導(dǎo)語(yǔ)：保溫層下腐蝕檢測(cè)與防護(hù)措施一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：在石油化工行業(yè)中，為滿足節(jié)能和工藝的要求，管道和設(shè)備往往需要采取隔熱保溫層措施。然而，設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生保溫層下腐蝕（CUI），嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)泄漏事故，嚴(yán)重威脅裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文簡(jiǎn)要回顧了保溫層下腐蝕（CUI）。在分析CUI原因和腐蝕機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì)CUI的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)以及防護(hù)措施進(jìn)行了詳細(xì)論述，為石油化工企業(yè)CUI的檢測(cè)和防護(hù)提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：保溫層下腐蝕；無(wú)損檢測(cè)；腐蝕防護(hù)

保溫層下腐蝕（CorrosionUnderInsulation,CUI）指的是在敷設(shè)了隔熱材料等覆蓋層的設(shè)備外表面上發(fā)生的一種腐蝕現(xiàn)象。由于保溫層的存在，使得CUI具有較強(qiáng)的隱蔽性，一般很難發(fā)現(xiàn)，所以，CUI被形象地的稱作躲在“被子”下面的腐蝕。常規(guī)檢測(cè)方法無(wú)法在不拆除隔熱系統(tǒng)的情況下對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面準(zhǔn)確的檢測(cè)，導(dǎo)致保溫層下腐蝕給整個(gè)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行與安全生產(chǎn)帶來(lái)巨大隱患。因此，如何對(duì)這種類型的腐蝕進(jìn)行全面有效地檢測(cè)與防護(hù)需要引起研究人員的高度重視[1]。

1CUI的概述

1.1CUI的原因

保溫層下腐蝕是由于設(shè)備需要保溫、節(jié)能或工藝穩(wěn)定而采取隔熱措施所引起的腐蝕。在石油和天然氣生產(chǎn)中，為減輕溫度波動(dòng)對(duì)工藝設(shè)備的影響，經(jīng)常需要在鋼管、儲(chǔ)罐等設(shè)備上安裝隔熱材料。然而，由于設(shè)計(jì)不當(dāng)，安裝不正確，維護(hù)損壞以及接縫、間隙的出現(xiàn)使得來(lái)自降雨、蒸汽、沖洗、冷凝等途徑的水和污染物很容易侵入。一旦潮濕，水分會(huì)由于隔熱材料多孔結(jié)構(gòu)的滯留作用無(wú)法及時(shí)揮發(fā)，因此保溫層下會(huì)長(zhǎng)時(shí)間保持濕潤(rùn)，從而形成非常強(qiáng)的腐蝕環(huán)境[2]。

1.2CUI的腐蝕機(jī)理

CUI的本質(zhì)是一種由氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)組成的電化學(xué)反應(yīng)。金屬原子在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，進(jìn)入離子狀態(tài)。然后電子被轉(zhuǎn)移到一種化學(xué)物質(zhì)中，成為還原反應(yīng)的一部分。鐵的兩種常見(jiàn)氧化反應(yīng)是：Fe=Fe2++2e-和Fe=Fe3++3e-當(dāng)鋼表面與含有溶解氧的水接觸并存在自由電子時(shí)，會(huì)在陰極發(fā)生還原反應(yīng)：2O2+2H2O+4e-=4OH-OH-與Fe2+和Fe3+反應(yīng)分別形成Fe（OH）2和Fe（OH）3，最終形成H2O和Fe2O3的沉淀?？偦瘜W(xué)反應(yīng)為：4Fe+6H2O+3O2=4Fe（OH）3=6H2O+2Fe2O3。

1.3CUI的危害

保溫層下腐蝕（CUI）是當(dāng)今石油化工行業(yè)面臨的最昂貴的問(wèn)題之一，占到所有管道維護(hù)成本的80%。每年全球由于CUI引發(fā)的重大設(shè)備停機(jī)等問(wèn)題比其他所有原因都多。在荷蘭圣約翰舉辦的腐蝕研討會(huì)上，CUI已被行業(yè)專家認(rèn)定為頭號(hào)腐蝕問(wèn)題[3]。而在我國(guó)，CUI的影響同樣嚴(yán)重，已經(jīng)給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失，甚至引發(fā)災(zāi)難性事故。

2CUI的無(wú)損檢測(cè)

CUI的真正問(wèn)題在于，唯一能夠準(zhǔn)確確定管道和設(shè)備是否發(fā)生腐蝕的方法是完全拆除隔熱系統(tǒng)，然而這是也最昂貴的檢測(cè)方法。目前，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法是拆除管道表面覆蓋物、目測(cè)檢查、恢復(fù)表面覆蓋物原貌。該方法是一個(gè)非常耗時(shí)且勞動(dòng)密集型的過(guò)程，而且如果表面覆蓋物質(zhì)中含有石棉并且需要安全移除，情況可能還會(huì)變得更加復(fù)雜。因此，開(kāi)發(fā)一些無(wú)需拆除隔熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)CUI檢測(cè)的技術(shù)就顯得尤為重要[4]。這些檢測(cè)技術(shù)可以與傳統(tǒng)方法相結(jié)合，為管道網(wǎng)絡(luò)提供經(jīng)濟(jì)、全面的CUI檢測(cè)。

2.1中子反向散射技術(shù)

中子反向散射技術(shù)通過(guò)大面積掃描管道，可以在短時(shí)間內(nèi)得到檢測(cè)結(jié)果。這種方法使用放射源將高能中子發(fā)射到待檢測(cè)位置，高能中子穿過(guò)保溫層并與氫等輕元素碰撞，轉(zhuǎn)化為低能中子。用于檢測(cè)低能中子的靈敏探測(cè)器通過(guò)測(cè)量低能中子的數(shù)目來(lái)確定“濕潤(rùn)保溫層”的位置。該數(shù)目與保溫層中的水量成正比，因此可以快速準(zhǔn)確地識(shí)別可能發(fā)生CUI的區(qū)域。這種技術(shù)非常便攜，在某些情況下，不需要腳手架。但是，該方法需要具有涉及健康和安全問(wèn)題的輻射源，而且它不會(huì)直接檢測(cè)CUI。

2.2紅外熱成像

IR熱成像技術(shù)可以有效地用于識(shí)別管道保溫層中的進(jìn)水部位，并且比傳統(tǒng)的水分密度計(jì)更有效、更快捷。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以使用這種技術(shù)從遠(yuǎn)處掃描管道，無(wú)需昂貴且耗時(shí)的腳手架結(jié)構(gòu)。由于導(dǎo)熱系數(shù)的不同，濕潤(rùn)保溫層與干燥保溫層溫差明顯，因此檢測(cè)員可以通過(guò)紅外圖像直觀地發(fā)現(xiàn)進(jìn)水部位。通過(guò)使用較小的溫度跨度，可以提高該技術(shù)的靈敏度。

2.3遠(yuǎn)距離超聲波檢測(cè)

遠(yuǎn)距離超聲波檢測(cè)（LRUT）通過(guò)使用導(dǎo)波掃描管道，對(duì)于原本無(wú)法檢測(cè)的管道特別有用[5]。超聲波由探頭發(fā)出，傳送到管壁，一旦沿著管道傳播，超聲波就會(huì)被不連續(xù)處反射，例如環(huán)焊縫、管道回路中的分支以及壁厚減少處。這些壁厚的減少與腐蝕區(qū)域有關(guān)，一旦檢測(cè)到它們就可以通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行分析。這種方法通?？梢話呙栝L(zhǎng)達(dá)120m的直線管道，被認(rèn)為是在難以或無(wú)法進(jìn)入的位置對(duì)保溫管道進(jìn)行檢測(cè)的最可靠技術(shù)之一，尤其是在人跡罕至的涵洞、埋地管道和道路交叉口下經(jīng)過(guò)的管道。

2.4計(jì)算機(jī)射線照相

這種技術(shù)使用的設(shè)備與傳統(tǒng)射線照相相似，不同之處在于利用成像板代替膠片來(lái)創(chuàng)建圖像。為充分檢測(cè)保溫層下的CUI，該方法需要對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行有效隔離，以消除管道支架等的干擾。檢測(cè)產(chǎn)生的圖像和獲得的數(shù)據(jù)以數(shù)字方式存儲(chǔ)，因此可以快速訪問(wèn)數(shù)據(jù)從而提高檢測(cè)效率。

2.5脈沖渦流

以渦流為原理的脈沖渦流（PEC）已逐漸成為一種普遍使用的檢測(cè)方法。這種方法是一種用于測(cè)定平均壁厚非接觸式電磁法。測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)探測(cè)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁化目標(biāo)基板，這會(huì)在管壁中產(chǎn)生渦流，從而向內(nèi)擴(kuò)散。如果檢測(cè)到異常，渦流脈沖就會(huì)停止，從而導(dǎo)致施加的磁場(chǎng)突然下降。管壁越厚，渦流的反彈時(shí)間就會(huì)越長(zhǎng)，從而可以計(jì)算出管壁厚度減少的百分比。這種技術(shù)不受隔熱材料的限制，可以在工作溫度超過(guò)450°C的情況下就地使用。敏感性較差是該技術(shù)的不足。保溫層下腐蝕的各種檢測(cè)方法適用范圍不同，使用時(shí)需結(jié)合實(shí)際情況和工況進(jìn)行選擇。表1對(duì)不同的檢測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)和局限性進(jìn)行了對(duì)比，具體如下。

3CUI的防護(hù)措施

保溫層下腐蝕一直以來(lái)都是石油化工行業(yè)難以避免和高頻率發(fā)生的事件，由于其不易發(fā)現(xiàn)，往往會(huì)造成無(wú)法挽回的經(jīng)濟(jì)損失和重大的安全事故。CUI防護(hù)應(yīng)多管齊下，從隔熱材料、護(hù)套、涂層等多方面進(jìn)行優(yōu)化，開(kāi)發(fā)新型保溫結(jié)構(gòu)，嚴(yán)把施工質(zhì)量，緩解腐蝕現(xiàn)象。

3.1隔熱材料

圖1是保溫管的橫截面圖。其中，隔熱材料不僅影響保溫能力，而且還影響腐蝕速率。如今使用的隔熱材料重要有硅酸鈣、人造礦物纖維、多孔玻璃、有機(jī)泡沫和陶瓷纖維等。如果長(zhǎng)期處于濕潤(rùn)環(huán)境中，某些隔熱材料中（如酚醛泡沫和聚氨酯泡沫）含有的鹵化物（如氯化物和溴化物離子）會(huì)溶解。這將導(dǎo)致保溫層下滯留水分的pH值降低，從而加速鋼的腐蝕速率。不同隔熱材料的芯吸特性也存在很大差異。例如，硅酸鈣是一種經(jīng)常使用的隔熱材料，它可以吸收高達(dá)自身重量400%的水分，而蜂窩玻璃（泡沫玻璃）在隔熱單元結(jié)構(gòu)完好無(wú)損時(shí)是一種不吸水的隔熱材料。此外，濕潤(rùn)硅酸鈣的pH值為9～10，這將產(chǎn)生對(duì)醇酸樹(shù)脂和無(wú)機(jī)鋅（IOZ）等涂料不利的腐蝕環(huán)境。

3.2隔熱護(hù)套

在所有傳統(tǒng)的隔熱系統(tǒng)中，抵御環(huán)境的第一道防線就是保護(hù)套。保護(hù)套不僅可以作為防水系統(tǒng)防止水分侵入，還可以保護(hù)隔熱系統(tǒng)免受機(jī)械損壞、化學(xué)侵蝕和火災(zāi)損壞。保護(hù)套一般可以分為金屬和非金屬兩個(gè)基本類別。金屬護(hù)套主要由304SS、鋁或鍍鋅鋼的薄板制成，內(nèi)表面涂有緩解護(hù)套腐蝕的防潮涂層。金屬護(hù)套的優(yōu)點(diǎn)是使用壽命長(zhǎng)且易于安裝。然而，由于它們難以密封并且在維護(hù)、維修過(guò)程中容易損壞，所以CUI發(fā)生的幾率較高。相比之下，由熱塑性材料或纖維增強(qiáng)塑料等材料制成非金屬護(hù)套，不僅可以提供比金屬護(hù)套更強(qiáng)防水密封，而且還可以有效避免維護(hù)、維修過(guò)程中出現(xiàn)的人為損壞。

3.3涂層

保溫層下的保護(hù)涂層可有效阻止侵入隔熱系統(tǒng)的水分與鋼接觸，從而減輕腐蝕[6]。然而，所有類型涂層的使用壽命都是有限的，并且使用條件也存在一些限制。兩組分的酚醛環(huán)氧樹(shù)脂和酚醛環(huán)氧樹(shù)脂是緩解CUI的最常用涂料系統(tǒng)。然而，工藝溫度的提高，對(duì)涂層性能提出了更為嚴(yán)格的要求，因此需要開(kāi)發(fā)新的用于高溫涂層的化學(xué)物質(zhì)。由于保溫層下含有水分，CUI被視為浸沒(méi)環(huán)境。由美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)（NACE）提供的行業(yè)指南指出，浸沒(méi)級(jí)保護(hù)涂層是CUI的最佳防護(hù)措施。

3.4氣相緩蝕劑

氣相緩蝕劑（VCIs）是與涂層完全不同的防護(hù)方式。VCIs是一種揮發(fā)性化合物，可在金屬界面形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，防止腐蝕性物質(zhì)滲透到金屬表面。通過(guò)重力進(jìn)料系統(tǒng)或便攜式注射泵注入隔熱護(hù)套后，它們會(huì)形成6微米左右的干燥、疏水薄膜。這些緩蝕劑易于應(yīng)用，可用于保護(hù)在各種腐蝕性環(huán)境中使用的多種金屬及合金。

4結(jié)語(yǔ)

保溫層的使用對(duì)石油化工行業(yè)的環(huán)境保護(hù)和節(jié)能降耗具有重要價(jià)值，但也發(fā)生了無(wú)法避免的腐蝕現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)保溫層下腐蝕的多年研究分析與實(shí)踐，技術(shù)人員已經(jīng)總結(jié)出一套較為成熟的檢測(cè)與防護(hù)方法。檢測(cè)技術(shù)的選擇需針對(duì)具體的應(yīng)用環(huán)境，綜合考慮安全性、便攜性以及檢測(cè)的質(zhì)量，靈活選用。對(duì)于CUI的防護(hù)，需要更加仔細(xì)的判斷和分析以選擇最合適的防護(hù)或防護(hù)組合。毫無(wú)疑問(wèn)，目前的檢測(cè)技術(shù)與防腐措施已經(jīng)在保溫層下腐蝕方面發(fā)揮了巨大的作用，降低了腐蝕速率，減少了生產(chǎn)事故的發(fā)生。

作者：王海韓 斌 劉少辰 朱萬(wàn)東 單位：中海油常州涂料化工研究院有限公司上海海鎧防腐工程技術(shù)分公司