在氯堿行業中碳纖維防腐加固技術應用研究

吳陳平

衢州巨化錦綸有限責任公司 浙江衢州 324004

在氯堿行業中碳纖維防腐加固技術應用研究

吳陳平

衢州巨化錦綸有限責任公司 浙江衢州 324004

碳纖維防腐加固技術是一種新型的結構加固技術，它是利用樹脂類粘結材料將碳纖維布粘貼于結構表面，以起到結構補強和防腐加固的作用。碳纖維加固技術具有高強高效、耐腐蝕、耐久性能好、適用范圍廣、施工質量易保證、不增加構件自重和體積等優勢。在橋梁加固修補、煙囪加固，混凝土結構抗震修復加固補強工程中已得到廣泛的應用。在氯堿化工企業設備、管道防腐加固領域尚未進行大面積使用和推廣，但基于碳纖維防腐加固技術的優勢特點及設備管理的現狀，我公司從2010年開始嘗試使用碳纖維對鹽水系統等大型貯槽易腐蝕部位進行加固防腐，取得一定成效。

碳纖維；腐蝕；防腐；加固

一、碳纖維及其防腐加固技術的介紹

碳纖維是由有機纖維經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料，即碳元素構成的無機纖維，它的微觀結構類似人造石墨，是亂層石墨結構，纖維的碳含量大于90%，它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性。碳纖維是一種力學性能優異的新型材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7～9倍，抗拉彈性模量為230～430Gpa，亦高于鋼。因此碳纖維比強度即材料的強度與其密度之比可達到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強度僅為59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。碳纖維加固技術正是利用將碳纖維用環氧樹脂預浸成為復合增強材料（單向連續纖維）；用環氧樹脂粘結劑沿受拉方向粘貼在要補強的結構上，形成一個新的復合體，提高結構的強度、剛度、抗蝕性。

（一）碳纖維布技術參數（見下表）

（二）碳纖維防腐加固具有以下特性：

自重輕，厚度薄，基本不增加結構自重及截面尺寸。

適用面廣，靈活性強，可用于各種類型和形狀的結構構件加固，能在狹小的空間操作。

具有柔韌性，能包裹復雜外形的構件。

高耐久性，由于不會生銹，非常適合在高酸、堿、鹽及大氣腐蝕壞境中使用（本身無公害）。

在操作前、操作中和完成后都允許環境存在濕氣。

抗高溫，永久荷載作用下抗蠕變，抗磨蝕和抗震性能好。

具有觸變性和易溶性，符合環保要求。

施工方便快捷，不需要大型機具，沒有濕作業，無需動火，不受原結構形狀限制。

省力節時、施工質量易于保證。

二、碳纖維在氯堿化工設備防腐蝕工程中的成功應用案例

氯堿化工生產中，鋼質設備的外腐蝕問題也一直是設備管理人員工作的重點內容之一。腐蝕不可避免，但可充分利用現有的防腐蝕技術和手段，可控制和減緩腐蝕。碳素纖維加固防腐技術是一種新型的加固防腐技術，在氯堿化工行業設備防腐加固方面的引用日趨成熟，有著廣闊的前景。

（一）鹽水系統鋼襯設備的外腐蝕防護

碳鋼在中性或偏堿性鹽水溶液中的腐蝕是腐蝕電池的電極反應的結果。碳鋼在飽和食鹽水中會產生可溶性化合物，因而使腐蝕加快。因此，鹽水貯槽等設備管道外表面等暴露面不可避免的受到鹽水的腐蝕，很多內襯設備都是因為外腐蝕導致損壞或報廢。2010年我公司曾因襯膠貯槽根部嚴重腐蝕穿孔，險些釀成鹽水大量外溢。該廠從那時開始引進碳纖維對鹽水系統貯槽根部進行防腐（見圖1）。使用至今，效果明顯。

圖1

我公司選用LQ-Ⅰ-300型碳纖維布。

（二）管道穿樓板洞等處的安全隱患消除

氯干燥硫酸循環管穿樓板洞處圍堰破損，此處易積水，會不會造成管道外腐蝕呢？當割除防水帽，敲除圍堰后發現管道外壁腐蝕相當嚴重，敲除鐵銹后剩余壁厚不足實際壁厚的一半，因該管道更換需系統停車動火，影響安全生產，因此，我們采用碳纖維進行加固防腐，方便快捷，徹底消除了安全隱患。

（三）液氯貯槽等壓力容器接管的防腐

液氯貯槽接管跟部易受冷凝水的腐蝕，長期以來一直成為困擾設備管理的問題之一。因液氯貯槽都為Ⅲ類壓力容器，管壁腐蝕嚴重時只能更換接管，而檢修更換接管相當麻煩，且成本較高，因此我們選擇采用碳纖維對接管進行加固防腐，相信一定會取得事半功倍的效果。但壓力容器的接管檢修只能采用挖補更換的方式，目前國家也沒有出臺有關碳纖維在設備檢修等方面的技術標準規范等。因此，雖然每層碳纖維對設備接管有不小于0.1M pa的補強，但筆者建議當壓力容器接管剩余壁厚小于允許厚度時，就不能采用碳纖維補強的方式，不能依賴碳纖維對壓力容器接管強度進行補償。而碳纖維本身重量輕，厚度薄，基本不增加結構自重及截面尺寸，利用它對壓力容器接管進行防腐應該與有關壓力容器技術規范、規程不相抵觸。

三、碳纖維防腐加固施工工藝

（一）施工工藝及要點

1.表面處理

將設備待防腐加固表面鐵銹清除干凈。

2.構件表面殘缺面的修補

用環氧膩子對構件表面殘缺面的修補是十分重要的一步，要點如下：

（1）膩子主劑、固化催進劑、固化劑按規定比例稱量準確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻。

（2）構件表面凹陷部位用環氧膩子填平，修復至表面平整。在殘缺修補中使用環氧膩子時，要在氣溫-5℃以上，相對濕度小于85%的條件下施工。

（3）打磨、清理

膩子涂刮后，表面仍存在的凹凸糙紋，應再用砂紙打磨平整。

（4）涂刷底膠

將配好的底膠（粘結劑），用滾筒均勻涂刷于需要粘結的結構表面。

（5）粘貼碳纖維

粘貼碳纖維材料之前，首先應確認粘貼表面干燥。氣溫在5℃以下，相對濕度RH＞85%時，如無有效措施不得施工。其施工工藝要點如下：

a．碳纖維材料應按規定裁切，、順纖維方向搭接長度不小于20cm,各層之間的搭接部位不得位于同一條直線上，層間必須錯開至少50cm。

b．粘貼樹脂的主劑、固化催促劑和固化劑應按規定的比例稱量準確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻。一次調和量應以在可使用時間內用完為準。

c．粘貼時，在碳纖維和樹脂之間盡量不要有空氣。可用羅拉（專用工具）沿著纖維方向在碳纖維材料上滾壓多次，使樹脂滲浸入碳纖維中。

d．氣溫、空氣濕度、構件表面含水率等符合要求。底層涂料及膩子達到指觸干燥（樹脂表面達到固化硬結）。

（6）涂面膠

在碳纖維布的表面涂面膠，要求涂刷均勻不得有漏涂或涂刷不飽滿之處，并在其表面粘粗砂，以方便下道粉刷工序。

（7）固化及養護

粘貼碳纖維材料后，需自然養護1-2小時達到初期固化，應保證固化期間不受外界干擾和碰撞，并保持干燥，方可進行下道工序。

（二）質量要求

1.所有進場材料，包括碳纖維材料和膠結材料，必須符合質量標準，并具有出廠產品合格證，符合工程加固補強設計要求。

2.碳纖維材料在運輸、儲存中不得受擠壓，以免碳纖維受損，也不得直接日曬和雨淋，膠結材料應陰涼密閉儲存。

3.各工序的施工質量，由技術人員負責指導、監督，每一道工序完成后提請技術員檢查、認可后，才能進行下道工序。

4.嚴禁在不適合氣溫條件下施工，添加溶劑稀釋后的涂料應在規定時間內用完。

（三）注意事項

1.碳纖維為導電材料，施工時應注意安全用電。

2.為防止碳纖維受損，在碳纖維材料運輸、儲存、裁切和粘貼過程中。應用鋼直尺與壁紙刀按規定尺寸切斷碳纖維材料，每段長度一般以不超過6m為宜。為防止材料在保管過程中損壞，材料的裁切數量應按當天的用量裁切為準。

3.碳纖維布施工過程中應避免橫向彎折和扭曲，否則容易開裂破壞。

4.碳纖維布在切割是速度不要太快或者用力過猛，否則容易開裂破壞。

5.碳纖維布配套樹脂的原料應密封儲存，遠離火源，避免陽光直接照射。

[1]《碳纖維片材加固混凝土結構技術規程》，其編號為CECS146：2003,

[2]《混凝土結構加固設計規范》代替,其編號為 GB 50367-2006.

[3]《結構加固修復用碳纖維片材》GB/T 20490-2008

[4]《工程結構加固材料安全性鑒定技術規范》