孫雷雷，田文韜，聶文，劉志永

（中石化天然氣榆濟(jì)管道分公司，山東濟(jì)南250000）

霧霾天氣對(duì)長(zhǎng)輸管道站場(chǎng)設(shè)備的腐蝕影響研究

孫雷雷，田文韜，聶文，劉志永

（中石化天然氣榆濟(jì)管道分公司，山東濟(jì)南250000）

為了探究霧霾天氣對(duì)長(zhǎng)輸管道站場(chǎng)設(shè)備的影響，以榆濟(jì)管道平遙增壓站為例，系統(tǒng)分析了設(shè)備涂層失效及基材腐蝕的原因，揭示了霧霾天氣是如何影響設(shè)備腐蝕行為的，探討了霧霾天氣影響涂層失效及基材腐蝕的主要因素，提出了相應(yīng)的防治措施，以期解決設(shè)備腐蝕問(wèn)題，確保管線(xiàn)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

霧霾天氣；設(shè)備腐蝕；鋼質(zhì)基材設(shè)備；天然氣

霧霾天氣是霧和霾的統(tǒng)稱(chēng)，近年來(lái)引起了人們的廣泛關(guān)注。霧是指由許多漂浮在近地大氣中的小水滴或冰晶組成的氣溶膠天氣；霾是大氣中的灰塵、SO2、NO、有機(jī)碳?xì)浠衔锏攘Ｗ釉斐纱髿馄毡闇啙岬奶鞖猬F(xiàn)象。霧與霾的區(qū)分在于相對(duì)濕度，一般出現(xiàn)霾天氣時(shí)相對(duì)濕度不大于80%，而出現(xiàn)霧天氣時(shí)相對(duì)濕度是飽和的。此外，在一定條件下霧與霾是可互相轉(zhuǎn)換的。

2016年，中國(guó)各地屢屢出現(xiàn)霧霾天氣，遍布陜、晉、豫、冀、魯?shù)扔軡?jì)管道途徑的省市，因此，不僅需要重視霧霾對(duì)職工健康的危害，也應(yīng)研究其對(duì)金屬設(shè)備的影響。長(zhǎng)輸管道站場(chǎng)使用的鋼質(zhì)基材設(shè)備在途經(jīng)霧霾地區(qū)時(shí)，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，涂層已失效，進(jìn)而導(dǎo)致其抗蝕性大大降低，腐蝕速度逐漸加快。設(shè)備的防腐蝕性能是保障長(zhǎng)輸管道站場(chǎng)安全運(yùn)行的基本條件，因此，有必要重視霧霾天氣對(duì)設(shè)備的腐蝕影響研究。本文以榆濟(jì)管道平遙增壓站為例，探究了霧霾天氣是如何影響設(shè)備腐蝕行為的，提出了有效的防治措施，提高了設(shè)備的完好性和可靠性。

1 站場(chǎng)環(huán)境概括

平遙增壓站為壓縮機(jī)站，主要功能是為干線(xiàn)天然氣增壓，以提高管線(xiàn)的輸送能力，具有分輸計(jì)量、清管、天然氣除塵等功能。該站有壓縮機(jī)組、空冷器、儀表風(fēng)系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等大型關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備，直接暴露于大氣的有空冷器、高位油箱、冷卻水塔、儀表風(fēng)儲(chǔ)罐、消防水儲(chǔ)罐、工藝管線(xiàn)及附屬閥門(mén)等。該站設(shè)備較多且重要，因此，更需做好設(shè)備的防腐工作，提高設(shè)備的完好性。

該站地處太原盆地，瀕臨產(chǎn)焦區(qū)。山西省是以煤炭為主要能源的省份，在2013年該省能源消費(fèi)總量中，煤炭比例高達(dá)90%.平遙縣居民也以煤炭為主要的取暖材料，燃燒煤炭產(chǎn)生大量煤煙，加之產(chǎn)焦區(qū)排放的污染物，該區(qū)的霧霾問(wèn)題很?chē)?yán)重。根據(jù)1980—2012年山西108站霾觀測(cè)資料發(fā)現(xiàn)，平遙是該區(qū)霾高發(fā)中心（輕微霾、輕度霾、重度霾平遙均為太原盆地的高發(fā)中心），年平均輕微霾日數(shù)高達(dá)135.71 d，年平均輕度霾日數(shù)17.85 d，年平均重度霾日數(shù)3.12 d。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該站設(shè)備已出現(xiàn)了不同程度的腐蝕，所以，筆者通過(guò)研究其腐蝕現(xiàn)象分析了霧霾天氣是如何影響腐蝕行為的。

2 腐蝕現(xiàn)象及其原因

設(shè)備腐蝕一般有2個(gè)過(guò)程：①涂層失效；②基材表面大氣環(huán)境腐蝕。當(dāng)設(shè)備涂層有效的情況下，理論上是可以避免腐蝕的形成，但由于施工質(zhì)量、涂層老化或運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)等原因，導(dǎo)致涂層失效，進(jìn)而使基材暴露，發(fā)生大氣環(huán)境腐蝕。設(shè)備腐蝕的原因是復(fù)雜的，大氣環(huán)境腐蝕是其中一個(gè)主要原因。

2.1 腐蝕現(xiàn)象

設(shè)備腐蝕主要發(fā)生在涂層失效、潮濕、易積聚粉塵等部位。主要表現(xiàn)如下：①空冷器百葉窗、冷卻水塔風(fēng)機(jī)機(jī)殼及噴淋泵、儀表風(fēng)儲(chǔ)罐及消防水儲(chǔ)罐底座、閥蓋與閥體之間、法蘭縫、閥門(mén)底座、管道支撐座等，這些部位易積聚粉塵遇水形成濕潤(rùn)環(huán)境，相比其他部位而言，是設(shè)備腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域。②儀表風(fēng)儲(chǔ)罐及消防水儲(chǔ)罐罐體、罐頂?shù)?，其表面積大，涂層受暴曬、雨淋、霧霾中的污染離子等外界因素的作用，導(dǎo)致局部粉化開(kāi)裂，為基材表面大氣環(huán)境腐蝕提供了通道，形成局部腐蝕。同樣，這也是工程結(jié)構(gòu)中十分常見(jiàn)的一種腐蝕形貌。③工藝管道下側(cè)，露水或雨水沿管道匯聚于該處，且該處不易被陽(yáng)光照射，比其他部位潮濕，因此，該處電化學(xué)反應(yīng)嚴(yán)重，腐蝕現(xiàn)象明顯。

2.2 涂層失效的原因

涂層失效的主要原因是其老化過(guò)程，涂層長(zhǎng)期受惡劣的自然環(huán)境影響，會(huì)形成降解反應(yīng)，導(dǎo)致其漸漸老化失效，加之霧霾中的SO2、NO等滲入后，與分子鏈上某些基團(tuán)反應(yīng)，改變了分子鏈結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致涂層老化，涂層光澤逐漸下降，油漆顏色變淡，出現(xiàn)裂紋、粉化甚至張開(kāi)。

2.3 基材腐蝕的原因

當(dāng)涂層失效后環(huán)境中的水汽與基材直接接觸，在其上面凝結(jié)產(chǎn)生水膜。該層水膜內(nèi)包括一些游離的H+與OH-，還溶入了部分O2，這些均為電化學(xué)腐蝕反應(yīng)提供了條件。

陽(yáng)極：Fe→Fe2++2e

陰極：2H++2e→H2，H2O+1/2O2+2e→2OH-

化學(xué)反應(yīng)：Fe2++2OH-→Fe（OH）2，2Fe（OH）2+H2O+1/2 O2→2Fe（OH）3

反應(yīng)后失水在基材表面生成所謂的鐵銹Fe2O3，在霧霾污染區(qū)，霧霾中的污染物SO2與H2O結(jié)合形成酸性溶液可促進(jìn)電化學(xué)腐蝕：SO2+1/2 O2→SO3，SO3+H2O→H2SO4，F(xiàn)e+H2SO4→FeSO4+H2↑，F(xiàn)eSO4+O2+H2O→Fe2O3·H2O+ H2SO4。

SO2與NO2共同與鋼發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可明顯加快鋼的腐蝕速度。霧霾污染物NaCl積聚于基材表面，可以改變水膜性質(zhì)提高離子數(shù)目，且將會(huì)使設(shè)備基材上的鈍化層失效，加劇設(shè)備基材的腐蝕。另外，局部霧霾污染區(qū)大氣中包括部分H2S，也可與鋼發(fā)生反應(yīng)。具體反應(yīng)式為：H2S+Fe→FeS+H2↑，F(xiàn)eS+O2+H2O→Fe2O3·H2O+H2S。

3 影響因素

3.1 涂層老化的影響因素

涂層老化的影響因素包括光、溫度、大氣污染物、H2O等，本文主要分析大氣污染物及水對(duì)涂層老化的影響。

3.1.1 污染物

霧霾中的SO2、NO等滲入涂層后，與分子鏈上某些基團(tuán)反應(yīng)改變了分子鏈結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致涂層老化。

3.1.2 H2O

因?yàn)橥繉颖旧砭哂袧B透性加之刷涂時(shí)的細(xì)孔，H2O滲入涂層后會(huì)降低涂層與基材之間的粘合力，導(dǎo)致漆層逐步失效，進(jìn)而使基材腐蝕。霧霾的相對(duì)濕度較大，當(dāng)設(shè)備溫度比大氣溫度低時(shí)，設(shè)備表面可能會(huì)凝露形成液態(tài)水，進(jìn)而會(huì)提高水進(jìn)入涂層的概率。

3.2 基材表面腐蝕的影響因素

影響基材大氣環(huán)境腐蝕的主要因素有相對(duì)濕度、溫度、污染物濃度等。

3.2.1 相對(duì)濕度

因?yàn)榇髿猸h(huán)境腐蝕究其原理是一種電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)的前提是存在電解液，而電解液的形成又與相對(duì)濕度有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)霧霾中該因素?cái)?shù)值大于65%時(shí)，碳鋼試件的腐蝕速度變化明顯加快。

3.2.2 溫度

一方面，當(dāng)大氣溫度比設(shè)備表面溫度高時(shí)，設(shè)備表面更有可能凝露，為大氣環(huán)境腐蝕提供條件；另一方面，溫度影響著霧霾中SO2等污染物的溶解度，進(jìn)而影響著鋼的腐蝕速度。因此，溫度這一影響因素的變化直接影響著基材的大氣環(huán)境腐蝕速度。

3.2.3 污染物濃度

霧霾主要由SO2、NO、PM2.5組成，PM2.5主要是鹽類(lèi)等一些細(xì)小粉塵。NO進(jìn)一步氧化可形成NO2，PM2.5中的粉塵積聚于基材表面可加快形成潮濕環(huán)境，這些均可加快鋼的腐蝕。因此，該因素?cái)?shù)值即霧霾天氣的嚴(yán)重度會(huì)影響鋼的腐蝕。

4 防治措施

4.1 合理選型

在站場(chǎng)建設(shè)期間，對(duì)于設(shè)備的選型，應(yīng)考慮大氣腐蝕問(wèn)題。根據(jù)前期的地區(qū)調(diào)研，依據(jù)大氣污染程度及降雨量等情況，劃分為不同級(jí)別的防腐蝕區(qū)域，因地制宜地選擇設(shè)備。對(duì)于空氣質(zhì)量良好、干燥的地區(qū)，設(shè)備的基材可選碳鋼的；對(duì)于大氣污染嚴(yán)重且降雨量大的地區(qū)，設(shè)備的基材可選鍍鋅處理的鋼，如果有必要，則可選擇不銹鋼。

4.2 嚴(yán)把涂層質(zhì)量關(guān)

有機(jī)涂層的質(zhì)量直接影響著設(shè)備的抗腐蝕性，合格的涂層可有效地保護(hù)設(shè)備基材，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。有機(jī)涂層的質(zhì)量與多方面有關(guān)，比如防腐材料的選擇、設(shè)備表面處理、施工質(zhì)量檢查等。因此，需要重視施工全過(guò)程管理，嚴(yán)格施工各階段的監(jiān)管，落實(shí)施工質(zhì)量管理規(guī)定，確保涂層質(zhì)量。

針對(duì)中、重度霧霾污染，對(duì)于防腐材料的選擇，基材表面上的底漆可選耐候性良好的環(huán)氧富鋅底漆，因?yàn)橛推峤M成中有鋅，可起陰極保護(hù)的作用；面漆可選擇氟碳面漆，實(shí)驗(yàn)表明，氟碳面漆耐候性能優(yōu)于其他面漆（丙烯酸聚氨酯面漆、氯化橡膠面漆、聚氨酯面漆和硅丙面漆）。

在設(shè)備表面處理的過(guò)程中，要求除銹全面、徹底，如果局部有油污，則將其擦洗掉，直至基材面達(dá)到GB/T 8923—88規(guī)定的St3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行涂料的噴涂。

施工過(guò)程的質(zhì)量檢查是防腐蝕工程檢查的重點(diǎn)，應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范做好全過(guò)程的檢查工作。目測(cè)是否有空洞、麻面、起砂、脫落、空鼓、刷紋等現(xiàn)象，此外，還需對(duì)干燥后的漆層進(jìn)行測(cè)厚，以檢驗(yàn)其是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

4.3 完善防腐設(shè)置

對(duì)于平遙增壓站的腐蝕現(xiàn)象，在榆濟(jì)管道乃至長(zhǎng)輸管道都具有一定的普遍性，就該問(wèn)題筆者認(rèn)為可通過(guò)進(jìn)一步完善站場(chǎng)設(shè)備的防腐蝕設(shè)置來(lái)治理。具體而言，對(duì)于冷卻水塔風(fēng)機(jī)及噴淋泵、關(guān)鍵閥門(mén)等銹蝕問(wèn)題，可增設(shè)防護(hù)罩以避免其直接暴露于大氣；對(duì)于法蘭縫銹蝕的問(wèn)題，榆濟(jì)管道分公司于2015年組織進(jìn)行了一次整改，做法是將法蘭之間的螺栓除銹，涂刷上面漆，用牛油盤(pán)根纏繞填充法蘭縫后，再采用熱收縮帶纏繞法蘭側(cè)面以隔絕接觸大氣，實(shí)踐證明，該方法可有效控制法蘭之間的銹蝕問(wèn)題；對(duì)于儀表風(fēng)儲(chǔ)罐及消防水儲(chǔ)罐底座、管道支撐座銹蝕的問(wèn)題，在建設(shè)階段應(yīng)預(yù)留一定高度的水泥基礎(chǔ)，且支撐座邊緣有坡度以便排水；對(duì)于儀表風(fēng)儲(chǔ)罐及消防水儲(chǔ)罐罐頂銹蝕問(wèn)題，可在罐頂設(shè)置排水溝，以防止罐頂積水為電化學(xué)腐蝕提供條件。

4.4 重視日常維護(hù)保養(yǎng)

應(yīng)重視設(shè)備的日常維護(hù)保養(yǎng)，形成制度與規(guī)范，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備銹蝕問(wèn)題。具體而言，應(yīng)重視霧霾天氣對(duì)長(zhǎng)輸管道站場(chǎng)設(shè)備腐蝕的影響，出現(xiàn)霧霾天氣后及時(shí)組織對(duì)管道及設(shè)備進(jìn)行擦拭保持其表面潔凈、干燥；根據(jù)《色漆和清漆涂層老化的評(píng)級(jí)方法》（GB/T 1766—2008）判斷涂層老化情況，掌握涂層老化規(guī)律，合理安排修復(fù)時(shí)間，做到既保證防腐蝕效果，又降低維修成本；制訂設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃，定期組織進(jìn)行全面、細(xì)致的保養(yǎng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

以平遙增壓站為例分析了設(shè)備涂層失效及基材腐蝕的原因，揭示了霧霾天氣是如何影響設(shè)備腐蝕行為的，探討了霧霾天氣影響涂層失效及基材表面腐蝕的主要因素，歸納總結(jié)了相應(yīng)的防治措施，以期解決設(shè)備腐蝕問(wèn)題。通過(guò)合理選型、嚴(yán)把涂層質(zhì)量關(guān)、完善防腐設(shè)置及加強(qiáng)日常維護(hù)保養(yǎng)來(lái)治理腐蝕，提高了設(shè)備的完好性和可靠性，降低了設(shè)備的運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，確保了榆濟(jì)管道的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

［1］韓晉雅，李倩.經(jīng)濟(jì)學(xué)視角下山西省霧霾的成因與對(duì)策分析［J］.華中師范大學(xué)研究生學(xué)報(bào)，2016（02）.

［2］李苗，苗愛(ài)梅，王洪霞，等.山西不同強(qiáng)度霾天氣的氣候特征及影響因子初探［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2015（14）.

［3］王曰義.金屬的典型腐蝕形貌［J］.裝備環(huán)境工程，2006（04）.

〔編輯：張思楠〕

TE988

：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.16.027

2095－6835（2017）16－0027－03

孫雷雷（1987—），男，山東濟(jì)寧人，2014年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)，碩士學(xué)位，助理工程師，從事運(yùn)行管理工作。