沿海煉化裝置檢修中鋼結構外防腐層施工質量控制

劉楊宇，郭曉軍，王磊，丁超，崔燦燦中國石油集團工程技術研究院，天津300451

沿海煉化裝置檢修中鋼結構外防腐層施工質量控制

劉楊宇，郭曉軍，王磊，丁超，崔燦燦中國石油集團工程技術研究院，天津300451

煉油廠裝置檢修期停工流程長，涉及的工藝處理復雜，管理的專業化分工程度高，參與檢修的單位和人員眾多，且檢修作業時間、危險作業頻次、工程項目數量高度集中。同時，沿海地區地理環境特殊，氣象條件復雜，影響外防腐層的施工質量。針對沿海煉化裝置鋼結構檢修中外防腐層施工，結合沿海地區大氣環境特殊性以及裝置檢修的實際情況，分別從鋼結構外防腐層施工特點、涂層方案以及施工控制要點等方面對質量控制進行了分析，并提出相應的措施建議。

煉化裝置；涂層；質量控制

煉化裝置正常工作是確保煉油廠安全高效開展生產的根本前提。目前，我國千萬噸級原油煉化企業大多布局在東部沿海地區。沿海地區煉化裝置長期處于海洋大氣（C5-M）[1]與工業大氣（C5-I）疊加的高腐蝕環境中，紫外線強，鹽分高，濕度大，空氣中含有大量水、氧、酸性污染物，引發嚴重腐蝕，從而影響結構材料的力學性能。目前煉化裝置主要采用涂敷外防腐層的方法進行防護，但是涂層在這種惡劣環境中容易遭到破壞，出現起皮、開裂、剝落的情況。一旦外防腐層遭到破壞，失去對裝置的保護作用，裝置便直接暴露在這種高腐蝕速率環境中。因此，外防腐層的施工質量就顯得尤為重要，成為控制裝置腐蝕的重要因素。

對于新建的煉化裝置，由于前期質量控制嚴格，一般都能達到涂層的預期使用壽命。但是裝置運行幾年后，檢修過程中外防腐層施工質量往往得不到保證，防腐層往往提前失效，導致裝置鋼結構腐蝕嚴重[2]。這主要是由于煉化裝置檢修期停工流程長，涉及的工藝復雜，管理的專業化分工程度高，參與檢修的單位和人員眾多，且檢修作業時間、危險作業頻次、工程項目數量高度集中。同時，沿海地區地理環境特殊，氣象條件復雜，也影響到外防腐層的施工質量。本文針對沿海煉化裝置檢修中鋼結構外防腐層施工，結合裝置檢修的實際情況，分別從裝置檢修鋼結構外防腐層施工特點以及施工控制要點等方面對施工質量控制進行了分析，并提出相應的措施建議。

1　裝置檢修外防腐層施工特點

1.1施工工期短

煉化裝置停工大檢修的顯著特點是，同時停工的生產裝置套數多，檢修工作量大，工期非常短，一般不超過2個月，留給涂層施工的工期就更短，而涂層的施工質量必須要以一定的干燥時間作為保障，因此工作量與工期矛盾突出，給外防腐層的質量控制帶來很大的困難。

1.2交叉作業多

由于檢修時間的制約，裝置檢修的交接界面往往不能整體進行。由于煉化裝置檢修涉及到清掃、防腐、焊接、試壓、吊裝等多種作業，交叉作業多，人員流動大。由于涂層施工后，干燥固化需要一定的時間，在未完全固化前其他工種的作業容易對涂層造成一定的機械損傷，給外防腐層的施工和養護帶來很大的困難。

1.3作業難度大

煉化裝置由大量管廊橋架、承重梁、塔器、容器等組成，裝置鋼結構復雜，異構件多，作業空間狹小，多數處于高空作業，需要搭設腳手架，作業風險大。多數裝置外防腐層施工處于露天作業，受雨、雪、風、濕度、溫度等環境因素的影響較大，再加上沿海地區空氣濕度大、鹽分高、氣象條件變化快，表面處理后必須馬上進行施工。表面處理以手工打磨為主，涂敷方式以輥涂、刷涂為主，作業效率低。

2　外防腐層方案

2.1涂層結構

涂層都具有透水性，不同的涂料品種，透水速度不同[3]。單層涂敷很難得到完整均勻無孔的涂層，采用多道涂層可以將前一道涂層留下的針孔、漏涂及其他弊病予以彌補。同時，不同類型的涂料可以進行互補，延長水分子的滲透路徑，阻止水分子等腐蝕介質向金屬基材的滲透。因此，涂層結構的選擇盡量遵循“多道薄涂”的原則，一般主張“多層異類”的結構。裝置的外防腐層多采用環氧底漆/環氧云鐵中間漆/聚氨酯面漆的結構，底漆和面漆采用多道薄涂，中間漆使用厚涂層，厚度一般在300μ m以上。環氧底漆提供良好的附著力，中間漆提供良好的屏蔽作用，面漆抗紫外光性能優良。

外防腐層結構還應考慮到涂料間的配套性，應將其作為一個體系來考慮。配套性應從外部因素和涂料自身因素兩個方面去考慮。外部因素主要有表面處理質量、基材特性、施工環境、施工條件、施工方式等方面，涂料自身因素主要有涂料固化方式、固化溫度、與其他類型涂料的相容性等方面。由于防腐涂料廠家和施工隊伍往往是分開的，防腐涂層體系的配套性往往被忽視，結果出現質量問題。

具體到煉化裝置上，對于部分未受損壞且附著力較好的外防腐層，一般很難將其清除干凈，處理費用也非常高，這部分外防腐層可以作為底漆繼續使用，但應該考慮新舊涂料品種的配套性。如果在原有的舊涂層上重涂時不配套，會出現咬底、起泡的情況。在涂覆前，應在涂層表面進行相溶性和附著力試驗，確定新的涂料與原有涂層配套后，再進行涂覆施工。

2.2涂料性能

在不同的環境介質、底材種類及施工條件下，應有針對性地選擇涂料。由于煉化裝置由多個不同功能的煉油設備組成，涉及到的外防腐層涂料品種較多，不同的設備部位對涂料的性能要求也不一樣。

由于煉化裝置一直處在運行狀態，外防腐層會有部分破損，鋼結構表面有大量銹蝕、灰塵、油污和雜質。在表面處理時，很難將這些雜物徹底清除干凈，且表面處理的費用非常高，耗時長。傳統的防腐底漆，如環氧富鋅涂料等，對底材表面處理要求較高，如果直接在底材表面進行涂裝，難以保證附著力達到要求。可以考慮采用帶銹防銹涂料，在無疏松銹層、無油、無雜質的帶銹鋼材表面使用，與部分難以打磨掉的銹層結合在一起，保證了涂層的附著力，降低表面處理費用。考慮到沿海地區的大氣濕度高、露點溫度高的情況，環氧類底漆和中間漆應盡量避免選擇低分子量脂肪族胺和脂環胺類固化劑，這類固化劑在潮濕環境中容易與水及CO2發生反應，出現發白和起霜。

暴露在大氣中的涂層（特別是有機涂層）使用一段時間后就會出現失光、褪色、泛黃、剝落、開裂甚至脫落等現象[4]。環氧類涂層分子結構中的醚鍵和羥基在紫外光作用下容易斷裂降解，在環氧涂層的上面必須涂覆面漆，成為整個外防腐涂層體系的第一道屏障。面漆應選擇具有優良的耐光老化、耐鹽霧性能，能夠長期經受紫外光和鹽霧環境。目前，性能優良的丙烯酸聚氨酯防腐蝕涂料，其耐紫外光老化試驗可達到4 000 h，耐鹽霧達到2 500 h。

對于煙囪、爐塔表面溫度較高的部位，外防腐層需要選用耐高溫的防腐蝕涂料，裝置的煙囪和爐塔的最高溫度可達400℃。

除了涂料的防腐性能，還應考慮涂料的施工性能和現場實際情況。如裝置鋼結構涂敷施工時，多采用人工輥涂、刷涂的方式，涂覆效率低。應盡量選擇固化快、適用期長、涂裝間隔時間短的涂料。

3　外防腐層施工質量控制要點

3.1施工環境

由于裝置檢修多在露天進行，外防腐層施工質量受環境因素的影響非常大。環氧-胺雙組份體系涂料固化時，受溫度、濕度的影響非常大。當現場環境溫度超過40℃時，涂料和固化劑反應加速，適用期減短，甚至出現暴聚的情況；當現場環境溫度低于10℃時，樹脂和固化劑的反應活性降低，涂料的干燥固化緩慢，低于5℃時，固化反應幾乎不再進行；23℃時，完全固化一般需要7 d。部分環氧-胺雙組份體系涂料在沿海高濕度空氣環境中固化時，會出現發白和起霜的情況。丙烯酸聚氨酯類涂料的固化劑——異氰酸酯可以與空氣中的水進行反應，使涂層表面出現氣泡，影響施工質量。

外防腐層的施工宜在氣象條件良好，環境溫度為10～30℃，基材表面溫度高于露點溫度3℃以上，相對濕度小于80%的環境下進行，應做好溫度、濕度的監測，尤其是露點溫度的監測。

3.2表面處理質量

表面處理包括表面除銹等級、潔凈度、錨紋深度等，如果表面處理不當，會直接影響涂層的附著力、使用壽命和外觀等。有關資料表明，防腐涂層達不到設計防腐年限的主要因素大都是表面處理不符合要求。由于裝置鋼結構復雜，異構件多，作業空間狹小，使表面處理難度增大。對裝置不同區域的表面處理主要是做好處理方案，保證處理質量。

煉化裝置一直處于運行狀態，部分外防腐層出現老化、剝落、失效的情況時導致涂層下有腐蝕發生，形成鐵銹、氧化皮等。在進行表面處理時必須先將表面的浮銹、氧化皮以及破損的涂層清理干凈。對于在維護周期內，還具有一定保護功能的涂層（基材沒有受到腐蝕，是完好的），只要經過簡單維護便可安全地繼續使用[5]。在舊涂層上重涂時，需要對涂層進行打磨搭接處理，保證涂層的層間附著力。

對于處理面積較大的設備，如爐體、氣柜等可采用自動噴砂處理，達到Sa2級以上。對于難以采用自動噴砂除銹的地方，如鋼結構、管廊橋架等部位可以采用手動除銹，達到St3級，并打出錨紋深度。在涂覆施工前，將表面吹掃干凈，并進行清潔度的檢查。

與其他現場環境不同，沿海地區濕度大、鹽份高，容易對處理后的底材表面形成二次污染，可溶性鹽、氯離子的存在對涂層的施工質量有極大的影響。表面處理后，按照NACE 0108標準對表面鹽分進行檢測，允許的最大可溶性氯離子含量見表1[6]。在滿足標準要求后，進行底漆施工。

表1　NACE0108標準規定的表面可溶性氯離子含量

3.3涂裝間隔時間

由于沿海地區空氣濕度大、鹽分高，經過處理的鋼材表面很快出現返銹，應在4 h內涂敷底漆。一般涂裝多采用“濕碰濕”的工藝，主要是控制涂裝間隔時間，即在底層漆膜表干后未完全固化前，涂覆下一道漆膜[7]。如果兩道漆間隔時間太長，前一道漆完全固化，容易出現“兩層皮”的情況，層間附著力差；間隔時間太短，底層漆溶劑不能完全揮發，殘留在涂層中，影響涂層的機械強度。施工后，陽光不能直射的部位，由于溫度比較低，涂層固化反應比較慢，應當注意查看涂層的固化情況。裝置表面的溫度在夜間可能降低到露點以下，空氣中的水會冷凝在涂層表面，影響下一道涂層的施工作業。施工前，應根據環境溫度濕度安排好涂裝間隔時間，采取一定的防護措施，盡量避免出現結露情況。

由于裝置檢修時交叉作業多，工期緊，作業難度大，經常出現涂裝間隔時間難以保證的情況。一是某一工序作業時間周期較長，影響下一道漆膜的施工；二是為了保證檢修進度，人為壓縮涂裝間隔時間的情況。需要合理安排作業工序，做好前后作業任務的安排，嚴格控制涂裝間隔時間。

3.4涂料配置

檢修時外防腐層多采用雙組份涂料，涂料與固化劑的準確配比非常重要。配置時，固化劑加入量太少，會造成涂層固化不充分，理化性能差，投產后涂層容易出現提前失效。環氧類涂料固化劑加入量過多，會造成涂層發硬發脆，易出現開裂。固化反應速度受環境溫度影響較大，溫度較高時，樹脂和固化劑的反應活性增大，固化劑的用量可以適度減少；溫度較低時，樹脂和固化劑的反應活性降低，固化劑的用量可以適度增加。固化劑加入后應攪拌均勻，否則會導致涂料與固化劑局部反應過快，影響涂層固化后的性能。

煉化裝置檢修施工時使用的外防腐涂料品種較多，每種涂料的混合比例不一樣，配置時經常出現由于固化劑加量不準，導致涂層出現質量問題的情況，應嚴格按照說明書要求進行混合。

稀釋劑通常是用來調整涂料黏度，保證施工性能的，需遵循產品說明書正確使用稀釋劑。低溫施工時，可提前24 h將涂料放在20～30℃的環境中加熱，以避免不必要的稀釋。

3.5加強人員管理

人員作為施工質量的主體，也是質量控制的要點。施工人員的操作水平高低直接決定涂層施工質量的好壞。目前防腐施工隊伍水平參差不齊，施工人員整體素質較低，缺少必要的專業培訓。在裝置檢修涂層施工時，應做好施工組織設計，加強對管理和操作人員的專業培訓和技術方案交底。

4　外防腐層的檢驗、修復和養護

4.1外防腐層的檢驗

外防腐層的檢驗一般包括過程檢驗和最終檢驗。過程檢驗主要對涂料的外觀和濕膜厚度進行檢測，每道涂層完工后，涂層外觀應平整光滑，無漏涂、流掛、氣泡等缺陷。外防腐層的最終檢驗包括外觀、干膜厚度、漏點和附著力的檢驗。全部外防腐層施工完成后，應沒有流掛、流垂、針孔、魚眼、氣泡、桔皮、裹灰之類的表面缺陷及其他異常現象，并應具有良好的視覺外觀，面漆應完全遮蓋住下層的顏色[8]。干膜厚度采用磁性測厚儀測量。現場附著力的檢測主要采用劃叉法和拉拔法，對涂層具有破壞性，應在裝置附件等非關鍵部位進行。附著力不合格的涂層應進行整體補涂。

4.2外防腐層的修復

漏點檢測不合格部位和檢驗損傷部位的涂層應進行修復，修復時應將漏點或損壞的涂層清理干凈，修復層和原防腐層有一定的搭接過渡，寬度一般不小于50 mm；厚度不足部位應進行補涂，補涂時將原有涂層打毛，使表面粗糙。修復和補涂后的涂層部位應重新進行外觀、厚度、漏點和附著力的檢測。

4.3外防腐層的養護

由于外防腐層施工后，固化過程需要一定的時間，在這段時間內，涂層的機械強度低，很容易受到交叉污染、劃傷和破壞。施工過程中應合理安排作業工序，在涂層的施工過程中采取防護措施進行保護，施工完畢后進行養護。

5　結束語

沿海地區煉化裝置外防腐層施工因其地理位置特殊以及檢修工作復雜，施工質量控制應結合施工特點和現場實際，進行整體控制，從而保證外防腐層施工質量。

[1]ISO 12944-2-1998，Paints and varnishes——Corrosio n protection of steel structures by protective paint systems[S].

[2]肖棟梁.大型煉化裝置檢修的管理[J].石油化工安全環保技術，2014，30（1）：1-3.

[3]劉宗晨.涂層起泡原因及控制[J].上海涂料，2005，43（7）：57-59.

[4]韓文禮，徐忠蘋，王雪瑩.紫外線對有機涂層的破壞機理及應對措施[J].石油工程建設，2007，33（2）：18-20.

[5]徐忠蘋，畢鋒東，韓文禮.應當重視外防腐涂層維護周期的研究[J].石油工程建設，2008，34（1）：40-41.

[6]NACERP 0108-2008，Corrosion Controlof Offshore Structures by Protective Coatings[S].

[7]王受謙.防腐蝕涂料與涂裝技術[M].北京：化學工業出版社，2002：203.

[8]劉楊宇，趙天義，崔廣偉.海洋石油平臺塢修防腐涂料施工質量控制[J].中國修船，2013，26（2）：48-51.

Construction Quality Control of Anticorrosive Coating of Steel Structure in Coastal Refining Equipment Overhaul

LIU Yangyu，GUO Xiaojun，WANG Lei，DING Chao，CUICancan
CNPC Research Institute of Engineering Technology，Tianjin 300451，China

Oilrefining equipment overhaul relates to long shutdown period，complex treatment process，high management level of specialized division of labor，participation of a number of maintenance units and personnel.Morever，the maintenance operation time，dangerous operation frequency and project number are highly concentrated.At the same time，the particular geographical environment in coastal area and the complex weather condition will affect the construction quality of the outer anticorrosive coating of steel structure.According to the special weather condition in coast area and the practical situation of refining equipment overhaul，this article analyzes the quality control factors such as coating construction characteristics，coating scheme and construction control points for the steel structures.Corresponding countermeasures are suggested.

refining equipment；coating；quality control

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.05.018

劉楊宇（1986-），男，湖北鐘祥人，工程師，2009年畢業于中國石油大學（華東）材料物理與化學專業，現從事防腐保溫技術研究。Email：liuyy004@cnpc.com.cn

2016-02-22；

2016-04-11