石化鐵路專用線配件腐蝕與防護研究

梁國華

(廣州工程技術職業學院，廣東 廣州 510075)

國內鐵路系混凝土軌枕鋪設，扣件與軌枕、岔枕之間過去采用的是硫磺錨固式聯結，隨著列車提速與運量的提高，這種聯結容易導致鐵軌釘孔開裂［1］。并且暴露于大氣中的鐵路配件如扣件、螺栓、魚尾板、墊板、岔心、拉桿等銹蝕嚴重。拆卸困難，導致緊固失效。

隨著鐵路列車運行速度的提高，鐵路配件的防腐要求也在逐步提高。鐵路配件用量大，且工作環境惡劣，長期暴露于大氣中，常年日曬雨淋，風侵雪蝕，加上列車動力作用及列車載運貨物中酸、堿、鹽、水的浸蝕作用，易使鐵路配件發生化學、電化學腐蝕，輕則使配件銹死，影響軌距調整和軌道水平，高低的找正等養路作業，重則使螺栓根部腐蝕以至折斷［2］。因此對鐵路線路的維修、大修提出了更高的要求。鐵路線路特別是石化鐵路專用線由于生產運營的需要難以做到每年大批量的防銹、施工，這就要求使用防腐性能更好、使用壽命更長的防銹潤滑油脂，具有良好的抗水性、抗氧化性、抗腐蝕性、潤滑性、黏附性和氣候適應性，對防護對象的配套構件不易產生溶脹作用，涂刷方便，易于維護保養，確保鐵路行車的安全。鐵路配件使用長效防腐油脂，逐步走向合理化，是鐵路配件防腐技術的進步，也是國內鐵路配件防腐逐漸與世界先進技術接軌的要求。

1 石化鐵路專用線腐蝕防護現狀

某大型國企石化公司現有鐵路專用線82 km及3 個站場，其中長期受石油化工產品腐蝕的線路主要有煉油廠新、舊硫磺線，焦化南、北線，成品1-4 裝車線，滑油臺南、北線等約3 km 線路。該地區地處沿海，空氣高鹽分，溫濕多雨，暴露于大氣中的鐵路配件銹蝕嚴重。加上該公司產品如硫磺、焦油、油品等在裝卸、運輸過程中不斷掉落在軌枕上，這些腐蝕性介質加劇了鐵路配件的腐蝕，造成鐵路配件銹蝕嚴重，螺栓道釘斷開、扣件脫落等嚴重問題，從而導致這部分鐵路配件普遍存在使用壽命短、配件使用周期短。由于該公司鐵路線路受生產運輸的影響，無法長時間封鎖停運，造成維修困難、維修成本高等問題。

由于該公司鐵路配件的日常維護、保養只是采用簡單的黃油涂抹防護，維護周期較長，在高溫或雨水沖刷時極易流失，無法隔絕水氣及大氣中的O2，SO2，H2S，Cl2、鹽霧和粉塵的穿透，造成防護能力喪失。短期使用后發現配件銹蝕嚴重、拆卸困難，導致緊固失效、松動，易造成車輛掉道、脫軌等嚴重事故，影響機車的行車安全。

基于現狀，鐵路線路配件腐蝕防護迫切需要防銹效果好、保養期長的長效防腐油脂，以達到延長鐵路線路維修周期、節約成本，避免配件在使用周期內因腐蝕而失效，保證鐵路的運輸生產安全。

2 研究內容

課題組對石化鐵路專用線配件腐蝕與防護情況進行了調研和對比分析，選取腐蝕最嚴重的焦化南線鐵路專用線進行研究攻關。根據焦化南鐵路專用線的運行工況，對影響鐵路配件腐蝕、防護的應用及各種影響因素進行了詳細地分析，隨后進行了大量研究，研究的主要內容:腐蝕介質的測定、腐蝕機理的計算、防護脂的選用與對比、施工方式及要求等。

2.1 腐蝕介質含量分析

由于煉油工藝安全環保的要求，部分產品如焦炭等在裝車時需注水冷卻，致使部分鐵路配件長期處于高溫、積水環境，鐵路配件腐蝕嚴重，對此部分線路的浸泡介質先后三次進行采樣，分析了腐蝕介質組分及所處環境的酸堿度。腐蝕介質組分見表1。

表1 冷卻水腐蝕介質分析Table 1 Cooling water corrosion medium analysis mg/L

2.2 腐蝕的計算與分析

根據腐蝕介質的含量，借助RBI(Risk Based Inspection，基于風險的檢驗)技術，選取工況最惡劣的腐蝕介質(pH 值為6.00，Cl-質量濃度為71.19 mg/L，硫化物質量濃度為0.235 mg/L)，模擬對污水浸泡的鐵路配件進行腐蝕機理的計算。計算結果見圖1 和2。

從圖1 和2 得知:當pH 值為6.0 時，鐵路配件的腐蝕機理有鹽酸腐蝕和外部腐蝕兩種，但鹽酸腐蝕占主導機理，腐蝕速率為0.508 mm/a，此時運行損傷因子高達1 607.18，風險等級為5A，處于中高風險區域。這與實際是吻合的，在高腐蝕速率下，在一個運行周期內，鐵路配件失效的可能性很大，在沒有考慮是否會影響機車運行安全的前提下，對環境、成本等的后果影響較低。

在3 次的現場介質含量分析的試驗中，有2次的pH 值不是處于5.6～6.0，因此，以pH 值為6.1～6.5 再次進行評估，結果表明，主要腐蝕是鹽酸腐蝕，但腐蝕速率下降為0.381 mm/a(詳見圖3)。

圖1 腐蝕的計算(pH 值=6.0 時)Fig.1 Calculation of corrosion (pH=6.0)

圖2 風險的計算Fig.2 Calculation of risk

圖3 腐蝕模擬計算(6.1≤pH 值≤6.5 時)Fig.3 Corrosion simulation (6.1 ≤pH ≤6.5)

由此可知，污水的酸度對鹽酸腐蝕的影響極為敏感，因此日常需加強污水pH 值的監控。

從圖1-3 的評估中可知，鐵路配件所處的環境無應力腐蝕開裂，但這是在靜態無機車運行沖擊下的評估。對承壓能力高、動態運行的評估，RBI 軟件無法識別，根據現場實際應用的經驗，在機車運行沖擊力大，對于碳含量高的材料，容易造成應力開裂。因此，鐵路配件采購的質量與材料的選擇對防腐尤為重要，必須重點關注。

2.3 防護潤滑脂的試驗分析對比

根據石化鐵路專用線配件所處的環境及鐵路的運營情況，對各類防護防銹產品如防銹油、防銹漆、防銹脂等進行綜合性能評價，認為防護潤滑脂的應用更為可靠與實用。防護潤滑脂可分為三類:烴基、皂基、復合基［3］。烴基以奎克的為代表，主要側重于一般環境的防護，優點是添加劑是中性廣譜型，缺點是低溫使用困難，高溫防護能力差，價格昂貴;皂基通常為鋰鈣型居多，主要側重于改善了烴基的高低溫性能不足，缺點是鋰皂活性過大，防護時間有限;本課題所研究的改進型復合基，是以脂肪酸鋰皂稠化精制礦物油，加入抗氧、防銹、防腐、成膜等添加劑，具有良好的抗水淋性、抗氧化性、抗腐蝕性、潤滑性、黏附性、高低溫性，與岔枕、軌枕螺紋尼龍套管相容性好，具有良好的附著性和防銹蝕性，并能和已銹蝕的金屬基面進行緩慢的絡合反應，達到穩銹、防銹的效果，試驗對比模擬效果顯著。

根據焦化南鐵路配件所處的工況及該地區高溫、濕熱及臨海的氣候條件，通過已確定的腐蝕介質含量、腐蝕機理等技術指標，選取復合基的改進型防護潤滑脂。重點進行潤滑脂浸泡、滴點測定、濕熱試驗、鹽霧試驗、腐蝕試驗、鋼網分油、蒸發損失和抗雨淋等試驗對比分析，試驗指標全部超過《中華人民共和國鐵道部運輸局(運基線中［2003］124 號)》指標的要求，露天模擬應用效果較好。試驗結果見表2。

表2 潤滑脂質量指標Table 2 Grease quality index

2.4 防護和施工要求

焦化裝置南、北鐵路專用線配件腐蝕相比其它線路嚴重的主要原因是受到污水的浸泡，而污水中Cl-含量較高及pH 值呈弱酸性而引起鹽酸腐蝕，導致腐蝕速率增大，一方面需加強污水pH值的監控，另一方面可進行排污系統的改造或焦碳裝車工藝的改造，避免污水的聚集。對于鐵路配件的維修與養護，遵循以下原則:

(1)鐵路配件拆除:卸下螺栓的螺帽、墊片、彈簧、道釘和扣件等配件。

(2)基面清潔:用鋼絲刷、砂皮和鋼鏟刀對鐵路配件等仔細除銹，將銹斑、污物和灰塵等務必清除干凈。

(3)道釘防護:用硬質毛刷醮上油脂均勻涂敷道釘，旋入塑料或橡膠套管內。

(4)鐵路配件內外部防護:用硬質毛刷醮上油脂把螺栓、彈簧、墊片及螺帽內外部均勻涂敷一層(約3mm 厚)。

(5)鐵路配件回裝:按順序安裝鐵路配件，并擰緊螺栓。

(6)鐵路配件外部涂脂二層:用硬質毛刷醮上油脂把螺栓、彈簧、墊片及螺帽外部全面涂刷一層;表干后(約24 h)再用毛刷醮上油脂將外露的螺栓、彈簧、墊片全面再涂刷一層油脂。

(7)裸露在大氣中的鐵路配件敷脂:一周后，將露出裸露在大氣中的鐵路配件再涂敷一次油脂或將未露出螺桿的螺帽內敷滿油脂，須使螺帽和螺桿頂部被脂全部封住，從而達到保持長久潤滑和防銹效果。

鐵路線路配件在施工中還應注意:一是養護維修時，配件表面銹、塵務必清除干凈，避免涂敷防銹脂后由于塵、銹的存在封存在配件表面，形成許多“微電池”，從而加劇配件表面的腐蝕;二是養護維修需在干燥條件下施工，且需保持24 h 干燥;三是防銹的涂敷厚度必須均勻;四是加強配件的日常維護與保養，定期涂敷。

3 結論

具有抗水淋性、抗蒸發性、耐高低溫性的防護潤滑脂，克服了一般油脂對軌道螺栓及配件防銹周期短、遭水淋流失、遇高溫軟化散失等致使養護維修重復用工等缺點，能有效延長設備使用壽命和養護維修周期，不僅使行車安全有了更好的保障，還能節約大量的設備維修用工，且施工方便，現場應用效果較好。

［1］王洪剛.鐵道螺栓、道釘專用防腐脂的研制.潤滑油，2006(10):34-41.

［2］陳南桂，馬致遠.鐵路軌道螺栓長效防腐潤滑脂［J］.鐵道建筑，1998(10):31-33.

［3］張澄清，李慶德.潤滑脂生產［M］.北京:中國石化出版社，1987:199-200.