不銹鋼酸洗項目中防腐蝕材料及結構選擇

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不銹鋼酸洗項目中防腐蝕材料及結構選擇
杜步虎   王天堂  陸士平
（上海富晨化工有限公司  上海  200233）
摘要：
本文根據(jù)不銹鋼酸洗項目中腐蝕介質的狀態(tài)，主要分析了常見防腐蝕材料的不同的性能，對酸液貯罐、地面、設備、地溝地坑、廢液處理池等需防腐的地方進行了結構和選材方面的優(yōu)化設計，給出了不同介質情況下，如何選擇合適的防腐蝕材料的建議，在保證防腐蝕壽命的基礎上，合理的降低了成本，可以作為生產(chǎn)廠家和防腐蝕公司的選材及施工的指導。
關鍵詞：
    不銹鋼酸洗  防腐蝕  材料  結構  樹脂

1、前言
由于不銹鋼具有優(yōu)越的耐蝕性、耐磨性、強韌性和良好的加工性能，被廣泛的應用于航宇、海洋、軍工、化工、能源及日用家具、建筑裝潢、交通等領域，市場前景看好，而不銹鋼的酸洗處理過程是不銹鋼生產(chǎn)和制品加工中的一個必不可少的一環(huán)。不銹鋼酸洗工藝選用的酸洗液一般為多種酸的混合物，主要有硫酸、硝酸和氫氟酸等，這些混合酸的腐蝕性很強且具有很強的氧化性，腐蝕介質的溫度也比較高，這些對防腐材料的耐蝕性能提出了很高的要求。
我們公司根據(jù)多年樹脂的應用經(jīng)驗，和對不銹鋼酸洗生產(chǎn)線的工藝和防腐工程的研究，針對不同應用場合的介質條件選用的防腐蝕材料進行了歸納，希望能給不銹鋼酸洗生產(chǎn)線的防腐蝕提供參考。
2、不銹鋼酸洗項目介紹
    不銹鋼酸洗原理是使用酸性液體，去除預處理后鋼材表面的氧化物表皮，去除表面的金屬離子，使其具有美好的光潔度。酸洗的材料形態(tài)有帶洗、管洗、板洗、線洗等，無論何種工藝的酸洗，不銹鋼酸洗生產(chǎn)線工藝從生產(chǎn)到廢水廢氣回收系統(tǒng)之間的各個環(huán)節(jié)都存在很強的腐蝕狀態(tài)。因此，防腐材料選擇的好壞直接關系到設備、車間地坪、地溝、廢水廢氣的環(huán)?；厥障到y(tǒng)等處的正常使用。常用的酸洗工藝如下：
2.1 酸洗段工藝流程：
→原酸貯備→預清洗段（約3.5米）→硫酸酸洗段（約12米）→HF+HNO3混酸酸洗段（約14米）→清洗段（三段式約8米）→烘干段（約4米）→廢酸液回收→廢水廢氣處理系統(tǒng)
根據(jù)以上酸洗工藝的流程，需要防腐蝕處理工作的地方主要有：
1）酸（清）洗鋼制槽體及平臺；
2）酸路系統(tǒng)（包括新酸系統(tǒng)、酸循環(huán)系統(tǒng)、廢酸系統(tǒng)的貯罐和管道）；
3）酸霧收集系統(tǒng)（包括槽蓋及收集管道）；
4）車間的鋼筋混凝土地坪（包括設備基礎地坪）、地溝和地坑。
2.2 不銹鋼酸洗工藝的腐蝕介質：
不銹鋼酸洗工藝中，各個工段具有不同的腐蝕介質，由某鋼鐵公司提供的的酸洗液介質狀況如下：
1）原酸液：
硫酸：槽中液濃度150—300g/L,溫度為<90℃，原液濃度98%；
硝酸：槽中液濃度100—200g/L,溫度為<90℃，原液濃度65%；
氫氟酸：槽中液濃度40—60g/L,溫度為<65℃，原液濃度70%。
2）混合酸：
硝酸和氫氟酸：槽中液濃度40—60g/L,溫度為<65℃。
3）廢水：
含多種重金屬離子、鹽類和含氟離子的酸性廢水。
4）廢氣：
含HF、NOx的廢氣。
從以上介質條件可以看出，介質的腐蝕性很強，尤其是硫酸和硝酸的濃度和溫度比較高，具有很強的氧化性；因此在酸洗工藝中介質的貯存和使用介質的設備對防腐蝕材料的要求很高。
3、各處防腐蝕處理方法
根據(jù)以上工段的不同腐蝕介質，對不同工段的設備和地面需要不同的防腐蝕處理，具體的防腐蝕方式在下表中進行了總結：

序號    名  稱    說     明
1    酸（清）洗槽體    1、所有槽體均為鋼結構焊接件，內(nèi)外襯玻璃鋼防腐，內(nèi)部厚度不低于6mm，外部為二布一氈四油；
2、槽內(nèi)設置PVC20防撞層；
3、槽兩側設置玻璃鋼格柵平臺；
2    酸路系統(tǒng)    1、酸泵選用優(yōu)質耐酸泵類；
2、酸路系統(tǒng)的管道材質采用玻璃鋼；
3、酸貯罐材質：
硫酸原酸罐：鋁罐；
硝酸原酸罐：鋁罐；
氫氟酸原酸罐：玻璃鋼；
混酸配酸罐：玻璃鋼；
硫酸循環(huán)罐：玻璃鋼；
混酸循環(huán)罐：玻璃鋼；
清洗水循環(huán)罐：玻璃鋼；
廢酸罐: 玻璃鋼；
3    酸霧收集系統(tǒng)    1、槽蓋、風管均采用耐腐蝕玻璃鋼；
2、槽蓋連接密封采用特制Q形密封圈；
3、風管配備相應插板閥和水封接頭；
4    地坪、地溝和地坑    1、    車間地坪及設備基礎防腐蝕采用乙烯基樹脂砂漿地坪；
2、    地溝和地坑基礎防腐蝕采用乙烯基樹脂膠泥做隔離層，外襯耐酸磚；
   
4、常用酸洗項目防腐蝕材料分析
    不銹鋼酸洗生產(chǎn)線的地面和設備的防腐蝕，現(xiàn)在基本上用玻璃鋼材質，而做成玻璃鋼的主要原材料（樹脂）是直接決定防腐蝕效果的關鍵，因此，樹脂選擇的好壞就直接影響著防腐蝕壽命。我司根據(jù)多年的樹脂應用經(jīng)驗，對常用的幾種防腐蝕樹脂的防腐蝕特性和使用特性歸納如下：
4.1 環(huán)氧樹脂[2]
    酸洗項目中原來使用的是雙酚A型環(huán)氧樹脂，最早應用于60年代。這種樹脂耐鹽酸、稀硫酸和鹽類介質性能較好，而且粘結強度大，固化收縮率低，因此在酸洗項目上曾一度被廣泛使用。但是環(huán)氧樹脂的耐溫性能不好（其HDT不大于80℃），一般在70℃的環(huán)境下使用，尤其是作為FRP內(nèi)襯時，使用溫度一般不能超過70℃，否則會出出現(xiàn)“脫層”等防腐蝕失效情況，同時在胺類固化劑（如T31）成型條件下，固化成膜物的耐酸性能尤其耐氫氟酸性相對較差，而且施工操作工藝等性能差，所以應用上受到了限制，在防腐蝕實踐中現(xiàn)在逐漸被其他樹脂（如環(huán)氧改性乙烯基樹脂）代替。
4.2 呋喃樹脂[2]
呋喃樹脂具有很好的耐腐蝕性能，耐溫性能好，溫度可達180~200℃，因此在60年代的防腐工程中得到大量應用。但是呋喃樹脂不耐濃硫酸及濃硝酸等氧化性介質，而且呋喃樹脂的粘結強度低，脆性比較大，施工工藝和固化性能不好，所以一般情況下不推薦使用。
新近開發(fā)的室溫固化型呋喃樹脂（899），在保持呋喃樹脂耐腐耐溫的同時，改善了施工工藝性，降低了固化要求，減少固化后殘留的氣泡。
4.3 雙酚A不飽和聚酯樹脂[2]
雙酚A不飽和聚酯樹脂（197A）在酸洗項目中應用開始于70年代，具有較好的耐酸、堿、鹽腐蝕特性，耐溫性能良好，固化和施工工藝方便，因此在防腐蝕工程用比較適用。
4.4 特種芳烴樹脂[2]
    二甲苯樹脂一直以來是國內(nèi)防腐蝕企業(yè)普遍使用的防腐蝕樹脂之一，這類樹脂具有較好的防腐蝕特性和工藝特性，但由于一些廠家的合成技術問題，通常有固化物表面發(fā)粘的現(xiàn)象，影響使用效果。新開發(fā)提高的特種芳烴樹脂（902），具有更好的耐化學腐蝕性能，尤其耐硫酸和硝酸性能，可以在80℃下的化學介質中使用。該樹脂能夠在室溫下快速固化，固化收縮率較低，并且常溫下粘度很低，具有很好的施工工藝性，因此適合于玻璃鋼和防腐蝕工程的使用，綜合樹脂的工藝性能、防腐蝕性能和成本等方面的考慮，該樹脂越來越多的代替了環(huán)氧樹脂和雙酚A不飽和樹脂。
4.5 環(huán)氧乙烯基酯樹脂[2][7]
環(huán)氧乙烯基樹脂是目前國內(nèi)外防腐蝕領域的首選材料，它是由環(huán)氧樹脂和甲基丙烯酸合成而制得，因此保留了環(huán)氧樹脂結構的同時，又具有不飽和樹脂很好的加工工藝性和固化性能。自20世紀60年代推出以來，得到迅猛發(fā)展，國內(nèi)乙烯基樹脂的應用起于80年代，90年代開始在酸洗項目中使用，由于乙烯基樹脂的良好的優(yōu)異性能，使得該樹脂取代了其他樹脂，成為酸洗工程防腐蝕首選的產(chǎn)品。
乙烯基樹脂種類比較多，但根據(jù)環(huán)氧基團的不同分為雙酚A環(huán)氧乙烯基樹脂（如854、411）和酚醛環(huán)氧乙烯基樹脂（890、470）。前者具有很好的耐化學腐蝕性能，較高的延伸率和韌性，工藝性能好，廣泛應用耐腐蝕玻璃鋼和防腐工程。后者含有多個穩(wěn)定的苯環(huán)，固化后交聯(lián)密度大，耐熱性能和耐腐蝕性能較好，在耐氧化性酸、含氯溶液和有機溶劑方面優(yōu)異。在酸洗項目中氧化性強、溫度較高時一般選用酚醛環(huán)氧乙烯基樹脂。
但在實際施工中由于易受工礦條件、施工等因素的影響，希望有更耐高溫的樹脂出現(xiàn)，以獲得更加滿意的效果。最近開發(fā)的高交聯(lián)密度乙烯基樹脂（898），熱變形溫度高達155℃，在耐溫和耐氧化性介質條件下有更好的實際使用效果。
在防腐蝕施工中，無論內(nèi)襯玻璃鋼工藝，還是樹脂砂漿施工工藝，均要求樹脂有較小的固化收縮率，以減小樹脂在固化過程中產(chǎn)生的收縮內(nèi)應力，從而減少腐蝕失效隱患的產(chǎn)生。因此在防腐蝕施工中要求樹脂的收縮率不能太大，否則可能會導致玻璃鋼襯里“脫殼”，而引起防腐蝕失效。根據(jù)工程需要所開發(fā)的低收縮雙酚A乙烯基樹脂（891），固化收縮率為0.014%，比常規(guī)乙烯基樹脂（固化收縮率為2-4%）小的多，與基礎的粘結性好，具有很好的耐化學介質腐蝕、和填料的相容性好，更適合酸洗項目地坪、地溝和地坑的防腐蝕。
4.6 氯化不飽和聚酯樹脂[1]
    氯化不飽和聚酯樹脂（791H），又稱海特酸型樹脂，是由海特酸、馬來酸酐和富馬酸等合成而來，氯含量高達54.4%，對水、醇、堿具有高度的穩(wěn)定性，優(yōu)異的氧化性酸及高溫濕氯氣等氧化性介質，突出的耐含氯溶液介質和耐溫性能，并具有良好的阻燃特性。因此酸洗項目中的氧化性酸（硫酸和硝酸）、氫氟酸、混合酸及廢酸玻璃鋼貯罐的內(nèi)襯很適合采用該樹脂。
4.7 聚偏二氟乙烯（PVDF）
聚偏二氟乙烯具有耐鹵素及鹵代烴，強氧化劑，沸酸、堿、鹽及溶劑的優(yōu)異特性，但是不耐發(fā)煙硫酸、濃熱硫酸、硝酸。這種材料在酸洗項目中做防腐蝕貯罐的內(nèi)襯，外用玻璃鋼復合增強，耐氫氟酸及混酸溶液。但是PVDF和玻璃鋼復合制作時，復合層的粘結強度不太好，造成FRP/PVDF復合罐的整體性不好，影響防腐蝕質量，在酸洗工藝中應用也出現(xiàn)了一些問題，所以復合貯罐的使用還有待進一步考證。
4.8 玻璃鱗片膠泥和涂料（VEGF材料）[6][8]
    玻璃鱗片膠泥和涂料是由高性能環(huán)氧乙烯基樹脂和C-玻璃鱗片復合而成，具有優(yōu)良的耐化學介質、耐高溫濕態(tài)腐蝕性氣體性能、極低的水蒸氣滲透率、硬化收縮率小、線膨脹系數(shù)低、耐溫度沖擊、磨耗系數(shù)小、施工簡單、常溫固化和易于修補等優(yōu)點。在不銹鋼酸洗項目中廢氣處理設備的防腐蝕得到了很好的使用。
4.9 各種防腐蝕材料的參數(shù)比較（以下是65℃的比較，耐腐蝕性與溫度和濃度都有關。）[2]
樹脂

性能    環(huán)氧
樹脂    呋喃
樹脂    雙酚
A樹脂    芳烴
樹脂    乙烯基樹脂    氯化不飽和樹脂    PVDF/FRP
                    雙酚A     酚醛環(huán)氧        
耐腐
蝕性    鹽酸    耐    耐    耐    耐    耐    耐    耐    耐
    硫酸    20%耐    70%耐    75%耐    <70%耐    <70%耐    <70%耐    <75%耐    耐
    硝酸    不耐    <5%耐    5%耐    耐    10%耐    20%耐    20%耐    耐
    氫氟酸    不耐    耐    不耐    不耐    10%耐    10%耐    10%耐    耐
    NaOH    耐    耐    耐    耐    耐    >25%耐    不耐    耐
    廢酸    不耐    不耐    不耐    不耐    不耐    不耐    耐    耐
    廢液鹽    耐    耐    耐    耐    耐    耐    耐    耐
力學性能    高    不好    高    不太高    高    高    高    高
粘結力    好    不好    好    好    好    好    好    不好
收縮率    小    大    大    較大    較大    較大    較大    較大
使用溫度    70℃    180℃    100℃    80℃    105℃    125℃    120℃    105℃
施工工藝    差    差    好    好    好    好    不太好    不太好
固化工藝    差    差    好    好    好    好    不太好    好
價  格    較低    低    較高    較低    較高    較高    較高    高

5、防腐蝕方式和材料選擇[2][3][4][5]
5.1 玻璃鋼管道和貯罐的結構及原材料選擇
    酸洗項目中所用的貯罐和管路系統(tǒng)及酸霧回收系統(tǒng)現(xiàn)在基本上選用玻璃鋼材質，結構為防滲層+防腐層+結構強度層。一般情況下，防滲層和防腐層至少要6-8mm。樹脂選用合適的耐腐蝕環(huán)氧乙烯基酯樹脂（在介質為非氧化性酸、溫度條件不是很高時，宜選用雙酚A環(huán)氧乙烯基樹脂；在氧化性酸、溫度條件要求高時，宜選用酚醛環(huán)氧乙烯基樹脂。下同），為了降低成本，結構層大都選用間苯不飽和聚酯樹脂，厚度根據(jù)具體的結構設計計算。對于混酸和廢酸貯罐，由于腐蝕介質比較復雜，一般選用PVDF/FRP復合罐，但是解決復合罐間PVDF和玻璃鋼的粘結是一個亟待解決的問題，而且價格較高，造成成本的增加。我們建議采用整體玻璃鋼形式，選用海特酸樹脂（791H）做為內(nèi)襯防腐材料，能滿足以上介質條件的防腐蝕要求，綜合成本降低，而且由于是采用玻璃鋼形式，整體性能好，保證了產(chǎn)品質量。
增強材料選用無堿玻璃纖維氈、無堿無捻紗，但在含有氫氟酸的介質條件下，內(nèi)襯防滲層增強材料要采用有機纖維增強材料（如滌綸布），而不能選用玻璃纖維氈。
5.2 酸洗槽體的內(nèi)外襯防腐蝕
內(nèi)外襯防腐蝕采用玻璃鋼襯里，內(nèi)襯做成厚度為不少于6mm，外層結構選用二布一氈四油工藝。樹脂建議選用環(huán)氧乙烯基樹脂，增強材料的選擇同上。
5.3 車間地坪、設備基礎防腐蝕
車間地坪、設備基礎的防腐蝕采用樹脂砂漿地坪結構（總厚度約為7-10mm），結構為：
底漆1~2道+玻璃鋼（2布3油）隔離層+樹脂砂漿層（5-7mm）+面層（約1mm）。
地坪、設備基礎的防腐蝕樹脂現(xiàn)在都采用環(huán)氧乙烯基樹脂，但是在底漆的選擇上，許多施工單位還習慣采用環(huán)氧樹脂做底涂材料，以增加樹脂和基層的粘結性能，但是環(huán)氧樹脂一般會采用胺類固化劑，固化后表面有油性物質浮出，再和乙烯基樹脂粘結時，不能夠很好的匹配，需要對固化后的表面進行處理方可進行后續(xù)的防腐蝕結構施工，若處理不好容易分層、開裂。我們根據(jù)多年的產(chǎn)品應用情況，做了底涂材料的粘結實驗，環(huán)氧乙烯基樹脂和混凝土基礎間粘結力達2MPa以上，在抗拉試驗中，混凝土基礎是最早受破壞的，而樹脂和基層的粘結層還沒有分離，所以環(huán)氧乙烯基樹脂作為底涂材料已經(jīng)具有足夠的粘結性能，因此現(xiàn)在防腐蝕協(xié)會推薦直接用環(huán)氧乙烯基樹脂作為底涂材料進行打底，其他各層采用相同的環(huán)氧乙烯基樹脂。增強材料選用玻璃布、石英砂和石英粉，但在含有氫氟酸介質時選用重晶石砂和重晶石粉。
5.4 地溝、地坑的防腐蝕
地溝、地坑防腐蝕采用樹脂膠泥外襯耐酸磚，結構為：底漆1~2道+玻璃鋼（2布3油）隔離層+樹脂膠泥外襯耐酸磚。
材料選擇如5.3條，在介質含氫氟酸時改用石墨磚。
有些廠家亦采用乙烯基玻璃鱗片膠泥涂料（VEGF）進行防腐蝕施工。
5.5 廢水處理池防腐蝕
    廢水處理池防腐蝕采用玻璃鋼襯里結構，厚度為2—4mm，樹脂采用環(huán)氧乙烯基樹脂，增強材料選用的玻璃布、玻璃氈和滌綸布和氈的復合。廢水廢氣蓋子采用的防腐蝕材料多為襯玻璃鋼或噴玻璃鱗片膠泥涂料（VEGF）。
5.6 其它
為了降低成本，在某些腐蝕條件不是很高的情況下，防腐蝕地坪選用環(huán)氧樹脂和特種芳烴樹脂的也比較多。我們從綜合成本、施工工藝、固化工藝、耐腐蝕機理和對人的健康與保護環(huán)境方面考慮，推薦使用特種芳烴樹脂。
6、應用實例
6.1  2002年浙江某不銹鋼公司，酸洗槽的防腐蝕采用環(huán)氧乙烯基樹脂；地面采用環(huán)氧乙烯基樹脂打底+二布三油乙烯基樹脂玻璃鋼隔離層+6mm乙烯基樹脂砂漿面層；地溝和地坑采用環(huán)氧乙烯基樹脂打底+二布三油乙烯基樹脂玻璃鋼隔離層+乙烯基樹脂膠泥砌筑150*150*20耐酸磚面層（硝酸和氫氟酸區(qū)域面層采用150*150*50不透性石墨磚）。做好后投入使用至今，沒有開裂、脫離等現(xiàn)象，沒有明顯的腐蝕現(xiàn)象。
6.2  2001年上海某不銹鋼公司，廢酸坑壁和蓋板采用環(huán)氧樹脂打底+二布三油乙烯基樹脂玻璃鋼隔離層+乙烯基樹脂鱗片涂料（0.5mm）。投入使用至今，沒有脫落、開裂等現(xiàn)象，除顏色輕微的改變外，沒有明顯的腐蝕現(xiàn)象。
6.3  2002年廣州某不銹鋼公司，設備容器采用玻璃鋼材質，內(nèi)襯樹脂選用環(huán)氧乙烯基樹脂，結構采用間苯不飽和樹脂；氫氟酸貯罐采用PVDF作內(nèi)襯，外纏乙烯基樹脂玻璃鋼增強。投入使用后，沒有明顯的腐蝕現(xiàn)象，使用良好。








Anti-corrosion material selecting and its construction in stainless steel production line
Du Buhu Wang Tiantang  Lu Shiping
(Shanghai Fuchen Chemicals Corp., Shanghai 200235, P.R.China)
Abstract: This article has explained anti-corrosion condition in stainless steel production line, and as well accounted for the varieties AC materials’ performance, thereby we conclude the right materials selection and there constructions in different corrosion-pending parts and items in the production line, which is good reference of  the guarantee engineering quantity but effective in cost, no matter for the end-users and engineering firms.
Keywords: Stainless steel production line; anti-corrosion; material; construction; resin


參考文獻

[1]    王天堂,等.海特隆酸不飽和聚酯樹脂的性能及應用.氯堿工業(yè),2002,273(5) :40-41.
[2]    中國腐蝕與防護學會主編，合成樹脂及玻璃鋼，北京：化學工業(yè)出版社出版，1995
[3]    GB50212-2002,建筑防腐蝕工程施工及驗收規(guī)范
[4]    陸士平,等.建筑防腐蝕材料設計與施工手冊.北京:化學工業(yè)出版社,1996
[5]    化學工業(yè)部化工機械研究院主編，腐蝕與防護手冊（耐蝕非金屬材料及防腐施工），北京：化學工業(yè)出版社，1997
[6]    陸士平,等.耐蝕鱗片膠泥在脫硫煙道中的應用.腐蝕與防護,2001,22(1) :30-31.
[7]    王天堂、陸士平等，酚醛環(huán)氧乙烯基酯樹脂的性能及在耐高溫強腐蝕場合中的應用，全面腐蝕控制，2001年05期（4）
[8]    王天堂、陸士平等，VEGF鱗片膠泥在煙氣脫硫裝置中的應用，中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2002年Z1期（30）