摘要：分析了煉油廠循環(huán)水塔的腐蝕原因，分別選擇PF-01防腐涂料、聚酰胺環(huán)氧涂料和環(huán)氧玻璃鋼，作為砼結(jié)構(gòu)循環(huán)水塔長期受水噴淋的砼結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)以及長期浸水的砼結(jié)構(gòu)的防腐涂層。討論了循環(huán)水塔的防腐施工工藝和質(zhì)量保證措施。按此方案施工的循環(huán)水塔，經(jīng)過7年的使用后，防腐效果良好。
1.前言
煉油廠供水系統(tǒng)中混凝土結(jié)構(gòu)的循環(huán)水塔(俗稱涼水塔)是生產(chǎn)過程中的冷換設(shè)備冷卻介質(zhì)，也是石油煉制工程中不可缺少的一個(gè)工藝過程。涼水塔中無論其結(jié)構(gòu)是恒流干濕式、逆流式，還是其他的結(jié)構(gòu)形式，一般都是由鋼結(jié)構(gòu)、砼結(jié)構(gòu)等材料組成。它們長期在高濕度條件和受水的沖擊下工作，而且石油化工大氣與水氣結(jié)合產(chǎn)生的有害物質(zhì)，對(duì)混凝土構(gòu)筑物及鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕與破壞很嚴(yán)重，所以必須采用防腐隔離層。防腐隔離層的好與壞直接影響循環(huán)水塔的使用壽命。同時(shí)，防腐涂層選擇不合理，金屬表面處理級(jí)別低，就會(huì)縮短涼水塔的使用壽命。本文分析了涼水塔腐蝕的原因，就其防腐材料選擇、防腐施工工藝進(jìn)行了討論，為涼水塔的防腐實(shí)踐提供借鑒。
2 循環(huán)水塔腐蝕原因分析
2.1 循環(huán)水塔砼結(jié)構(gòu)的腐蝕原因
(1)在潮濕的工業(yè)大氣中，酸性介質(zhì)與水泥中游離的鋁酸三鈣、氫氧化鈣的水化物反應(yīng)，生成可溶性鹽。該鹽隨著腐蝕性介質(zhì)的不斷侵蝕以及水分的不斷流失而被帶走，造成構(gòu)件破壞。
(2)下雨時(shí)，空氣中的CO2與水作用生成H2CO3，H2CO3吸附在混凝土的孔隙中，與混凝土中的CaCO3進(jìn)一步作用，生成易溶于水的Ca(HCO3)2，從而將混凝土中的有用組分逐漸溶出并帶走。溶走的Ca(HCO3)2又由固相的CaCO3補(bǔ)充，使混凝土逐漸被破壞。
(3)存在于水中的鈉、鈣、鎂的硫酸鹽與含有水合石灰、水合鋁酸的混凝土進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，分別生成硫酸鈣和硫鋁酸鈣。反應(yīng)后體積膨脹，導(dǎo)致混凝土的破壞。
2.2 循環(huán)水塔鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕原因
金屬結(jié)構(gòu)腐蝕是由電化學(xué)作用引起的。在高濕度與水氣中使用的鋼結(jié)構(gòu)表面，易發(fā)生干濕交替循環(huán)。當(dāng)其表面存在銹蝕層時(shí)(涂層氣孔率高時(shí)相當(dāng)于銹蝕層)，銹蝕層就起到水和氧的儲(chǔ)槽的作用。Evans認(rèn)為，當(dāng)大氣腐蝕的銹蝕層處在潤濕條件下，則可以作為強(qiáng)的氧化劑。由銹層內(nèi)Evans模型可以看出，陽極反應(yīng)發(fā)生在金屬/Fe3O4界面上，陰極反應(yīng)發(fā)生在Fe3O4/FeO(OH)界面上，即銹層內(nèi)發(fā)生了Fe3+→Fe2+的還原反應(yīng)，說明銹層參與了陰極過程。由于天氣變化，金屬表面溫度、濕度隨之變化，這樣在化學(xué)、電化學(xué)作用下，金屬表面將加速腐蝕。
2.3 循環(huán)水塔防腐涂層的損壞原因
循環(huán)水塔鋼結(jié)構(gòu)防腐層損壞首先是金屬表面處理不當(dāng)。從現(xiàn)場(chǎng)涂料脫層的現(xiàn)象看，一是附著力沒有達(dá)到要求，二是所選的環(huán)氧涂料樹脂含量低。從現(xiàn)場(chǎng)漆膜看，干固的防護(hù)層樹脂含量少而其他填料過多，產(chǎn)生較多粉化顆粒。這樣涂層易存在較多的氣孔，水分子及其他雜質(zhì)容易滲透涂層，引起金屬表面腐蝕。
選用的環(huán)氧涂料是以酮亞胺為固化劑，共涂裝3道，期望耐用10年以上。然而，使用后不到1個(gè)月，漆膜即起泡。原因是酮亞胺實(shí)質(zhì)上是用酮封閉的多元胺，它與空氣中的潮氣接觸后，析出多元胺和酮，多元胺再與環(huán)氧樹脂固化。該漆經(jīng)涂刷后，漆膜表面與水氣反應(yīng)而固化，阻滯漆膜內(nèi)丙酮的充分揮發(fā)。而殘留的丙酮有一定的水溶性，引起滲透壓，使漆膜起泡。這說明所選的配套固化劑不適合在這一環(huán)境下使用。
3 循環(huán)水塔防腐材料的選擇
3.1 曝露在大氣中且長期受水沖擊的部位
3.1.1 砼結(jié)構(gòu)部分
通過篩選試驗(yàn)，選用了PF-01防腐涂料。該材料防腐性能優(yōu)異，能廣泛應(yīng)用于耐酸、耐堿及鹽類的防腐工程，具有滲透性強(qiáng)，漆膜致密，抗老化、耐溫性好的特性。該涂料的主要成膜物為改性高密度聚氯乙烯(PVC)，并加入氟化物、溶劑、增韌劑、抗老化劑以及耐紫外線物質(zhì)等。
PF-01防腐涂料對(duì)鋼鐵、混凝土等材料均具有良好的浸潤性和附著力。采用該材料在金屬表面防腐，可克服一般防腐涂料對(duì)基材表面處理技術(shù)要求苛刻的弊病。同時(shí)，它不但能提高防腐的可靠性，延長防腐年限，而且施工簡便(達(dá)到St3級(jí)即可)，技術(shù)要求指標(biāo)易于控制，可減少投資費(fèi)用。
試驗(yàn)也曾采用過氯磺化聚乙烯涂料，但它在循環(huán)水中應(yīng)用效果不好，存在“吸水腫脹”問題，故不適合在金屬與砼表面使用。
3.1.2 鋼結(jié)構(gòu)部分
該部位長期在高濕度與循環(huán)水噴淋下工作。根據(jù)涼水塔的實(shí)際使用情況，對(duì)現(xiàn)有的環(huán)氧涂料及固化劑的配套性進(jìn)行了篩選，采用了聚酰胺環(huán)氧樹脂漆，該漆具有以下特點(diǎn)：
(1)聚酰胺環(huán)氧樹脂有較長的脂肪烴碳鏈。用于交聯(lián)環(huán)氧樹脂時(shí)，脂肪烴碳鏈隔離了環(huán)氧樹脂內(nèi)的剛性苯環(huán)，在承受沖擊時(shí)能使分子鍵有較大的自由度，因而顯示了優(yōu)異的柔韌性。
(2)聚酰胺環(huán)氧樹脂漆為雙組分涂料。兩組分混合時(shí)，選用配比不同，涂裝后漆膜性能隨之不同。聚酰胺用量大，漆膜的彈性增加，但耐藥品性降低。一般認(rèn)為，以E-20環(huán)氧樹脂與聚酰胺樹脂200按65∶35質(zhì)量比配制的漆性能最好。
與胺固化環(huán)氧樹脂相比，聚酰胺環(huán)氧樹脂漆具有以下特點(diǎn)：
(1)耐候性好，不易粉化失光；
(2)施工性好，漆膜不易產(chǎn)生橘皮、泛白等弊病；
(3)漆料使用期長，兩組分混合后可維持2~4天不膠化；
(4)不刺激皮膚，對(duì)人體危害性?。?
(5)兩組分配比不像胺固化環(huán)氧漆那樣要求嚴(yán)格；
(6)對(duì)金屬表面除銹要求不嚴(yán)，并可在潮濕的鋼鐵表面上施工。
3.2 長期浸水的砼結(jié)構(gòu)部分
長期浸水的砼結(jié)構(gòu)部分采用環(huán)氧玻璃鋼襯里。它是玻璃纖維增強(qiáng)塑料在混凝土表面形成的襯里防護(hù)層，具有整體性、抗?jié)B性好的特點(diǎn)。環(huán)氧樹脂作為防腐蝕材料不但具有密實(shí)、抗水、抗?jié)B漏好，強(qiáng)度高等特點(diǎn)，同時(shí)具有附著力強(qiáng)、可常溫操作、施工簡便等良好的工藝性，而且價(jià)格適中。環(huán)氧樹脂采用E-44，固化劑采用低毒型的T31(該固化劑在潮濕基層也可以固化)。
4 塔體防腐施工工藝
2003年6月對(duì)新建的混凝土結(jié)構(gòu)的涼水塔進(jìn)行了施工。施工的部位為長期浸水的水池砼部位、噴淋的半浸水砼部位(高濕度)和長期在高濕度情況下使用的部分金屬結(jié)構(gòu)部位。施工數(shù)量為：混凝土表面施工3000m2，金屬鋼結(jié)構(gòu)防腐4500kg。
4.1 循環(huán)水噴淋下砼結(jié)構(gòu)表面的施工
4.1.1 工藝流程
底面處理─涂刷底漆1道─中間漆1道─面漆2道。要求厚度為140μm。
(1)底面處理。清除混凝土表面污物及其他雜物，使表面清潔。對(duì)于新建的混凝土，其表面要求達(dá)到GB50212-1991《建筑防腐蝕工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的有關(guān)要求，即表面必須堅(jiān)固、密實(shí)、平整，不應(yīng)有起砂、起殼、裂縫、蜂窩麻面等現(xiàn)象。要求基層表面必須清潔。混凝土表面應(yīng)經(jīng)除塵清理，除去塵土和浮砂，表面含水率低于6%(外觀發(fā)白)。
防腐施工前，應(yīng)將基層表面的浮灰、水泥渣及疏松的部位清理干凈?；鶎颖砻婵梢圆捎娩摻z刷打磨，然后用干凈的軟毛刷、壓縮空氣或吸塵器進(jìn)行清理。
(2)底面處理完后，涂刷底漆1道、中間漆1道和面漆2道。第1道底漆采用PF-01清漆。中間漆為PF-01漆，顏色為淡黃色。面漆材料也為PF-01，第1道為象牙色，面漆為棕黃色。
4.1.2 施工中的注意事項(xiàng)
(1)涂料涂刷前的配制：該涂料為雙組分，甲組分為乙烯類樹脂、氟磷鐵顏料和各種助劑，乙組分為固化劑。使用前，將甲、乙組分按 12∶1的質(zhì)量比進(jìn)行混合，攪拌均勻后放置10min左右，熟化即可使用。配制熟化好的涂料須在8h內(nèi)用完，避免膠凝而影響施工質(zhì)量。用多少，配多少，以免浪費(fèi)。
(2)涂料涂裝：
第一、涂刷時(shí)，可采用刷涂、噴涂、滾涂和刮涂等方法(本次施工采用的是人工刷涂的方法)。
第二、涂刷第1道涂料時(shí)，涂刷須均勻且無遺漏處。涂刷第2層和以后數(shù)層時(shí)，應(yīng)均勻地交錯(cuò)刷涂，無遺漏。另外，涂膜不宜太厚。
第三、每道涂刷的施工間隔時(shí)間為：夏季大于4h，低溫時(shí)至少在8h以上(低于5°C時(shí)禁止施工)。
第四、防腐施工全部結(jié)束后，夏季自然干燥2天以上(若低溫，則自然干燥4天以上)，即可使用。
第五、夏季施工時(shí)，若涂料明顯變稠，可加入適量專用稀釋劑或丙酮進(jìn)行稀釋。
4.2 循環(huán)水噴淋下金屬表面的施工
4.2.1 工藝流程
底面處理─底漆2道─中間漆1道─面漆2道。要求厚度為170μm。
(1)底面處理。金屬表面處理要達(dá)到GB/T8923-1988《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》中Sa2?級(jí)的要求，即：鋼材表面應(yīng)無可見的油脂、污垢、氧化皮、鐵銹和油漆涂層附著物，表面應(yīng)顯示均勻的金屬光澤，并用吸塵器、干燥潔凈的壓縮空氣或刷子清除粉塵；表面無任何殘留物，并有一定的粗糙度。
(2)底漆1道。底面處理完后檢查合格，涂刷1道聚酰胺環(huán)氧鐵紅底漆。
(3)中間漆1道。底漆固化12h后，涂刷1道聚酰胺環(huán)氧磁漆涂料。每道漆固化12h。要求顏色為中灰色。
(4)面漆2道。中間漆固化12h后，涂刷2道聚酰胺環(huán)氧磁漆涂料，每道漆固化12h。第1道要求顏色為淺灰色，第2道為中灰色。
以上涂料由雙組分組成，具體配比見產(chǎn)品說明書。5道漆固化后漆膜的厚度大于180μm，7天后投入使用。
4.2.2 施工中的注意事項(xiàng)
(1)涂料涂刷前的配制。該涂料為雙組分，甲組分為環(huán)氧樹脂、顏料和各種助劑，乙組分為聚酰胺固化劑。使用前，將甲、乙組分按 65∶35的質(zhì)量比進(jìn)行混合，攪拌均勻后放置10min左右，熟化即可使用。注意：配制熟化好的涂料須在6h內(nèi)用完，避免膠凝而影響施工質(zhì)量。用多少，配多少，以免浪費(fèi)。
(2)涂料的涂刷施工工藝與4.1.2中的第(2)部分相同。但其防腐施工全部結(jié)束后，夏季自然干燥7天以上(低溫時(shí)，自然干燥10天以上)，即可使用。
(3)夏季施工時(shí)，若涂料明顯變稠，可加入適量的專用稀釋劑或丙酮進(jìn)行稀釋。
4.3 長期浸水砼結(jié)構(gòu)表面的施工
4.3.1 工藝流程
1道底漆─1道膩?zhàn)萤ね克?層玻璃鋼(涂刷一層玻璃鋼、鋪一層玻璃布)─3道面漆，要求厚度為600μm以上。
4.3.2 混凝土底面處理
清除混凝土表面污物及其他雜物，使表面清潔。對(duì)于新建的混凝土，其表面要求達(dá)到GB50212–1991的有關(guān)要求，即要求表面必須堅(jiān)固、密實(shí)、平整，不應(yīng)有起砂、起殼、裂縫、蜂窩麻面等現(xiàn)象。要求基層表面必須清潔。
防腐施工前，應(yīng)將基層表面的浮灰、水泥渣及疏松的部位清理干凈。基層表面可以采用鋼絲刷打磨，然后用干凈的軟毛刷、壓縮空氣或吸塵器進(jìn)行清理。表面干燥，含水率不應(yīng)大于6%，或者說表面深度5mm左右沒有水分。
4.3.3 防腐施工方法
(1)1道底漆。底面處理完后，涂刷1道E-44環(huán)氧底漆，施工黏度(涂-4杯)為25~35s。要求不得有漏涂、流掛等缺陷，自然固化不宜少于24h。
(2)1道膩?zhàn)?。在基層的凹陷不平處，?yīng)采用樹脂膠泥料修補(bǔ)填平，自然固化不宜少于24h。
(3)涂刷3層玻璃鋼。膩?zhàn)庸袒?4h后，用砂紙打磨膩?zhàn)颖砻妗Ｗ?層布的玻璃鋼，玻璃鋼采用連續(xù)施工的方法，即：涂刷1道玻璃鋼底膠后鋪1層玻璃布，接著刷粘接劑，固化24h后，再進(jìn)行下一層玻璃鋼的施工，直到鋪完3層為止。要求每鋪一層固化24h。不允許采用連續(xù)施工的方法。要求布與布之間的搭接寬度為50mm。玻璃鋼材料為E-44環(huán)氧樹脂。玻璃布的規(guī)格為0.2mm厚，三無(無堿、無蠟、無捻)，經(jīng)緯度為12×12根/cm 或12×10根/cm。
(4)3道面漆：做完的玻璃鋼固化48h后，涂刷3道面漆，每道漆固化24h。
4.4 質(zhì)量保證措施
(1)對(duì)施工人員詳細(xì)交代施工方案，進(jìn)行技術(shù)交底、安全交底，使施工人員明確施工工藝、施工規(guī)范、工程進(jìn)度及其他事項(xiàng)。
(2)施工質(zhì)量實(shí)行“三檢”制度，即自檢、互檢、專業(yè)檢查。每位作業(yè)人員對(duì)自己完成的工作進(jìn)行自檢，各班組相互檢查，質(zhì)量檢查人員跟班作業(yè)。要堅(jiān)持每天對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行專職檢查，發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)解決。
(3)在涂刷施工過程中，應(yīng)隨時(shí)檢查涂層的層數(shù)、質(zhì)量，每道漆不允許有漏刷、流掛、起皮和裂紋等不良現(xiàn)象存在。
(4)每道工序結(jié)束后，必須經(jīng)甲乙雙方質(zhì)量檢查人員共同檢查驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行下一道工序的施工。做好工序驗(yàn)收簽證記錄。
(5)專職配料員應(yīng)嚴(yán)格按照產(chǎn)品說明書要求配料。
(6)每天開一次碰頭會(huì)，找出當(dāng)天存在的問題，并制定措施，安排好第二天的生產(chǎn)計(jì)劃。
(7)認(rèn)真做好施工記錄和質(zhì)量檢驗(yàn)工作。質(zhì)量檢查和驗(yàn)收嚴(yán)格執(zhí)行GB/T8923-1988以及化工部HGJ229-1991《工業(yè)設(shè)備、管道防腐蝕工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》。
(8)施工中，對(duì)有異議的地方，雙方應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行解決。
(9)嚴(yán)格遵守建設(shè)單位制訂的規(guī)章制度，安全施工，文明施工。
4.5 竣工驗(yàn)收
(1)檢查實(shí)際的防腐過程是否符合建設(shè)單位制定的防腐施工工藝及技術(shù)要求。
(2)對(duì)于防腐涂層，應(yīng)做到“涂層光滑平整，顏色一致，無氣泡、剝落、漏刷、返銹、透底和起皺等缺陷”。對(duì)于玻璃鋼，所有部位用目測(cè)進(jìn)行檢查，應(yīng)符合下列規(guī)定：“無明顯的氣泡、裂紋、凹凸(或皺紋)、返白。層與層之間的粘接及與基體的結(jié)合牢固，無分層、脫層，無纖維裸露、樹脂結(jié)節(jié)、異物夾雜及色澤明顯不均勻等現(xiàn)象。表面層應(yīng)光滑平整。”
(3)施工單位竣工后，應(yīng)交如下資料：原材料出廠合格證、由建設(shè)單位審批的施工方案、工程施工記錄(包括修補(bǔ)返工記錄)和每道工序質(zhì)量驗(yàn)收單和工程竣工驗(yàn)收單。
5 使用效果
按照以上防腐施工方案，循環(huán)水塔在2003年7月經(jīng)防腐涂裝后使用至今已近7年。對(duì)砼與鋼結(jié)構(gòu)表面檢查發(fā)現(xiàn)，漆膜光澤良好，沒有起皮、脫落、龜裂的現(xiàn)象。劃痕檢查結(jié)果表明，其質(zhì)量與竣工后的質(zhì)量檢查相比沒有發(fā)生變化。浸泡的表面比原先采用環(huán)氧做玻璃鋼層的效果好得多，不存在防腐層表面脫層、鼓包的現(xiàn)象。因此，該漆膜暴露在大氣或氣液交替的部位，其使用壽命可在5年以上。
6 結(jié)論
(1)在塔體曝露在大氣中并長期受水氣沖擊的部位采用PF-01防腐涂料和聚酰胺環(huán)氧樹脂漆，解決了氯磺化聚乙烯涂料在水中的溶脹問題。所得涂膜耐磨、強(qiáng)度高，附著力、韌性及抗老化性好，而且光亮、色澤鮮艷。
(2)環(huán)氧樹脂玻璃鋼有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，用其作為長期浸水的砼結(jié)構(gòu)表面的保護(hù)層，所得漆膜堅(jiān)韌、耐磨，表面光潔度好，氣孔率低，使用壽命長。
(3)根據(jù)涼水塔的使用及腐蝕情況，采用不同的防護(hù)方法，可以獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。
