部位,应有充足的空气供应和空气交换,以改善溶剂的挥发和涂层的固化过程。为了防止冷凝和保持表面干燥,输入的空气温度应略低于钢材表面的温度。更重要的是喷射作业人员要配戴具有通风系统的防护服。 4.4涂料施工 4.4.1涂料配制 (1)钛纳米聚合物涂料是双组分涂料,施涂前才能将两组分混合。配制前,要确认A、B组分以及稀释剂是否配套,是否与要施涂的型号一致,是否失效等。 (2)A组分配制前必须搅拌至底部无沉积且上下均匀。 (3)将均匀的A、B组分按5∶1质量比称取少量试涂,用稀释剂调整黏度(涂-4杯)为35s,使涂覆工艺条件达最佳,保证单膜厚度和质量。 (4)根据涂覆面积和单涂膜厚度计算A、B组分以及稀释剂用量,控制配料量在1~2h内用完,防止配量太多、施涂超时而过度熟化增稠,影响涂膜质量。 (5)涂料如需稀释,也应控制其用量不超10%,按计算好的稀释剂比例称好后加入A组分中,搅拌均匀后加入B组分,搅拌5~10min,使A、B组分熟化,然后静置5~10min,消除搅拌引入的空气泡。搅拌与静置时间的长短取决于配料量,料多则静置时间长。 (6)混合好的涂料用100目滤网过滤后,方可施涂。施涂过程中,一旦涂料反应过度而发生增稠,要立即停止施涂。此时涂料已报废,应重新配料。涂料 反应过度与时间和环境温度有关:温度高,所需时间短,料要少配;反之,温度低,所需时间长,配料量可适当增加。 (7)要使用涂料配套稀释剂,不能随意选用其他稀释剂。 4.4.2涂覆工艺 施工前,用工业真空吸尘器吸尘。只进行吹风会存在潜在的污染。本次施工主体采用滚刷进行,对于工作面较小不适于滚刷施工的,采用毛刷进行施工。 施工时应注意以下几点: (1)相对湿度高于80%时,不宜施工。 (2)表面处理合格后至涂覆第一遍涂料的间隔时间内出现锈蚀现象,应重新进行表面预处理。 (3)按自上而下的顺序涂覆施工,罐底要做好保护工作,防止涂料落下成瘤。涂覆应均匀,不得漏涂。 (4)对于焊缝、边角及表面凹凸不平的部位,应用刷子先涂覆一遍。 (5)每道涂料的涂覆间隔应不小于12h,下一道涂料宜在上道涂料表干后涂覆。最后一道面涂料涂覆完成后,应在常温25°C下固化7d以上,方可投入使用。如果固化温度低于10°C,应固化15d以上,方可投入使用。 (6)施工过程中,应在不同部位测定涂层的湿膜厚度,并及时调整涂料黏度及涂覆工艺参数,以保证防腐层最终厚度达到设计要求。 施工过程的注意事项: (1)不要用手直接接触处理后的金属表面,以防手汗引起金属锈蚀。汗液与金属接触时,会在金属表面形成一层汗液膜,使金属发生电化学反应而腐蚀。 因此,施工人员应带手套、指套。 (2)用漆刷涂时,应先上下、后左右。漆刷蘸漆不能过多,以防滴落。涂装时,漆刷距离不能拉得太大,以免漆膜过薄。遇有表面粗糙、边缘、弯角和凸 出等部分更应特别注意,最好先预涂一道。用滚筒滚涂时,滚筒上的油漆应分布均匀,滚动速度要保持一定,不可太快。切忌过分用力压碾滚筒。对于焊接、切痕等凸出部分,尤应小心处理,最好先预涂一道。 4.5质量检验 防腐层施工必须进行过程及最终质量检验,检验结果应做好记录。质量检验所用仪器必须经计量部门鉴定合格,使用前应校验。 4.5.1施工过程质量检验 (1)表面预处理质量应符合有关规定。表面清洁度应按照GB/T8923−1988中的标准照片目测对照进行评价;锚纹深度应采用表面粗糙度测定仪或测定纸进行测定。预处理后钢材表面应无焊渣、毛刺、焊接飞溅物和灰尘。表面预处理质量不符合要求时,应重新进行表面预处理。 (2)每涂覆完一道漆后,应检查涂层的外观和湿膜厚度,不得漏涂,每层厚度应均匀。出现漏涂或厚度不够时,应及时补涂。 (3)后一道面漆实干后、固化前,应对涂层的厚度进行检查。厚度不合格应增加涂覆层数,直至合格。 4.5.2防腐层最终质量检验 (1)防腐层全部涂覆完并固化后,应对防腐层进行外观、厚度、漏点和粘结力检验。检验结果应做好记录。 (2)外观检查应符合下列规定:表面的防腐层应全部目测检查;防腐层表面应平整、光滑,且无漏涂、发黏、脱皮、气泡和斑痕等缺陷存在。表面有缺陷的防腐层,应按规定进行处理。 (3)厚度检查应符合下列规定: (a)用测厚仪检验,最薄点≥200μm。 (b)把内壁划分成顶、壁、面3个部分,取10%面积进行检验。以1m2为一个检测区域,每个检测区域至少抽测2个点。布点应均匀,焊缝处的抽测点数 不得少于总检测点数的30%。 (c)每个检测区域有1个以上的点不合格,则该区域为不合格。若不合格区域不超过5%,则应对防腐层厚度低于规定厚度90%的区域进行复涂。若不合格 区域超过5%,则相应部位应加倍检查;当检查到不合格区域仍超过5%,则该部分的防腐层厚度为不合格,应复涂直至合格。若重新检查的不合格区域不超过5%,则应对防腐层厚度低于规定厚度90%的区域进行复涂。 (d)罐附件防腐层厚度应按适当比例进行检查。 4.5.3防腐层粘结力的检查 (1)用锋利刀刃垂直划透防腐层,形成边长约40mm、夹角约45°的V形切口。用刀尖从切割线交点挑剥切口内的防腐层,如果挑起处的防腐层呈脆性点状断裂,不出现成片挑起或剥离情况,则防腐层粘结力合格。 (2)把内壁划分成顶、壁、底3个部分,每个部分测一点。若测点合格,则该部分粘结力合格;若测点不合格,对不合格部分应加倍检查;若仍有一处不 合格,则该部分的防腐层粘结力为不合格。 (3)经粘结力检验损伤的内防腐层应按规定进行修补。粘结力不合格的防腐层不能修补,必须重涂。 (4)涂层的粘结力检验属于破坏性检验,如果对检查点的修补工作做不好,反而会造成腐蚀隐患。所以最好用同材质的试片在施工时做好涂层检查。 4.5.4厚度跟踪措施 根据防腐的重要性,要求施工单位采用2mm厚的钢板,规格为60mm×120mm的挂片4片,采用与现场防腐施工同步工艺相同的方法进行涂覆,以便进行涂层厚度及破坏性检验,同时作为交工资料。挂片由生产车间保管。 4.6修补、复涂及重涂 4.6.1防腐层的修补 (1)修补使用的材料和涂层结构应与原主体防腐层相同。 (2)修补时应将漏点或损坏的防腐层清理干净。如已露基材,应除锈至St3级。 (3)漏点和破损处附近的防腐层,应采用砂轮或砂布打毛后再修补涂覆。修补层和原防腐层的搭接宽度应不小于50mm。 (4)修补处防腐层固化后,应按有关规定进行厚度和漏点检查(应无漏点且厚度符合规定)。 4.6.2防腐层的复涂 (1)应将原有涂层打毛,使涂层表面粗糙。 (2)按规定涂覆面层,直至涂层达到规定厚度。 (3)复涂后,应按规定进行质量检验,不合格的应重涂。 4.6.3防腐层的重涂 必须将全部涂层清除干净,按要求进行防腐层涂覆后,应按规定进行质量检验,并应达到规定的质量要求。 4.7卫生、安全和环境保护 钛纳米聚合物涂料在装卸及运输过程中严禁剧烈碰撞,并防雨、防晒和防止包装件损坏。运输过程不能与酸、碱等腐蚀性物品以及柴草、纸张等易燃品混装。防腐施工现场必须有完善、有效的消防措施。防腐施工人员应配备防护工作服、防护(防毒)面具、防护鞋及防护手套等。施工现场还应备有防护药品。进入罐内的操作人员至少有2人,进口处应设置标志,并有专人负责安全监护。罐内施工时,应采用防爆照明灯具。手持式照明灯的电压不得高于24V,灯线必须采用橡胶套电缆。无照明条件不得进入罐内作业。严禁携带一切火种进入罐内。在罐内施工时,应强制通风。罐内防腐层涂覆的安全、环境保护应符合GB7692−1987《涂装作业安全规程涂漆前处理工艺安全》及GB7693−1987《涂装作业安全规程涂漆前处理工艺通风净化》的规定。离地面2m以上施工时,必须制定高处作业的安全防护措施,并严格执行。 防腐施工结束后,施工单位应提供下列文件:(1)涂料出厂合格证及检验报告;(2)防腐层涂覆施工记录;(3)质量检验报告;(4)修补与复涂记录,包括修 补地点、原因、方法、数量及检验结果;(5)其他有关记录。 5效果 2007年8月对污水罐进行了内壁防腐施工,施工面积为3426m2。2010年4月对该罐进行检修检查。结果发现,防腐涂层整体性完好,涂层表面有光泽,无起皮、起泡、龟裂、脱落等现象,也没有任何锈蚀产物附在表面。 6结语 钛纳米聚合物涂料防腐涂层在含有H2S、NH3、CO2、CN−、酚等多种物质的水中及60°C左右温度下,使用效果很好。它解决了常规特种防腐涂料耐腐蚀不高的难题,且其工程造价与常规特种防腐涂料相当,比环氧玻璃钢防腐层造价低30%左右。 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