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化工大气的腐蚀与防护

第一节. 化工大气对金属设备的腐蚀状况
金属在大气自然环境条件下的腐蚀称为大气腐蚀。暴露在大气中的金属表面数量很大，所引起的金属损失也很大的。如石油化工厂约有70%的金属构件是在大气条件下工作的。大气腐蚀使许多金属结构遭到严重破坏。常见的钢制平台及电器、仪表等材料均遭到严重的腐蚀。由此可见，石油、石油化工生产中大气腐蚀既普遍又严重。
大气中含有水蒸汽，当水蒸汽含量较大或温度降低时，就会在金属表面冷凝而形成一层水膜，特别是在金属表面的低凹处或有固体颗粒积存处更容易形成水膜。这种水膜由于溶解了空气中的气体及其它杂质，故可起到电解液的作用，使金属容易发生化学腐蚀。
因工业大气成分比较复杂，环境温度、湿度有差异，设备及金属结构腐蚀不一样的。如生产装置中的湿式空气冷却器四周空气湿度大，在有害杂质的复合作用，使设备表面腐蚀很厉害。涂刷在设备、金属框架等表面的涂料，如：酚醛漆、醇酸漆等由于风吹日晒，使用一年左右，涂层表面发生粉化、龟裂、脱落，失去作用。
第二节. 金属〔钢与铁〕在化工大气中的腐蚀
由于铁有自然形成铁的氧化物的倾向，它在很多环境中是高度活性的，正因为如此它也具有一定的耐蚀性。有时候会与空气中氧化反应，在表面形成保护性的氧化物薄膜，这层膜在99%相对湿度的空气中能够防止锈蚀。但是要存在0.01%SO2就会破坏膜的效应，使腐蚀得以持续进行。一般在化工大气层状况下，黑色金属的腐蚀率随时间增加而增加。这是因为污染的腐蚀剂的累聚而使腐蚀环境变为更加严重的缘故。
第三节. 腐蚀原因分析
  1. 涂层表面的损坏
工业大气中的SO2、SO3和CO2溶于雨水或潮湿的空气中生成硫酸和碳酸，附着在设备、金属框架表面。由于酸液的作用，使涂层腐蚀遭到破坏。
低分子量聚合物气孔率较大，水分子比较容易通过涂层表面到达涂层与基体之间的界面，使涂层的结合强度下降，进而使涂层剥离或鼓包。
2. 涂层下金属的腐蚀
涂层下的金属腐蚀是由电化学作用引起的。在阴极氧有去极化的作用，反应如下：
O2 + H2 + 2e = 2OH–
因此，涂层下泡内溶液呈碱性，也叫碱性泡，这时阴极部位的PH值可高达13以上。界面一旦形成高碱性状态，就进一步发生基体氧化膜的碱性溶解和涂层的碱性分解。在阳极发生如下反应：
Fe = Fe2+ + 2e
Fe2+与氧、水及OH–反应生成Fe〔OH〕2、Fe〔OH〕3、Fe2O3·XH2O等腐蚀产物，其体积要增大好几倍，漆膜鼓起，最后破裂而成“透镜〞。这时泡内溶液呈酸性，故称酸性泡，泡内PH值仅为2-4。
所以说，从漆膜脱落部位产生的阴极、阳极反应来看，由于阴极反应产生的OH–离子使得界面PH值上升，造成Fe2+离子水解：
Fe2+ + 2H2O = Fe〔OH〕2 + 2H+
这时又使界面PH值降低，从而加速了阳极反应〔金属的腐蚀〕，使腐蚀面积扩展，漆膜剥落的范围也扩展，有的设备表面涂刷的漆不到半年就出现开裂、脱落、使设备遭到腐蚀。

以前采纳的涂料不仅从分子结构上看，透气、透水强，而且施工时在常温下干燥，溶剂挥发缓慢。此时，环境中灰尘等杂质容易混入，使漆层出现较多的针孔。另外，常规油性材料耐老化不好，不耐酸碱及溶剂的腐蚀。在低温下几乎不干，光泽、硬度都不如树脂漆。所以，提升漆膜的抗老化性、抗渗性、耐酸碱、溶剂的能力，是延长机泵表面涂层使用寿命较好的方法。
通过对目前我国涂料的筛选，采纳了中油化黑龙江绿岛涂料制造制造的EPH高耐候外防腐专用漆〔以下简称EPH〕。对我厂的机泵表面进行了防腐，该材料有如下特点：

EPH底漆：该漆由活性颜料和防锈漆料组成。依靠活性颜料同铁锈进行化学反应来抑制锈蚀发展。属于稳定型带锈底漆。成膜物质采纳环氧树脂材料。因环氧树脂具有很强的粘合力，由于结构中含有脂肪族羟基、醚基及活泼的环氧基的缘故。羟基和醚基的极性使得环氧树脂与相邻表面之间产生电磁键的吸引力，因而粘接力特别强。同时环氧树脂可以相当平稳地从液态变成固态〔只有稍微的收缩〕，所以它能坚持着几乎所有原来的键。它与很多金属和非金属〔乙烯基型塑料等非极性物除外〕有较高的粘接力。
在固化的环氧树脂体系中，含有稳定的苯环和醚键以及脂肪族羟基，化学性质很稳定，能耐稀酸、碱和某些溶剂。因结构中含有脂肪族羟基和碱不起作用，故其耐碱性较油性漆、醇酸树脂强。
合计到机泵防腐一般都是在现场进行，由于现场条件的限制，不可能采纳机械喷砂的方法，只能人工机械进行处理。但是人工机械处理级别是较低的，还存在部分微锈及表面粗糙度不够。所以采纳该材料的底漆可以弥补现场除锈不彻底或无法彻底除锈的状况。一般状况下可以对50μm以下锈蚀层有较好的作用。
采纳EPH高耐候外防腐专用底漆，可以得到与金属和非金属较强结合力的漆膜。
EPH面漆：该材料的保光性、抗老化性，特别是耐蚀性优于一般的油性漆及氯磺化聚乙烯涂料。该材料主要是由有机硅改性环氧树脂、聚氨脂植物油酸加成物、氯磺化聚乙烯树脂、高档制漆助剂等调配而成。原因如下：
EPH面漆主要是由氯磺化聚乙烯树脂里加入一定量的环氧树脂。即：在以粘合剂的基础上，先合成带活性官能团的橡胶。在这种成膜物质的作用下，制成的涂料性能改变了许多。环氧树脂作为氯磺化聚乙烯的交联作用的机理为：
环氧树脂的大分子两端各有一环氧基，它能与氯磺化聚乙烯大分子的氯磺酰基产生分子内的交联，使聚合物形成体形结构。
这样在常温下加入复合型固化剂及各种功能活性添加剂，涂刷在物体表面，使其进行化学反应，常温固化网状高分子结构材料。在其结构中既有树脂链段，又有橡胶链段，固化后的漆膜介于树脂与橡胶之间。该材料的强度和粘和力比一般防腐涂料提升许多。
以环氧树脂、氯磺化聚乙烯树脂与其它材料加成反应的涂料。在耐水、耐热、耐化学品、单组份储存稳定性、交联速度、色稳定性、耐污染、清漆成膜透明、涂料生产中易分散十个方面，与其它交联体系的涂料相比，显示了显然的优越性，是国外公认十项技术总积分最高的交联型氯磺化聚乙烯涂料。通过实际应用与生产明确显示了卓越的性能。因为该涂料可随着环氧树脂等其它组份的改变，可以得到不同类型的EPH型涂料。

    经过多年的使用其性能合格，概括起来有以下特点：
    A、漆膜坚韧、硬度、抗老化性、耐寒性、抗裂性，优于一般的氯磺化聚乙烯涂料。
    B、在一般化工大气中使用，比一般的常规涂料，如：醇酸调和漆、酚醛树脂等使用寿命长。
    C、比一般氯磺化聚乙烯涂料耐蚀性提升了许多，解决了氯磺化聚乙烯涂料用在水系统溶胀的问题。特别是防腐后表面装饰大为改观。可以与有机氟涂料相媲美。
    D、漆膜光亮，色泽鲜艳，一般氯磺化聚乙烯涂料是达不到的。
    E、表面气孔率低，所以在潮湿的条件下抗渗性优异，是其它常规涂料不能比的。
    F、该材料确实底漆在金属表面涂刷时比氯磺化聚乙烯涂料底漆附着力有显然的提升。
    G、价格适中，漆膜使用寿命长，综合效益好。
所以说，该涂料适用于化工大气，含酸碱浓度较高的环境中。设备表面、金属框架、非金属框架表面防腐蚀采纳该材料，解决了常规涂料难以解决的防腐问题。
另外，要针对金属腐蚀的具体状况，要掌握多一些的防腐材料，进行灵活多样选择，获得较好的综合效益。

现在应用比较好的一种涂料耐化工大气防腐性比较好的涂料为：丙烯酸聚氨酯面漆。因丙烯酸聚氨酯不汲取300nm以上的紫外光及日光，羟基丙烯酸树脂和脂肪族异氰酸酯交联剂组成的涂层具有优异的耐候性。通过调整丙烯酸树脂的羟基含量，可以得到机械性能和防腐性优异的涂层。采纳丙烯酸树脂、溶剂、颜色填料和助剂组成甲组分，脂肪族异氰酸酯为乙组分，可以得到耐侯性能和防腐性能优异的涂层。这种漆已经在储油罐外使用3年以上，目前涂层仍然完好，而同期施工的氯磺化橡胶涂层已经出现粉化和剥落现象。