金属护套在保温层下腐蚀中的作用

2018-06-21 10:44:39 作者： Vince 来源：腐蚀与防护分享至：

迄今为止，腐蚀一直是石油和天然气等行业中需要面临的最严峻问题之一。仅仅因为管道中的腐蚀问题，全球每年都会遭受大量的经济损失。

花在腐蚀方面的钱主要包括以下几个方面：

1、更换腐蚀部件的成本；

2、停机成本；

3、生产损失；

4、维护成本；

5、因腐蚀问题导致的一些致命性重大事故等。

保温层下腐蚀的危害：

保温层下腐蚀（Corrosion Under Insulation，简称CUI）是指发生在包裹保温材料的管道或设备外表面上的一种腐蚀现象。一般是由于冷凝水分或雨水进入到保温系统而导致管道或设备外表面的局部腐蚀。当保温系统下面存在湿气时，由碳锰，低合金和奥氏体不锈钢等材料制成的管道极易发生电化，点蚀，应力开裂和缝隙腐蚀。由于腐蚀表面被保温层覆盖，所以保温层下腐蚀一般很难被检测到。

只有当保温层被剥离开以检查CUI引起的一些迹象时才能检测到，否则只有等到保温效率的突然丧失或泄漏才会引起注意，但这时候已经晚了，对管道和设备已经造成了难以挽回的损失。甚至在一些极端的情况下，直到管道或设备失效并导致事故发生，保温层下腐蚀现象才被检测到。

CUI是石油和天然气行业发生事故的主要原因之一。自1984年以来，在eMars数据库（在线重大事故报告系统）向欧盟国家报告的137起重大石油和天然气事故中，超过20%与腐蚀现象有关。

CUI会导致有害物质无控释放，引起组件损坏，并降低设备的可靠性和性能，最终导致完全失效。CUI相关事故能引起巨大的破坏性后果，对人类生命和当地生态系统造成重大风险，并导致工厂设备严重损坏，进而引起工厂停工等。这些事故都会造成巨大的经济损失。仅在美国，腐蚀每年都会“贡献”大约37亿美元的经济损失。

保温层下腐蚀机理：

雨水和凝结水分会通过一些薄弱环节进入到保温层系统中，例如重叠部位，设备盖，破裂外壳，螺丝钉和铆钉孔和其他一些保温不良区域处的密封胶等。

保温层的设计是用于防止潮气进入到该系统中，然而这也意味着进入到系统中的任何湿气都将被困在保温层的范围内并且无法逸散出去。随着时间的推移，这会导致内部水分浓度的不断增加。保温层系统中的水分对保温材料的热性能有显着的影响，同时也为腐蚀性反应创造了理想的条件。绝大多数保温材料都含有一些腐蚀性物质，如氯化物和二氧化硫（SO2），它们会在潮湿环境中起到催化剂作用并增加腐蚀速率。

CUI的大多数情况都是由于保温材料间组合不当造成的。因此，在设计阶段必须认真考虑材料选择问题以防止发生保温层下腐蚀现象。理想的保温层系统的设计和作用必须能够防止任何湿气进入到保温系统中。

缝隙腐蚀/点腐蚀，电偶腐蚀和应力集中裂纹腐蚀是最常见的几种腐蚀机理，当水进入到系统时会导致不锈钢部件因保温层腐蚀而发生破坏。

图1 90度弯曲的部位

图2 带有端盖的典型绝缘系统

一些可用于防止保温层下腐蚀的建议：

1.选择适当的保温层材料；

2.正确的装备设计；

3.使用合适的防护油漆和涂料；

4.使用天气屏障；

5采取正确的维护做法；

现在，市场上已经有了很多类型的保护层护套，其中大多数将在本文下面部分讨论到。

金属护套：

金属护套是石油和天然气行业中最流行的一种保护系统，并且在世界各地的大多数项目中都被使用到。

金属护套会缠绕在管道周围并重叠，通过硅酮基密封剂对其进行密封并使用金属带和其他辅助产品进行固定。作为抵御各种天气条件、热应力和机械作用的第一道防线，必须选用合适的材料和固定系统以尽量减少保温层下腐蚀现象。

铝金属护套：

铝金属是使用最广泛的金属护套材料，因为其密度低（2.7 g/cm3），并且具有优异的成型性和高度耐腐蚀性。优异的成型性使其可以基于特定的应用被制造成所需要的几何形状。

通过一些表面处理还可以为这些材料提供额外的机械强度，并隐藏在平面薄片上可见的一些细微瑕疵。然而，表面处理可能会带来一些表面污染物，从而导致护套被腐蚀。

铝的主要缺点是熔点低。铝的熔点大约为660°C（1220°F），因此它在火灾风险高的场所中并非首选。对于这类场所，不锈钢金属护套可以作为人们的第一选择，因为它的熔化温度高于1400°C（2552°F），可以有效延迟火势的蔓延。

316不锈钢金属护套：

密度大约只有7.8 g/cm3的不锈钢材料可以提供更强的机械侵蚀抵抗能力，同时具有出色的耐腐蚀性。

耐点蚀当量数（PREN）是评估不锈钢牌号的相对耐点蚀性的一种常用方法，通常采用以下公式进行计算：

牌号为316的不锈钢材料PREN值为28.5，高于大多数不锈钢牌号。由于其优异的机械性能，不锈钢还具有良好的耐应力腐蚀开裂（SCC）性能。这些特性使得不锈钢可以用于大多数腐蚀性环境，例如化学和海洋环境等。

铝和锌涂层护套：

镀铝，锌和硅的钢护套可以作为不锈钢金属护套的替代品，该护套经济成本更低，而且还具有良好的耐腐蚀性和机械性能。

但这种材料并不是阻燃应用的理想选择。这是因为镀锌钢护套上的锌涂层在416°C（781°F）时会熔化，并在550°C（1022°F）时发生雾化。

熔融锌在不锈钢中的扩散会导致液态金属脆化现象（LME）。扩散程度取决于温度和锌暴露的持续时间。这会导致不锈钢以指数速率发生腐蚀。

涂有涂层的金属护套：

在金属护套上使用涂层可以改善其在耐腐蚀性，热辐射和隔音方面的性能。

一般在金属护套的下侧涂覆涂层，金属材料的下侧防潮层和上侧涂有涂料系统，可以改善上表面的发射率，有助于减轻外壳下侧的腐蚀。

此外，这种金属护套还可以降低表面温度以及护套外表面和管道之间的温度梯度，从而使热通量最小化，这有助于减少所需保温材料的数量。

防潮层：

防潮层一般是3层聚乙烯涂层，其通常位于金属的下层，以防止与下面的保温层和湿气接触。

通过减小护套和管道之间发生电解作用的可能性，防潮层有助于防止电化学腐蚀。

涂氟聚合物：

含氟聚合物涂层通常用于顶部表面。这是因为含氟聚合物是最稳定的涂料体系之一。

此外，含氟聚合物与其他涂料体系相比表现出较高的表面发射率。与裸金属相比，这有助于增强热辐射并确保管道的表面温度更低，更安全。这也减少了流体和外表面之间的热梯度，降低了热流率。含氟聚合物还表现出了高的抗紫外线性能，高发射率和良好的疏水性等。

噪音隔离：

对于一些隔音应用，可以使用高密度阻隔层来代替防潮层。键合到金属上的高密度隔音层能将声音分贝保持在人员可接受的安全限制内，此外，还可以在金属外壳的下侧表现出厚防潮层的作用。乙烯基树脂是用于此应用的最常见的材料。

一些配件材料：

保温层配件主要包括将保温材料和护套固定到位的紧固件和密封剂等。这些配件在防止水分侵入到保温系统中以减轻CUI风险方面发挥着重要作用。配件故障往往会导致整个保温系统的失效，因为它会让水分进入系统。

在圆形管段上，金属被缠绕在保温体上，然后用金属带固定。但是，在用于绝缘阀门，法兰和设备的隔热箱上，使用绑带是不现实的。因此，通常还会使用螺丝和铆钉来固定这些护套。

图3 典型阀箱的布置

通过在金属板上钻一个孔来安装螺钉和铆钉，这显然会为湿气进入保温系统提供一个良好通道。因此，螺丝和铆钉应安装一个防水垫圈上，以防止任何湿气通过这些孔进入到系统中。

与安装螺钉相关的另一个问题是，当将螺钉钻入板中时，需要用到钻头进行钻孔并用碳钢螺钉攻丝。在雨水和冷凝水存在的情况下，这为腐蚀创造了理想的条件，并会导致螺丝头腐蚀和脱落，这可能将引起保温系统的整体失效。

但是，这可以通过使用优质不锈钢制造螺钉来防止。双相不锈钢级318L可以成为可行的选择，因为它比电镀系列中的316不锈钢质量更好，它的耐点蚀当量值（PRE值）约为32，是316不锈钢的3倍。更高的硬度还消除了用碳钢螺钉攻丝的要求，并且还可以防止螺纹损坏。高的PRE值可防止螺钉被腐蚀，从而显着提高系统的预期使用寿命。

图4 耐点蚀当量数值PRE

总结：

目前，并没有标准的方法来防止保温层下腐蚀现象，只有一系列的最佳实践做法。正确使用保温层材料可以适当减轻CUI的风险。为了尽可能防止腐蚀损坏，应该注意系统中所有可以被注意到的细节部分，包括固定系统（绑带，螺钉和铆钉）等，以便能够创建出一个CUI风险最小的保温层系统。像这样的系统是可以创建的，但是，请记住，这需要你及时关注保温层系统中的每个部件以及每个细节。

更多关于材料方面、材料腐蚀控制、材料科普等方面的国内外最新动态，我们网站会不断更新。希望大家一直关注中国腐蚀与防护网http://www.ecorr.org

责任编辑：韩鑫