在氯碱行业中碳纤维防腐加固技术应用研究

吴陈平

衢州巨化锦纶有限责任公司 浙江衢州 324004

在氯碱行业中碳纤维防腐加固技术应用研究

吴陈平

衢州巨化锦纶有限责任公司 浙江衢州 324004

碳纤维防腐加固技术是一种新型的结构加固技术，它是利用树脂类粘结材料将碳纤维布粘贴于结构表面，以起到结构补强和防腐加固的作用。碳纤维加固技术具有高强高效、耐腐蚀、耐久性能好、适用范围广、施工质量易保证、不增加构件自重和体积等优势。在桥梁加固修补、烟囱加固，混凝土结构抗震修复加固补强工程中已得到广泛的应用。在氯碱化工企业设备、管道防腐加固领域尚未进行大面积使用和推广，但基于碳纤维防腐加固技术的优势特点及设备管理的现状，我公司从2010年开始尝试使用碳纤维对盐水系统等大型贮槽易腐蚀部位进行加固防腐，取得一定成效。

碳纤维；腐蚀；防腐；加固

一、碳纤维及其防腐加固技术的介绍

碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，即碳元素构成的无机纤维，它的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构，纤维的碳含量大于90%，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性。碳纤维是一种力学性能优异的新型材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为230～430Gpa，亦高于钢。因此碳纤维比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。碳纤维加固技术正是利用将碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强材料（单向连续纤维）；用环氧树脂粘结剂沿受拉方向粘贴在要补强的结构上，形成一个新的复合体，提高结构的强度、刚度、抗蚀性。

（一）碳纤维布技术参数（见下表）

（二）碳纤维防腐加固具有以下特性：

自重轻，厚度薄，基本不增加结构自重及截面尺寸。

适用面广，灵活性强，可用于各种类型和形状的结构构件加固，能在狭小的空间操作。

具有柔韧性，能包裹复杂外形的构件。

高耐久性，由于不会生锈，非常适合在高酸、碱、盐及大气腐蚀坏境中使用（本身无公害）。

在操作前、操作中和完成后都允许环境存在湿气。

抗高温，永久荷载作用下抗蠕变，抗磨蚀和抗震性能好。

具有触变性和易溶性，符合环保要求。

施工方便快捷，不需要大型机具，没有湿作业，无需动火，不受原结构形状限制。

省力节时、施工质量易于保证。

二、碳纤维在氯碱化工设备防腐蚀工程中的成功应用案例

氯碱化工生产中，钢质设备的外腐蚀问题也一直是设备管理人员工作的重点内容之一。腐蚀不可避免，但可充分利用现有的防腐蚀技术和手段，可控制和减缓腐蚀。碳素纤维加固防腐技术是一种新型的加固防腐技术，在氯碱化工行业设备防腐加固方面的引用日趋成熟，有着广阔的前景。

（一）盐水系统钢衬设备的外腐蚀防护

碳钢在中性或偏碱性盐水溶液中的腐蚀是腐蚀电池的电极反应的结果。碳钢在饱和食盐水中会产生可溶性化合物，因而使腐蚀加快。因此，盐水贮槽等设备管道外表面等暴露面不可避免的受到盐水的腐蚀，很多内衬设备都是因为外腐蚀导致损坏或报废。2010年我公司曾因衬胶贮槽根部严重腐蚀穿孔，险些酿成盐水大量外溢。该厂从那时开始引进碳纤维对盐水系统贮槽根部进行防腐（见图1）。使用至今，效果明显。

图1

我公司选用LQ-Ⅰ-300型碳纤维布。

（二）管道穿楼板洞等处的安全隐患消除

氯干燥硫酸循环管穿楼板洞处围堰破损，此处易积水，会不会造成管道外腐蚀呢？当割除防水帽，敲除围堰后发现管道外壁腐蚀相当严重，敲除铁锈后剩余壁厚不足实际壁厚的一半，因该管道更换需系统停车动火，影响安全生产，因此，我们采用碳纤维进行加固防腐，方便快捷，彻底消除了安全隐患。

（三）液氯贮槽等压力容器接管的防腐

液氯贮槽接管跟部易受冷凝水的腐蚀，长期以来一直成为困扰设备管理的问题之一。因液氯贮槽都为Ⅲ类压力容器，管壁腐蚀严重时只能更换接管，而检修更换接管相当麻烦，且成本较高，因此我们选择采用碳纤维对接管进行加固防腐，相信一定会取得事半功倍的效果。但压力容器的接管检修只能采用挖补更换的方式，目前国家也没有出台有关碳纤维在设备检修等方面的技术标准规范等。因此，虽然每层碳纤维对设备接管有不小于0.1M pa的补强，但笔者建议当压力容器接管剩余壁厚小于允许厚度时，就不能采用碳纤维补强的方式，不能依赖碳纤维对压力容器接管强度进行补偿。而碳纤维本身重量轻，厚度薄，基本不增加结构自重及截面尺寸，利用它对压力容器接管进行防腐应该与有关压力容器技术规范、规程不相抵触。

三、碳纤维防腐加固施工工艺

（一）施工工艺及要点

1.表面处理

将设备待防腐加固表面铁锈清除干净。

2.构件表面残缺面的修补

用环氧腻子对构件表面残缺面的修补是十分重要的一步，要点如下：

（1）腻子主剂、固化催进剂、固化剂按规定比例称量准确，装入容器，用搅拌器搅拌均匀。

（2）构件表面凹陷部位用环氧腻子填平，修复至表面平整。在残缺修补中使用环氧腻子时，要在气温-5℃以上，相对湿度小于85%的条件下施工。

（3）打磨、清理

腻子涂刮后，表面仍存在的凹凸糙纹，应再用砂纸打磨平整。

（4）涂刷底胶

将配好的底胶（粘结剂），用滚筒均匀涂刷于需要粘结的结构表面。

（5）粘贴碳纤维

粘贴碳纤维材料之前，首先应确认粘贴表面干燥。气温在5℃以下，相对湿度RH＞85%时，如无有效措施不得施工。其施工工艺要点如下：

a．碳纤维材料应按规定裁切，、顺纤维方向搭接长度不小于20cm,各层之间的搭接部位不得位于同一条直线上，层间必须错开至少50cm。

b．粘贴树脂的主剂、固化催促剂和固化剂应按规定的比例称量准确，装入容器，用搅拌器搅拌均匀。一次调和量应以在可使用时间内用完为准。

c．粘贴时，在碳纤维和树脂之间尽量不要有空气。可用罗拉（专用工具）沿着纤维方向在碳纤维材料上滚压多次，使树脂渗浸入碳纤维中。

d．气温、空气湿度、构件表面含水率等符合要求。底层涂料及腻子达到指触干燥（树脂表面达到固化硬结）。

（6）涂面胶

在碳纤维布的表面涂面胶，要求涂刷均匀不得有漏涂或涂刷不饱满之处，并在其表面粘粗砂，以方便下道粉刷工序。

（7）固化及养护

粘贴碳纤维材料后，需自然养护1-2小时达到初期固化，应保证固化期间不受外界干扰和碰撞，并保持干燥，方可进行下道工序。

（二）质量要求

1.所有进场材料，包括碳纤维材料和胶结材料，必须符合质量标准，并具有出厂产品合格证，符合工程加固补强设计要求。

2.碳纤维材料在运输、储存中不得受挤压，以免碳纤维受损，也不得直接日晒和雨淋，胶结材料应阴凉密闭储存。

3.各工序的施工质量，由技术人员负责指导、监督，每一道工序完成后提请技术员检查、认可后，才能进行下道工序。

4.严禁在不适合气温条件下施工，添加溶剂稀释后的涂料应在规定时间内用完。

（三）注意事项

1.碳纤维为导电材料，施工时应注意安全用电。

2.为防止碳纤维受损，在碳纤维材料运输、储存、裁切和粘贴过程中。应用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸切断碳纤维材料，每段长度一般以不超过6m为宜。为防止材料在保管过程中损坏，材料的裁切数量应按当天的用量裁切为准。

3.碳纤维布施工过程中应避免横向弯折和扭曲，否则容易开裂破坏。

4.碳纤维布在切割是速度不要太快或者用力过猛，否则容易开裂破坏。

5.碳纤维布配套树脂的原料应密封储存，远离火源，避免阳光直接照射。

[1]《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》，其编号为CECS146：2003,

[2]《混凝土结构加固设计规范》代替,其编号为 GB 50367-2006.

[3]《结构加固修复用碳纤维片材》GB/T 20490-2008

[4]《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》