導 讀

保溫(wen)層(ceng)下(xia)(xia)腐(fu)蝕（Corrosion Under Insulation，簡稱CUI）是(shi)指保溫(wen)層(ceng)覆蓋下(xia)(xia)的金(jin)屬管道(dao)或設(she)備，在(zai)(zai)水和腐(fu)蝕性物質(zhi)的參與下(xia)(xia)發(fa)(fa)(fa)生的腐(fu)蝕現象。CUI隱蔽性強(qiang)，很難在(zai)(zai)第一時間發(fa)(fa)(fa)現，因而(er)極易引發(fa)(fa)(fa)突發(fa)(fa)(fa)泄漏(lou)(lou)事(shi)故(gu)。一般運行(xing)5年后的設(she)備或管道(dao)發(fa)(fa)(fa)生保溫(wen)層(ceng)下(xia)(xia)腐(fu)蝕的概率大幅上升，而(er)運行(xing)16~20年的管道(dao)最容(rong)易發(fa)(fa)(fa)生泄漏(lou)(lou)。CUI不僅造成(cheng)產品(pin)泄漏(lou)(lou)、裝(zhuang)置故(gu)障或停工及維修成(cheng)本增加(jia)，甚至(zhi)有可能(neng)發(fa)(fa)(fa)生傷亡事(shi)故(gu)。每(mei)年全(quan)球由于CUI所造成(cheng)的損失高達(da)數(shu)十億(yi)美(mei)元。在(zai)(zai)國內工程中，CUI一直未能(neng)得(de)到普遍重視，或僅從保溫(wen)層(ceng)設(she)計或防護(hu)涂層(ceng)單(dan)一方面入手(shou)，因此從工程運營全(quan)周(zhou)期對其(qi)進行(xing)全(quan)面分析很有必要。

CUI的發生機理

CUI的(de)發生是水(shui)、污染物以及溫度共同(tong)作用的(de)結果。保溫層(ceng)下的(de)水(shui)主要來自兩個方面：

①外界的(de)水滲(shen)透及冷凝(ning)。由于外保(bao)護層的(de)設計缺(que)陷(xian)、某些部位施(shi)工不當及機(ji)械損傷等原因都(dou)會使(shi)水進(jin)入(ru)保(bao)溫層。

②保溫(wen)層內(nei)蒸汽和熱(re)水伴熱(re)管(guan)的泄(xie)漏也是(shi)水的一(yi)大來源，同時(shi)，當金(jin)屬(shu)表面溫(wen)度(du)低(di)于介質露點溫(wen)度(du)時(shi)，水蒸氣也會(hui)凝結(jie)在金(jin)屬(shu)表面形(xing)成液(ye)態水。

導(dao)致保溫層(ceng)(ceng)下腐蝕(shi)的(de)(de)主要污(wu)(wu)染物(wu)(wu)有氯化(hua)物(wu)(wu)和(he)硫酸鹽(yan)等，污(wu)(wu)染物(wu)(wu)來(lai)自外(wai)部(bu)環境(jing)和(he)保溫材料，保溫層(ceng)(ceng)所用的(de)(de)材料含(han)有大量的(de)(de)無機鹽(yan)（如硫酸鹽(yan)、氯化(hua)物(wu)(wu)和(he)氟化(hua)物(wu)(wu)等）。無機鹽(yan)在水(shui)(shui)中大多(duo)有較(jiao)高(gao)的(de)(de)可溶(rong)性(xing)，能增加水(shui)(shui)的(de)(de)電(dian)導(dao)率及腐蝕(shi)性(xing)。金(jin)屬(shu)(shu)鹽(yan)的(de)(de)水(shui)(shui)解會(hui)引起陽極區(qu)的(de)(de)pH值降低而導(dao)致局部(bu)腐蝕(shi)。金(jin)屬(shu)(shu)表面和(he)保溫材料間形成的(de)(de)薄(bo)層(ceng)(ceng)電(dian)解質溶(rong)液(ye)，為電(dian)化(hua)學腐蝕(shi)創造了(le)必(bi)要條件。電(dian)化(hua)學腐蝕(shi)產物(wu)(wu)Fe（OH）3和(he)Fe3O4較(jiao)為疏松，腐蝕(shi)介質能順(shun)利(li)穿過腐蝕(shi)產物(wu)(wu)并繼續腐蝕(shi)金(jin)屬(shu)(shu)本體，因此金(jin)屬(shu)(shu)表面某處一(yi)旦發生腐蝕(shi)，就會(hui)不斷地發展下去。

腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)介質的(de)濃(nong)度、氧含(han)量及溫(wen)度都會影響CUI速率。最容易(yi)發生CUI的(de)溫(wen)度范圍是-4~175℃。當溫(wen)度低(di)于-4℃時，一般沒有腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)；而在溫(wen)度高于175℃時，金屬(shu)表面(mian)溫(wen)度足夠保持(chi)其(qi)干燥(zao)，也很少發生腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。在達到水的(de)沸點之前，溫(wen)度每升(sheng)高15~20℃，腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速率就會增加(jia)一倍(bei)。周期性的(de)溫(wen)度變化，會導致腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)介質的(de)不斷濃(nong)縮和聚(ju)積，加(jia)劇了(le)該(gai)區(qu)域的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。

工程設計中往往較多關(guan)注了(le)碳(tan)鋼(gang)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)，而忽視(shi)了(le)不銹(xiu)鋼(gang)和(he)合(he)(he)金鋼(gang)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。不銹(xiu)鋼(gang)和(he)合(he)(he)金鋼(gang)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)不易(yi)被發現，但(dan)其腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)比碳(tan)鋼(gang)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)更危(wei)險。碳(tan)鋼(gang)和(he)低(di)(di)合(he)(he)金鋼(gang)在(zai)(zai)保溫(wen)(wen)(wen)(wen)層下(xia)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)常表現為(wei)均勻腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)和(he)點蝕(shi)(shi)(shi)；奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)在(zai)(zai)保溫(wen)(wen)(wen)(wen)層下(xia)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)為(wei)應(ying)力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)開(kai)(kai)裂(lie)和(he)點蝕(shi)(shi)(shi)。循(xun)環(huan)通過水(shui)露(lu)點的(de)(de)操(cao)作工況對應(ying)力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)開(kai)(kai)裂(lie)特別(bie)敏感：低(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)時(shi)存在(zai)(zai)的(de)(de)水(shui)，在(zai)(zai)高溫(wen)(wen)(wen)(wen)時(shi)蒸發，每次溫(wen)(wen)(wen)(wen)度循(xun)環(huan)，水(shui)中溶解的(de)(de)氯化物鹽類都會在(zai)(zai)表面濃縮。對應(ying)力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)開(kai)(kai)裂(lie)最敏感的(de)(de)不銹(xiu)鋼(gang)是18-8不銹(xiu)鋼(gang)。高鎳、鉻(ge)、鉬奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)和(he)低(di)(di)鎳、高鉻(ge)含量(liang)的(de)(de)雙相不銹(xiu)鋼(gang)在(zai)(zai)保溫(wen)(wen)(wen)(wen)層下(xia)不易(yi)發生應(ying)力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)開(kai)(kai)裂(lie)。

CUI的防護措施

01 防護層設(she)計

外(wai)防護層(ceng)能有(you)效阻(zu)止或阻(zu)擋外(wai)部水分及腐(fu)(fu)蝕(shi)介質的進(jin)入。外(wai)防護層(ceng)有(you)金(jin)屬(shu)和非金(jin)屬(shu)兩大類，外(wai)防護層(ceng)選(xuan)擇需要綜合考慮成(cheng)本(ben)、環境腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)及操作溫(wen)度等因素。工(gong)業應(ying)用最廣泛的金(jin)屬(shu)防護層(ceng)有(you)鍍(du)鋁(lv)(lv)、鍍(du)鋁(lv)(lv)鋅(xin)、鋁(lv)(lv)皮和不銹鋼。在海(hai)洋性(xing)氣候條件(jian)下(xia)，空氣相對濕度大，空氣中鹽分含量(liang)較高，保溫(wen)層(ceng)下(xia)腐(fu)(fu)蝕(shi)較嚴重。工(gong)程實踐(jian)表明，碳鋼鍍(du)鋁(lv)(lv)鋅(xin)在海(hai)洋性(xing)氣候條件(jian)下(xia)抗腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能較好(hao)。

只有防(fang)(fang)護層結構(gou)設(she)計(ji)合(he)理，才能(neng)有效阻止(zhi)外部水分進入保(bao)溫(wen)(wen)層，可參考相關工程(cheng)設(she)計(ji)手冊。該文僅以(yi)保(bao)溫(wen)(wen)盒為例介紹防(fang)(fang)護層設(she)計(ji)的(de)要(yao)點：連接(jie)(jie)處應(ying)搭接(jie)(jie)以(yi)降低外部水分進入的(de)可能(neng)性(xing)，搭接(jie)(jie)后接(jie)(jie)縫應(ying)涂抹密封膠，盒蓋(gai)上(shang)部應(ying)保(bao)持傾斜以(yi)便于排(pai)水，閥門盒底部應(ying)設(she)置排(pai)水孔(kong)等。

工(gong)程設計應注意如下幾點：

①管道布置間(jian)(jian)(jian)距應(ying)合理(li)，留足(zu)保溫(wen)空間(jian)(jian)(jian)，充分(fen)考慮管道之間(jian)(jian)(jian)，管道和其他設施之間(jian)(jian)(jian)的間(jian)(jian)(jian)距，特(te)別關注保溫(wen)盒所(suo)占空間(jian)(jian)(jian)；

②減(jian)少管道設備保(bao)溫(wen)(wen)開口(kou)，開口(kou)越多水和污染物侵(qin)入保(bao)溫(wen)(wen)層中可能性越大；

③設備附件(jian)應避免出現(xian)穿透保溫層的(de)結(jie)構和導致水分滯留(liu)的(de)外形結(jie)構；

④裝(zhuang)置應設置合理通道，以免維護人員踩踏保溫外皮。

02 保溫材(cai)料選擇

保(bao)(bao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)層是水及電解質擴散(san)的(de)通道，選(xuan)擇合理的(de)保(bao)(bao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)材(cai)(cai)料(liao)能有(you)效降(jiang)低(di)CUI的(de)影響。保(bao)(bao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)材(cai)(cai)料(liao)分(fen)親水型(xing)(xing)(xing)和疏(shu)水型(xing)(xing)(xing)兩大(da)類(lei)，疏(shu)水型(xing)(xing)(xing)保(bao)(bao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)材(cai)(cai)料(liao)分(fen)為自(zi)身疏(shu)水（泡沫玻璃）和加(jia)入化學添加(jia)劑疏(shu)水（如WRG巖(yan)棉），常(chang)用的(de)親水型(xing)(xing)(xing)材(cai)(cai)料(liao)有(you)巖(yan)棉和硅酸鈣等。工程實踐表明(ming)，吸水性(xing)材(cai)(cai)料(liao)會加(jia)速CUI速率(lv)；而自(zi)身干(gan)燥速率(lv)快、貯存水分(fen)少(shao)的(de)保(bao)(bao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)材(cai)(cai)料(liao)可以有(you)效降(jiang)低(di)CUI。保(bao)(bao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)材(cai)(cai)料(liao)的(de)選(xuan)擇，還應結合考慮材(cai)(cai)料(liao)的(de)經(jing)濟性(xing)、導熱性(xing)能、使用溫(wen)(wen)(wen)(wen)度限制、抗(kang)壓強度及施工性(xing)能等因素。

任何(he)保溫材料(liao)都無法(fa)阻止CUI發生(sheng)，主(zhu)要(yao)是由于：

①防(fang)護層(ceng)結構所(suo)決(jue)定(ding)。防(fang)護層(ceng)上必(bi)(bi)然存在開(kai)口(kou)，保溫材(cai)料(liao)與(yu)金屬表面之間(jian)(jian)必(bi)(bi)然存在間(jian)(jian)隙，提供了水和腐(fu)蝕介質的(de)進出通道；

②保(bao)溫(wen)材料(liao)(liao)本(ben)身(shen)的(de)組成所決定。保(bao)溫(wen)材料(liao)(liao)具有可濕性(xing)、水溶性(xing)和(he)滲(shen)透性(xing)；

③保(bao)(bao)溫(wen)材(cai)(cai)料(liao)自身帶入(ru)污(wu)(wu)染物，在保(bao)(bao)溫(wen)材(cai)(cai)料(liao)變潮(chao)或受濕后，污(wu)(wu)染物從保(bao)(bao)溫(wen)材(cai)(cai)料(liao)中(zhong)滲(shen)出，隨著水分(fen)向金屬表面擴(kuo)散。

03 防腐涂層選擇

保溫層(ceng)(ceng)下防腐(fu)(fu)蝕(shi)最(zui)為關鍵的(de)(de)措施是(shi)金屬表面涂(tu)覆(fu)高性能(neng)防腐(fu)(fu)蝕(shi)涂(tu)層(ceng)(ceng)。防腐(fu)(fu)蝕(shi)涂(tu)層(ceng)(ceng)從物(wu)理(li)角度隔斷了水及污染物(wu)向金屬基(ji)體表面的(de)(de)擴(kuo)散，是(shi)降低CUI的(de)(de)有效措施。

有(you)機涂(tu)層(ceng)是(shi)工(gong)程(cheng)中應用(yong)最廣的(de)的(de)防(fang)腐蝕(shi)涂(tu)層(ceng)，其原理主要是(shi)通(tong)過有(you)機涂(tu)層(ceng)與金(jin)屬基體形成良好的(de)粘結層(ceng)來(lai)阻擋水及電解質(zhi)向金(jin)屬表面的(de)擴(kuo)散；防(fang)腐蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)主要取(qu)決于(yu)涂(tu)層(ceng)與金(jin)屬基體的(de)粘結強度(du)和(he)涂(tu)層(ceng)抵(di)抗水及侵蝕(shi)性(xing)(xing)離子滲透的(de)能(neng)力。

耐(nai)高溫(wen)涂層一(yi)直是CUI研(yan)究的重點，防腐蝕耐(nai)高溫(wen)涂層體系及特性如下：

①環氧樹脂體系，適用于溫度較(jiao)低處，耐酸性(xing)一(yi)般，涂層較(jiao)硬。

②環氧酚醛體系，適用溫度可至250℃，是常用的耐(nai)高溫涂料，其電絕(jue)緣性良好，耐(nai)水及抗一(yi)般化學(xue)品(pin)腐蝕性能較好，但機(ji)械(xie)性能較差。

③有機(ji)硅樹脂(zhi)體系(xi)，適用溫度可至(zhi)600℃，是常用的耐高(gao)溫涂(tu)料，其高(gao)亮度、高(gao)硬度耐磨(mo)及絕緣性(xing)能好，但(dan)耐堿(jian)性(xing)差，在(zai)高(gao)溫下可能會產生回(hui)粘。

④無機共聚物(wu)體系適(shi)用溫度可(ke)超過1000℃，其具有(you)較(jiao)高的耐(nai)熱(re)性、導(dao)熱(re)系數低及(ji)電絕緣性好，但使(shi)用成本(ben)較(jiao)高，常用于(yu)超高溫工況。

新型涂(tu)(tu)層(ceng)技(ji)術(shu)在CUI預防(fang)(fang)中(zhong)(zhong)也得到了廣泛的應(ying)用(yong)(yong)，其(qi)中(zhong)(zhong)包括熱噴(pen)(pen)鋁(lv)(lv)和冷噴(pen)(pen)鋁(lv)(lv)等(deng)。熱噴(pen)(pen)涂(tu)(tu)技(ji)術(shu)是(shi)利用(yong)(yong)氧燃(ran)料(liao)(liao)或(huo)(huo)噴(pen)(pen)射電弧，將噴(pen)(pen)涂(tu)(tu)材(cai)料(liao)(liao)加熱至半熔融或(huo)(huo)熔融狀態，通(tong)過氣流吹動使其(qi)霧化高速(su)噴(pen)(pen)射到零件(jian)表面(mian)(mian)，形成(cheng)(cheng)噴(pen)(pen)涂(tu)(tu)層(ceng)。美(mei)國腐(fu)(fu)蝕(shi)工(gong)(gong)程(cheng)師(shi)協會研究表明(ming)，熱噴(pen)(pen)鋁(lv)(lv)涂(tu)(tu)層(ceng)能有(you)(you)效(xiao)預防(fang)(fang)碳鋼的CUI，對設(she)(she)備的防(fang)(fang)護壽(shou)命(ming)達到20~30年(nian)。冷噴(pen)(pen)鋁(lv)(lv)涂(tu)(tu)層(ceng)，主要成(cheng)(cheng)膜(mo)物質(zhi)是(shi)鈦改性無機共聚物，片狀金屬(shu)(shu)鋁(lv)(lv)，能充(chong)分(fen)發揮屏蔽保(bao)護作用(yong)(yong)。冷噴(pen)(pen)鋁(lv)(lv)涂(tu)(tu)料(liao)(liao)在高溫情況下(xia)(xia)，尤其(qi)是(shi)熱沖擊或(huo)(huo)熱循(xun)環工(gong)(gong)況條(tiao)件(jian)中(zhong)(zhong)，表現出了優異的防(fang)(fang)腐(fu)(fu)蝕(shi)性能。轉化膜(mo)新技(ji)術(shu)、滲鋁(lv)(lv)技(ji)術(shu)已成(cheng)(cheng)功應(ying)用(yong)(yong)于(yu)長輸(shu)管(guan)防(fang)(fang)腐(fu)(fu)蝕(shi)工(gong)(gong)程(cheng)中(zhong)(zhong)。金屬(shu)(shu)表面(mian)(mian)防(fang)(fang)腐(fu)(fu)蝕(shi)涂(tu)(tu)層(ceng)的選用(yong)(yong)，應(ying)綜合考慮最高運行溫度、持續運行時間(jian)以及(ji)涂(tu)(tu)層(ceng)推薦應(ying)用(yong)(yong)壽(shou)命(ming)來進行選擇。工(gong)(gong)程(cheng)設(she)(she)計中(zhong)(zhong)可參考相關標準，如HG/T20679-2014《化工(gong)(gong)設(she)(she)備管(guan)道外防(fang)(fang)腐(fu)(fu)設(she)(she)計規范》及(ji)美(mei)國腐(fu)(fu)蝕(shi)工(gong)(gong)程(cheng)師(shi)協會（NACE）最新標準NACESP0198-2010《保(bao)溫層(ceng)下(xia)(xia)和防(fang)(fang)火材(cai)料(liao)(liao)下(xia)(xia)面(mian)(mian)腐(fu)(fu)蝕(shi)控制》。NACESP0198-2010從腐(fu)(fu)蝕(shi)機理、結構(gou)設(she)(she)計、保(bao)溫材(cai)料(liao)(liao)選擇及(ji)防(fang)(fang)腐(fu)(fu)蝕(shi)涂(tu)(tu)料(liao)(liao)選擇等(deng)方面(mian)(mian)非常詳(xiang)細地介紹了CUI的產生(sheng)和預防(fang)(fang)手段，列(lie)出了部分(fen)針(zhen)對不銹鋼以及(ji)碳鋼表面(mian)(mian)防(fang)(fang)腐(fu)(fu)蝕(shi)處理的涂(tu)(tu)層(ceng)體系，具有(you)(you)極(ji)強的指導意(yi)義。

04 檢(jian)測與維護

CUI具有隱蔽性和(he)偶(ou)然(ran)性。有效的檢(jian)(jian)測和(he)維護，能最大(da)(da)程度(du)(du)地降低和(he)減緩(huan)CUI的發生。除目(mu)視檢(jian)(jian)測外(wai)，常用(yong)的檢(jian)(jian)測方法有：X射線(xian)(xian)或(huo)γ射線(xian)(xian)背(bei)反射；深度(du)(du)滲透(tou)渦流(liu)（厚壁）、微波(bo)和(he)紅外(wai)成(cheng)像(xiang)等。渦流(liu)技術在帶防(fang)腐蝕涂層檢(jian)(jian)測技術中報(bao)道較多，其(qi)原理是基(ji)于(yu)磁感應(ying)將保溫層下出現(xian)腐蝕或(huo)微裂紋通(tong)過渦流(liu)大(da)(da)小顯現(xian)出來。對(dui)目(mu)視檢(jian)(jian)查腐蝕嚴重的，在測厚檢(jian)(jian)測的基(ji)礎上(shang)，還應(ying)輔(fu)以蝕坑(keng)測量、光(guang)譜分析及X光(guang)成(cheng)相等技術手段，準(zhun)確評定腐蝕程度(du)(du)和(he)評估風險。對(dui)不易檢(jian)(jian)查和(he)檢(jian)(jian)查費用(yong)較高的管線(xian)(xian)（如塔(ta)附屬管線(xian)(xian)）可采用(yong)導波(bo)檢(jian)(jian)測。

重點關注易(yi)發生CUI部位(wei)：

①冷(leng)卻塔溢(yi)出水影響區域(yu)；

②暴露(lu)于濕(shi)氣(qi)或(huo)酸氣(qi)、液體溢濺及Cl-含(han)量高區(qu)域；

③蒸(zheng)汽排放點附近；

④保溫層系(xi)統分(fen)支(zhi)或(huo)開口部位(wei)，如管線的支(zhi)吊架和高低點放空等；

⑤包覆層、防(fang)潮層及防(fang)腐涂層老化的(de)部位(wei)；

⑥保護層接縫(feng)處水平上(shang)半部和密封搭接不嚴實的部位(wei)；

⑦保護層脫落(luo)或(huo)損壞(huai)的部位；

⑧豎管保溫的終端；

⑨保溫層(ceng)下法蘭(lan)、螺栓(shuan)和其他附(fu)件(jian)；

⑩設備穿透保溫層的部(bu)(bu)位(wei)（如支(zhi)腿、管口、支(zhi)架及(ji)銘牌(pai)等(deng)伸出部(bu)(bu)位(wei)）和水(shui)分容(rong)易(yi)滯(zhi)留的部(bu)(bu)位(wei)等(deng)。

維護還應(ying)重點關注對工廠安全運行影響大的(de)高溫高壓和有毒有害管道設備的(de)CUI狀況。