煉油廠污水罐的防腐與涂裝

王巍

（大慶石化公司煉油廠，黑龍江 大慶 163711）

煉油廠污水罐的防腐與涂裝

王巍

（大慶石化公司煉油廠，黑龍江 大慶 163711）

分析了煉油廠污水罐腐蝕的原因。選擇 XK-252鈦納米聚合物涂料作為污水罐的防腐蝕涂層體系，防腐層的干膜厚度≥200 μm，設計壽命不低于15年。詳細討論了防腐涂裝工藝。3年的應用實踐表明，該防腐涂層體系整體性完好，無銹蝕現象。其工程造價與常規特種防腐涂料相當，比環氧玻璃鋼低約30%。

污水罐；鈦納米聚合物涂層；防腐

1 前言

煉油廠污水車間的污水池、罐、管道等均受到含硫污水的嚴重腐蝕。由于污水中含有大量的H2S、NH3、HCN、、CN-、Cl-、和大量細菌，有時溫度高達60 ～ 70 °C。所以，如不采取有效的防腐措施，這些設備的腐蝕會相當嚴重，造成碳鋼厚度減薄、局部穿孔、起泡、開裂、焊縫應力腐蝕開裂等現象，使設備使用壽命縮短。

本廠污水車間10 000 m3的污水罐主要處理來自各個生產裝置的高濃度污水。該罐于1998年投入使用，規格為φ 31 380 mm × 14 000 mm，材質為碳鋼，使用溫度20 ～ 60 °C，內壁防腐層為E-44環氧玻璃鋼，防腐層厚度為0.6 mm。經過9年的使用，玻璃鋼層早已破損、脫落，起不到防腐作用。金屬表面出現潰瘍面的腐蝕，銹蝕產物較多，罐頂部位出現多處穿孔。

2 腐蝕原因分析

煉油廠污水罐腐蝕的原因和機理[1]可概括如下：(1)含硫污水中的H2S、NH3、HCN等腐蝕介質由于電化學反應導致污水罐的腐蝕；(2)氫原子滲透引起氫脆腐蝕；(3)污水中含有大量的NH3、CN-、Cl-，它們與H2S反應生成的NH4HS和(NH4)2S是腐蝕性較強的物質；(4)酚類腐蝕介質能破壞涂層，使腐蝕加劇。

同時，反應生成的(NH4)2S能使H2S在水中的溶解度大大增加，提高了HS-濃度。另一方面，氨溶于水后，提高了水的pH，為CN-與FeS的反應提供了更有利的條件。金屬材料的表面總會存在電化學的不均勻性。金屬表面的缺陷部位或薄弱點由于電位比其他部位低，成為活性點，是腐蝕的開始點。水質中存在的有害介質更加速了金屬的腐蝕。該污水比原水腐蝕要嚴重得多。

罐頂腐蝕嚴重的原因有：(1)由于氣溫的變化，水蒸氣易在罐頂內壁形成凝結水膜，罐內腐蝕性介質會溶解在凝結水中，形成含有多種腐蝕成分的電解質溶液；(2)由于罐的呼吸作用，氧氣不斷進入罐內，并很容易通過凝結后的薄層液膜擴散到金屬表面，從而發生主導性耗氧腐蝕。罐頂腐蝕較罐壁腐蝕嚴重，屬于氣相腐蝕，常伴有點蝕等局部腐蝕，腐蝕速率通常為0.1 ～ 0.5 mm/a。

污水對一般常溫固化的環氧、呋喃、酚醛類涂層的腐蝕是因為CN-小分子易穿透涂層，使有機涂層的分子結構發生溶脹、斷裂。換言之，在含有腐蝕介質的水溶液中，較小的氣體分子及介質容易進入到有機涂層中，使表面涂層變軟，發生鼓泡、涂層硬化及破損等，從而失去作用。

3 防腐涂層的選擇

環氧防腐涂層體系是我國現有的耐油、耐水、耐污水采用的常規防腐體系[2]。當條件相對不苛刻時，它可以使用幾年。之后，涂層結構發生變化，出現抗滲性下降，涂層開裂、鼓泡、粉化等現象。石油化工儲油罐、水罐、污水罐和循環水塔中鋼結構的防腐已證明了這一點。在這些系統中采用環氧防腐涂層體系，其使用壽命在6 ～ 8年。這是由涂料成分決定的。因為常規體系涂料中很大部分填料是無機物，如鈦白粉、氧化鐵、鋅粉等。這些物質在涂層中，一是作為填充物，起到增大涂層厚度作用；二是提高涂層的抗滲性及耐蝕性。面漆涂層中，這些填料在防腐涂層中只是靠分子間的作用力結合在一起，其防腐抗滲性隨時間的延長而下降較快；另外，加進去的填料粒徑一般為30 ～ 50 μm，使涂料表層相對粗糙，從而在流動液體中增加了液體的阻力，隨著時間的延長，涂層抗沖擊性下降，導致涂層破壞。

鈦納米聚合物涂料體系具有較好的耐磨、耐腐蝕性能。用其涂覆的產品能耐沸水，在海水中浸泡10年而不損。同時，涂層的硬度和耐磨性顯著提高。在重防腐涂料中，該涂料性能優異[3]。煉油廠酸性水罐(不能使用環氧涂層)使用該涂料6年多(現還在使用中)，效果很好[4]。鈦納米聚合物涂料用于加熱爐上的引風機殼體內壁防腐涂層，在抗120 °C以下的煙氣及稀硫酸的腐蝕方面，收到了較好的效果[5]；它在輕烴貯罐內壁抗H2S腐蝕上的應用，也比金屬熱噴鋁涂層的效果要好[6]。國內現有的防腐涂料沒有很好解決的問題，該涂料已經能夠成功解決。它有如下特點[7]：抗滲透性強于一般的特種防腐涂料，抗腐蝕性高于一般的防腐涂料，抗垢性好(涂層表面不易結銹垢)、耐溫性強(耐溫性能比同基樹脂涂料高50 °C以上)、耐水性好(長期使用后涂層不會反黏、變脆)。

因此，根據污水罐儲存介質的特點，選用XK-252耐酸堿鹽鈦納米聚合物涂料，設計的結構層及材料用量見表1。防腐涂層設計原則是耐腐蝕、耐熱，韌性、附著力、抗沖擊和耐磨性好；防腐層為 5層，干膜厚度≥200 μm；設計壽命不低于15年。從表1可以看出，獲得相同的漆膜厚度，鈦納米聚合物涂料的用量僅是環氧、呋喃、酚醛類體系用量的 55%左右。但是，其耐腐蝕性及綜合經濟效益遠大于后者[2]。

表1 鈦納米聚合物涂層的設計和用量Table 1 Design and dosage of Ti-nano polymer coating

4 防腐涂層的施工與驗收

4. 1 施工前的準備

(1) 了解現場情況、技術資料和相關圖紙，進行技術交底。

(2) 根據現場情況，以準確、實際、安全，方便施工，保證質量，節省人力、物力、財力為原則編制實施方案。

(3) 編制施工機具、檢測儀器、計量儀器計劃，提出施工用料和施工手段用料計劃。

(4) 制定工時計劃，建立施工組織，制定全員培訓計劃。

(5) 規劃、繪制施工總平面圖，要含有施工臨時設施、堆場、倉庫、工作間、機械設置、消防道路和用水用電等。

(6) 搭設施工用臨時設施，保證垂直和水平運輸及人行通道，保證施工用料堆場。

(7) 組織施工材料的接收、保管、質量檢查工作，進行工程設備檢查和驗收工作。

(8) 準備施工用的標準樣板，確定質量控制點。

(9) 準備各種施工日記和施工記錄。

4. 2 清洗油污

首先在罐的兩個入口安裝引風機，在罐頂入口安裝抽風機。通風大約3 h，檢測氣體含量合格后，搭設操作面腳手架。用高壓水清洗罐內，除凈油污和污泥。搭設腳手架時應注意以下幾點：

(1) 提供合適和安全的腳手架，整個結構系統的設計應當易于腳手架的清潔，腳手管的開口端應被封閉。

(2) 腳手架必須能夠便于達到所有施工表面，而無需在施工中移動腳手板或額外安裝梯子。同時，它也必須能夠提供充足的工作空間，并能支持最大數量的工作人員。

(3) 腳手架距離被處理表面應保持最少30 cm的距離，并且層與層之間的高度應維持在2 m左右。足夠的空間能保證操作人員及時完成工作。

(4) 在上部區域未完工之前，腳手架不應被拆除。

(5) 拆除腳手架時應小心，以減少對涂層的損毀。

工人進罐作業，必要時應佩戴防毒面具。應先用刮刀、刮板刮去罐內凝結物，用寬刮板收集污水。最后用水洗刷并擦干凈。作業順序是先罐頂，后罐壁，再罐底。

4. 3 金屬噴砂除銹

根據防腐層厚度在200 μm以上，從而確定噴砂后的表面粗糙度應控制在45 μm左右。

4. 3. 1 機械噴砂注意事項

(1) 應盡可能縮短風源與工作面、噴砂機與工作面之間的距離。

(2) 整個系統不應有漏氣部位存在。應盡量減少系統內接頭的數目，以利于減少漏氣，減低壓力降。

(3) 準備標準長度的噴砂軟管，根據噴砂機與工作面的距離，選用合適長度的管子，以減少無用長度帶來的壓力降。

(4) 噴砂磨料應存放在干燥處，且有防雨措施。如果受潮，必須烘干。

(5) 噴砂機要有防雨罩，過夜時應將填料口蓋嚴。

(6) 噴砂操作之前，應先關上磨料流量閥，先空噴2 min，以驅走可能積聚在噴管內的水分。

4. 3. 2 砂的選用

根據表面粗糙度選用粒度在1 ～ 3 mm，且干燥、清潔、無油脂、有棱角的砂。

4. 3. 3 表面噴砂操作

對于舊罐，為了節約成本，噴砂作業時先用河砂噴一遍，然后用石英砂噴，并控制表面粗糙度在45 μm左右。河砂噴涂的目的是去除金屬表面的油污，以減少可溶性鹽分帶來的腐蝕，避免后續石英砂噴涂時被污染而不能重復利用。

施工作業順序為先罐底，然后進行罐頂、罐壁施工。施工過程中應做到以下幾點：

(1) 供應給噴砂罐的空氣要清潔，避免對磨料污染，進而污染噴砂清潔后的表面。

(2) 壓縮機必須裝配足夠的處理油和水的閥門。噴砂用壓縮空氣必須干燥、無油(將壓縮空氣向白紙上噴射20 ～ 30 s后，紙上不留下油或水的痕跡即可)。

(3) 噴砂機噴嘴處空氣壓力在0.6 ～ 0.8 MPa之間，噴砂機噴嘴到基體表面距離為80 ～ 100 mm，噴砂嘴口徑6 ～ 8 mm，噴射角度30° ～ 80°。

(4) 噴砂后用凈化風吹凈基體表面及腳手架上附著的灰塵。涂刷涂料前，用吸塵器將表面灰塵清理干凈。對鋼材表面和焊縫顯露出來的缺陷與甲方協商后進行處理。

4. 3. 4 基體表面預處理后的質量標準

噴射除銹質量等級根據腐蝕環境及防腐材料要求達到GB/T 8923-1988《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》的規定，表面清潔度達Sa 2?級，鋼材表面無可見油脂、污垢、氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附著物，該表面呈均勻的金屬色澤，并且粗糙度應控制在45 μm左右。

4. 3. 5 基體表面處理后的檢查

基體表面處理質量應符合有關規定。表面清潔度應根據GB/T 8923-1988中的標準照片目測對照評價；錨紋深度應采用表面粗糙度測定儀或測定紙進行測定。處理后的鋼材表面應無焊渣、毛刺、焊接飛濺物和灰塵。表面處理質量不符合要求時，應重新預處理。

4. 3. 6 安全措施

貯罐內部進行噴砂和噴涂施工時，一定要通風。良好的通風可使罐內氣體濃度低于危險濃度。同時，對需要清除溶劑蒸汽的涂裝部位，應有充足的空氣供應和空氣交換，以改善溶劑的揮發和涂層的固化過程。為了防止冷凝和保持表面干燥，輸入的空氣溫度應略低于鋼材表面的溫度。更重要的是噴射作業人員要配戴具有通風系統的防護服。

4. 4 涂料施工

4. 4. 1 涂料配制

(1) 鈦納米聚合物涂料是雙組分涂料，施涂前才能將兩組分混合。配制前，要確認A、B組分以及稀釋劑是否配套，是否與要施涂的型號一致，是否失效等。

(2) A組分配制前必須攪拌至底部無沉積且上下均勻。

(3) 將均勻的A、B組分按5∶1質量比稱取少量試涂，用稀釋劑調整黏度(涂-4杯)為35 s，使涂覆工藝條件達最佳，保證單膜厚度和質量。

(4) 根據涂覆面積和單涂膜厚度計算 A、B組分以及稀釋劑用量，控制配料量在1 ～ 2 h內用完，防止配量太多、施涂超時而過度熟化增稠，影響涂膜質量。

(5) 涂料如需稀釋，也應控制其用量不超 10%，按計算好的稀釋劑比例稱好后加入A組分中，攪拌均勻后加入B組分，攪拌5 ～ 10 min，使A、B組分熟化，然后靜置5 ～ 10 min，消除攪拌引入的空氣泡。攪拌與靜置時間的長短取決于配料量，料多則靜置時間長。

(6) 混合好的涂料用 100目濾網過濾后，方可施涂。施涂過程中，一旦涂料反應過度而發生增稠，要立即停止施涂。此時涂料已報廢，應重新配料。涂料反應過度與時間和環境溫度有關：溫度高，所需時間短，料要少配；反之，溫度低，所需時間長，配料量可適當增加。

(7) 要使用涂料配套稀釋劑，不能隨意選用其他稀釋劑。

4. 4. 2 涂覆工藝

施工前，用工業真空吸塵器吸塵。只進行吹風會存在潛在的污染。本次施工主體采用滾刷進行，對于工作面較小不適于滾刷施工的，采用毛刷進行施工。施工時應注意以下幾點：

(1) 相對濕度高于80%時，不宜施工。

(2) 表面處理合格后至涂覆第一遍涂料的間隔時間內出現銹蝕現象，應重新進行表面預處理。

(3) 按自上而下的順序涂覆施工，罐底要做好保護工作，防止涂料落下成瘤。涂覆應均勻，不得漏涂。

(4) 對于焊縫、邊角及表面凹凸不平的部位，應用刷子先涂覆一遍。

(5) 每道涂料的涂覆間隔應不小于12 h，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，應在常溫25 °C下固化7 d以上，方可投入使用。如果固化溫度低于10 °C，應固化15 d以上，方可投入使用。

(6) 施工過程中，應在不同部位測定涂層的濕膜厚度，并及時調整涂料黏度及涂覆工藝參數，以保證防腐層最終厚度達到設計要求。

施工過程的注意事項：

(1) 不要用手直接接觸處理后的金屬表面，以防手汗引起金屬銹蝕。汗液與金屬接觸時，會在金屬表面形成一層汗液膜，使金屬發生電化學反應而腐蝕。因此，施工人員應帶手套、指套。

(2) 用漆刷涂時，應先上下、后左右。漆刷蘸漆不能過多，以防滴落。涂裝時，漆刷距離不能拉得太大，以免漆膜過薄。遇有表面粗糙、邊緣、彎角和凸出等部分更應特別注意，最好先預涂一道。用滾筒滾涂時，滾筒上的油漆應分布均勻，滾動速度要保持一定，不可太快。切忌過分用力壓碾滾筒。對于焊接、切痕等凸出部分，尤應小心處理，最好先預涂一道。

4. 5 質量檢驗

防腐層施工必須進行過程及最終質量檢驗，檢驗結果應做好記錄。質量檢驗所用儀器必須經計量部門鑒定合格，使用前應校驗。

4. 5. 1 施工過程質量檢驗

(1) 表面預處理質量應符合有關規定。表面清潔度應按照GB/T 8923-1988中的標準照片目測對照進行評價；錨紋深度應采用表面粗糙度測定儀或測定紙進行測定。預處理后鋼材表面應無焊渣、毛刺、焊接飛濺物和灰塵。表面預處理質量不符合要求時，應重新進行表面預處理。

(2) 每涂覆完一道漆后，應檢查涂層的外觀和濕膜厚度，不得漏涂，每層厚度應均勻。出現漏涂或厚度不夠時，應及時補涂。

(3) 后一道面漆實干后、固化前，應對涂層的厚度進行檢查。厚度不合格應增加涂覆層數，直至合格。

4. 5. 2 防腐層最終質量檢驗

(1) 防腐層全部涂覆完并固化后，應對防腐層進行外觀、厚度、漏點和粘結力檢驗。檢驗結果應做好記錄。

(2) 外觀檢查應符合下列規定：表面的防腐層應全部目測檢查；防腐層表面應平整、光滑，且無漏涂、發黏、脫皮、氣泡和斑痕等缺陷存在。表面有缺陷的防腐層，應按規定進行處理。

(3) 厚度檢查應符合下列規定：

(a) 用測厚儀檢驗，最薄點≥200 μm。

(b) 把內壁劃分成頂、壁、面3個部分，取10%面積進行檢驗。以1 m2為一個檢測區域，每個檢測區域至少抽測 2個點。布點應均勻，焊縫處的抽測點數不得少于總檢測點數的30%。

(c) 每個檢測區域有 1個以上的點不合格，則該區域為不合格。若不合格區域不超過5%，則應對防腐層厚度低于規定厚度 90%的區域進行復涂。若不合格區域超過5%，則相應部位應加倍檢查；當檢查到不合格區域仍超過5%，則該部分的防腐層厚度為不合格，應復涂直至合格。若重新檢查的不合格區域不超過5%，則應對防腐層厚度低于規定厚度90%的區域進行復涂。

(d) 罐附件防腐層厚度應按適當比例進行檢查。

4. 5. 3 防腐層粘結力的檢查

(1) 用鋒利刀刃垂直劃透防腐層，形成邊長約40 mm、夾角約45°的V形切口。用刀尖從切割線交點挑剝切口內的防腐層，如果挑起處的防腐層呈脆性點狀斷裂，不出現成片挑起或剝離情況，則防腐層粘結力合格。

(2) 把內壁劃分成頂、壁、底 3個部分，每個部分測一點。若測點合格，則該部分粘結力合格；若測點不合格，對不合格部分應加倍檢查；若仍有一處不合格，則該部分的防腐層粘結力為不合格。

(3) 經粘結力檢驗損傷的內防腐層應按規定進行修補。粘結力不合格的防腐層不能修補，必須重涂。

(4) 涂層的粘結力檢驗屬于破壞性檢驗，如果對檢查點的修補工作做不好，反而會造成腐蝕隱患。所以最好用同材質的試片在施工時做好涂層檢查。

4. 5. 4 厚度跟蹤措施

根據防腐的重要性，要求施工單位采用2 mm厚的鋼板，規格為60 mm × 120 mm的掛片4片，采用與現場防腐施工同步工藝相同的方法進行涂覆，以便進行涂層厚度及破壞性檢驗，同時作為交工資料。掛片由生產車間保管。

4. 6 修補、復涂及重涂

4. 6. 1 防腐層的修補

(1) 修補使用的材料和涂層結構應與原主體防腐層相同。

(2) 修補時應將漏點或損壞的防腐層清理干凈。如已露基材，應除銹至St 3級。

(3) 漏點和破損處附近的防腐層，應采用砂輪或砂布打毛后再修補涂覆。修補層和原防腐層的搭接寬度應不小于50 mm。

(4) 修補處防腐層固化后，應按有關規定進行厚度和漏點檢查(應無漏點且厚度符合規定)。

4. 6. 2 防腐層的復涂

(1) 應將原有涂層打毛，使涂層表面粗糙。(2) 按規定涂覆面層，直至涂層達到規定厚度。(3) 復涂后，應按規定進行質量檢驗，不合格的應重涂。

4. 6. 3 防腐層的重涂

必須將全部涂層清除干凈，按要求進行防腐層涂覆后，應按規定進行質量檢驗，并應達到規定的質量要求。

4. 7 衛生、安全和環境保護

鈦納米聚合物涂料在裝卸及運輸過程中嚴禁劇烈碰撞，并防雨、防曬和防止包裝件損壞。運輸過程不能與酸、堿等腐蝕性物品以及柴草、紙張等易燃品混裝。防腐施工現場必須有完善、有效的消防措施。防腐施工人員應配備防護工作服、防護(防毒)面具、防護鞋及防護手套等。施工現場還應備有防護藥品。進入罐內的操作人員至少有2人，進口處應設置標志，并有專人負責安全監護。罐內施工時，應采用防爆照明燈具。手持式照明燈的電壓不得高于24 V，燈線必須采用橡膠套電纜。無照明條件不得進入罐內作業。嚴禁攜帶一切火種進入罐內。在罐內施工時，應強制通風。罐內防腐層涂覆的安全、環境保護應符合 GB 7692-1987《涂裝作業安全規程 涂漆前處理工藝安全》及GB 7693-1987《涂裝作業安全規程 涂漆前處理工藝通風凈化》的規定。離地面2 m以上施工時，必須制定高處作業的安全防護措施，并嚴格執行。

防腐施工結束后，施工單位應提供下列文件：(1)涂料出廠合格證及檢驗報告；(2)防腐層涂覆施工記錄；(3)質量檢驗報告；(4)修補與復涂記錄，包括修補地點、原因、方法、數量及檢驗結果；(5)其他有關記錄。

5 效果

2007年8月對污水罐進行了內壁防腐施工，施工面積為3 426 m2。2010年4月對該罐進行檢修檢查。結果發現，防腐涂層整體性完好，涂層表面有光澤，無起皮、起泡、龜裂、脫落等現象，也沒有任何銹蝕產物附在表面。

6 結語

鈦納米聚合物涂料防腐涂層在含有 H2S、NH3、CO2、CN-、酚等多種物質的水中及60 °C左右溫度下，使用效果很好。它解決了常規特種防腐涂料耐腐蝕不高的難題，且其工程造價與常規特種防腐涂料相當，比環氧玻璃鋼防腐層造價低30%左右。

[1] 王巍. 淺談煉油廠硫磺回收裝置酸性水罐的腐蝕與防護[J]. 石油化工設備技術, 2005, 26 (1): 59-61.

[2] 王巍, 牟義慧. 煉油廠污水線管道內壁防腐方案分析與選擇[J]. 管道技術與設備, 2007 (3): 36-38.

[3] 薛俊峰. 鈦納米聚合物制備和應用[M]. 北京: 知識產權出版社, 2001: 429.

[4] 王巍, 薛富津. 鈦納米聚合物涂料在酸性水罐的應用[J]. 管道技術與設備, 2005 (1): 36-38.

[5] 王巍. 鈦納米聚合物涂料在引風機殼體內壁防腐蝕中的應用[J]. 材料保護, 2006, 39 (10): 71-73.

[6] 王巍. 鈦納米聚合物防腐涂料在煉油廠輕烴儲罐上的應用[J]. 石油化工設備技術, 2005, 26 (6): 63-64, IV.

[7] 王巍, 薛富津. 鈦納米聚合物涂料在儲油罐上的應用[J]. 全面腐蝕控制, 2005, 19 (4): 12-14, 18.

Corrosion protection and coating of sewage tank in oil refinery plant //

WANG Wei

The cause of corrosion of sewage tank in oil refinery plant was analyzed. A XK-252 titanium nanometer polymer coating was selected as the corrosion protection system for sewage tank. Its dry film thickness is not less than 200 μm, and its design service life is not less than 15 years. The corrosion protection process was discussed in detail. Three years of application practice indicated that the whole corrosion protection coating appears to be perfect without rusting. Its cost is equal to that of general special corrosion protection coating, and by 30% lower than that of epoxy glass fiber reinforced plastic.

sewage tank; titanium–nanometer polymer coating; corrosion protection

TQ639

A

1004 – 227X (2010) 11 – 0069 – 05

Author’s address:Oil Refinery Plant of Daqing Petrochemical Company, Daqing 163711, China

2010–05–31

王巍（1955–），男，遼寧沈陽人，工程師，榮獲“中國防腐大師”榮譽稱號，研究方向為設備腐蝕與防護。

作者聯系方式：(E-mail) wangwei1955@163.com。

[ 編輯：韋鳳仙 ]