浙江至德钢业有限公司技术人员调研某不锈钢保温管道,保温外用铝皮防水层,管道已运行若干年,地处海洋环境,维护时将铝皮封套和保温材料去除,修理后又重新封好,仅半年时间修理过的管段发生泄漏,检查不锈钢管外表面已发生应力腐蚀破裂。


  笔者究其原因是保温层下腐蚀(corrosion under insulation,CUI)引起。原因是维护人员未把铝皮封套和防水层按要求密闭安装好,达不到防雨水的要求。雨水浸入,使隔热材料变湿。雨水中的氯离子和隔热材料中沥出的氯离子,在不锈钢管表面聚集浓缩。加上管道中存在的残余应力的联合作用,造成了氯化物应力腐蚀破裂,裂缝穿透而引起泄漏。CUI发生在冷热管道、设备的保温层下。这种腐蚀直到20世纪50年代才在各种文献中被提及。


  CUI是一种在管道、设备表面,由外及内的腐蚀,由于通常在保温下发展,缺乏日常的关注,成为企业装置内“隐蔽的角落”。有效管理CUI风险是配管设计管理的关键部分之一。



1. 碳钢管道CUI机理与防护措施的工程应用


  保温层下碳钢受到腐蚀原因在于碳钢和水汽的接触:①. 管道外壁水和其他腐蚀性介质的环形空间或缝隙;②. 吸水性或浸润性好的保温材料;③. 保温材料带来的污染物来加速腐蚀或外界污染。


  保温层下的水汽主要来自:外界的水汽渗透;冷凝。由于外界保护材料的设计缺陷、安装施工差、机械损伤、疏于维护等原因,都会使水汽进入保温层。当金属表面温度低于环境露点温度时,水汽也会凝结在金属表面。


  设备的运行温度同样也会很大程度影响到腐蚀的发生:温度越高,水汽停留在碳钢表面的时间就越短;但是温度越高,越会加速腐蚀,并降低防护涂料、黏结剂的使用寿命。


  在一个开放的系统下,水中的氧含量随着温度升高而降低。对于碳钢来说,当温度高于80℃时,腐蚀速率开始下降。但是现场测得的保温层下腐蚀却类似于封闭系统下的腐蚀情况,水汽中的氧含量却是饱和的。这样的话,Oxygen cell corrosion会在一个密闭的系统中发生。现场测试的数据比实验室数据还会更高。水汽中溶解的盐分更会加速腐蚀。


  现场经验显示,碳钢温度在-4~175℃之间在保温层下发生CUI。当温度低于-4℃时,一般没有腐蚀;当温度高于175℃时,表面可以有足够的热量来保持表面的干燥,也很少发生腐蚀。但是一旦当设备因停机检修等问题,温度区间一到这个范围内时,腐蚀会很快发生。


  为什么CUI的发生一直强调水汽的存在,其实这其中唯一的原因是由于保温层的存在,保温层材料对CUI的发生起着至关重要的作用。①. 保温层中可溶性盐的残留,例如阻燃剂中的氯化物、硫化物等酸性物质可以加速腐蚀;②. 水的渗透,保温层材料就是吸水性的;③. 保温层泡沫中的残留物质可以与水反应生成氯化氢或其他酸。



2. 奥氏体不锈钢和双相不锈钢管道CUI机理与防护措施的工程应用


  18-8不锈钢易发生应力腐蚀开裂(SCC)。高镍、铬、钼含量的奥氏体不锈钢,低镍、高铬含量的双相不锈钢对保温层下的应力腐蚀开裂会相对耐受力高一些,但是,双相不锈钢管道在保温层下依然会受到外界应力腐蚀开裂的影响。


  外部应力腐蚀开裂(ESCC)在氯化物或其他卤盐存在下会发生,当水汽穿过保温层到达管道、设备的热表面时,盐类在水汽进行蒸发的过程中浓度会变大。保温层在这个过程中起到了一个运输和留存水汽的介质作用,使得金属表面的氯盐浓度变大,会使得ESCC发生。


  氯化物来自两个方面:①. 保温材料。例如,保温层,黏结剂,填缝剂,水泥等;②. 外部。例如,雨水、海岸盐雾、灭火测试溶液、系统泄漏等。保温层在运行一段时间(约5年)后的破坏也会引人这些污染物,外部的这些污染是CUI氯盐的大部分来源。不锈钢大多数的ESCC发生温度区间在50~175℃。在温度循环的作用下,水汽凝结/蒸发,使得氯化盐的浓度升高聚集在金属表面。



3. CUI有关标准规范


   NACE RP0198 Control of Corrosion Under Thermal Insulation and Fireproofing Materi--A Systems Approach对CUI进行了规定。


   国内针对保温层的施工、设计规范标准较少,多集中在隔热层的设计上,基本未涉及油漆涂装系统来进行防腐。GB/T 8175《设备及管道绝热设计导则》规定,凡碳钢和铁素体合金钢管道、设备及其附件的外表面,在清净后应涂刷防锈层。不锈钢、有色金属及非金属材料的管道、设备及其附件的外表面,在清净后不需涂刷防锈层。


  GB/T 50264将绝热结构分为保冷结构和保温结构,分别隔绝高温和低温。其中保冷结构应由防锈层、绝热层、防潮层和保护层组成。


  GB/T 4272规定,绝热结构应由防腐层、绝热层、防潮层/防水层和外保护层构成。其中对防腐层规定,凡需进行绝热的碳钢设备、管道及其附件应设防腐层;不锈钢、有色金属及非金属材料的设备、管道及其附件则不需要设防锈层。




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