乙烯基酯树脂玻璃钢在硫酸铵废水碳钢储罐内防腐的应用

肖培胜

（华友新能源科技（衢州）有限公司，浙江 衢州 324000）

0 引言

某公司钴产品的湿法冶炼过程会产生高浓度硫酸铵及微量或少量钴、镍、钙、镁金属离子等物质的生产废水。为实现零排放及资源化回收，会对生产废水进行MVR蒸发结晶工艺处理。在蒸发结晶处理前后，相关废水会被储存在碳钢储罐中，该类储罐在使用过程中，曾发生多次腐蚀泄露事件，对生产和环境都产生了一定的影响。经检查，发现是由于原储罐内酚醛环氧涂层局部失效引起。

1 腐蚀问题调查与原因分析

1.1 检查情况

某公司有三类硫酸铵废水储罐多次发生腐蚀泄露，分别储存硫酸铵转移液、蒸发前液和三效浓缩液。检查发现：储罐底板附着了大量黑色粘稠油状物，腐蚀部位多集中在底板、壁板的焊缝或焊接飞溅区，腐蚀点呈较规则圆孔状，蚀孔直径1～3cm不等，孔深5mm至穿孔（底板12mm）。其中，三效浓缩液储槽腐蚀情况较另外两类储罐严重，储罐底板腐蚀较壁板严重。腐蚀孔周边涂层附着完好，是典型的局部腐蚀形态，腐蚀照片如图1所示。

图1 硫酸铵废水储罐腐蚀宏观形貌

储罐材质为Q345R，原内壁防腐设计方案为喷砂Sa2.5级、佐敦酚醛环氧储罐漆3遍，涂层总干膜厚度450μm。储罐自投入使用到发生腐蚀泄露不到2年时间。

1.2 检测试验

对硫酸铵废水进行了取样检测，检测数据包含pH及温度情况如表1所示。

表1 硫酸铵废水检测分析表

检测数据表明：硫酸铵废水中硫酸铵浓度较高，含有不同浓度的氯离子，其中三效浓缩液硫酸铵浓度接近饱和；硫酸铵转移液pH偏碱性，蒸发前液和三效浓缩液呈酸性。

另外，蚀孔内有黑色腐蚀产物，取样约10g与10%浓度稀盐酸反应，产生了臭鸡蛋味气体，推测发生了以下反应：

1.3 原因分析

（1）酸性环境下的析氢腐蚀

失效部位暴露于硫铵废水中，酸性环境中能够使铁发生析氢腐蚀，其腐蚀机理如下：

酸性环境中水的电离：

储罐缺陷部位形成阳极区，其他涂层完好部位形成阴极区。阳极电流集中，使腐蚀迅速向纵深发展，形成蚀孔。由于氯离子的存在，蚀孔内pH不断下降，蚀孔表面附着的Fe（OH）2不断被溶解消耗，导致蚀孔不断加深直至穿孔[1]。腐蚀过程示意如图2所示；

图2 铁在硫酸铵废水中的析氢腐蚀

（2）SRB腐蚀

硫酸铵废水储罐中温度、酸度、含氧量及营养源（萃取剂和溶剂油提供）给能够微生物活动提供必要条件[2]，结合腐蚀产物含有FeS的推测，分析硫酸铵废水储罐腐蚀过程中还伴有SRB腐蚀。缺氧情况中SRB的腐蚀机理如下：

整个腐蚀过程中，硫化物（S2-）不仅具有阴极去极化作用，又有阳极去极化作用，即加速了铁的析氢腐蚀[3]。涂层失效部位同样形成“大阴极、小阳极”的腐蚀形态，加速阳极区纵深腐蚀，形成孔蚀、穿孔。

以上分析表明，硫酸铵废水储罐的腐蚀与防护需要解决局部焊缝区域涂层失效的问题，选择合适的防腐设计方案是关键。

2 乙烯基酯树脂玻璃钢的性能与应用

2.1 涂料重防腐在储罐内防腐中使用局限性

（1）重防腐涂料本身局限性

任何一种油漆涂层即便达到理想状态，从分子结构来说仍存在介质渗入的通道。储罐涂层长期浸泡于硫酸铵废水中，腐蚀介质通过吸附、扩散进入涂层内部。由于涂层表面张力特别是疏水组份的作用，初期水在涂层界面吸附和扩散进程微弱、缓慢，随着水分子的不断扩散和积累，最终会导致涂层溶胀，破坏涂层完整性，减弱涂层物理屏蔽作用；

重防腐涂料高膜厚通过增加涂料固含量实现，一般高固含量涂料以粉剂、填料的增加实现提升其固含量的目的，即意味着起主要防腐作用的树脂成分并没有增加，其对基层的润透性和渗透性效果自然下降，以致影响成膜致密度和闭孔性，更容易形成收缩或针孔，大大增加腐蚀介质接触储罐钢材的风险；

（2）焊缝缺陷带来的质量隐患

焊缝是影响储罐内防腐质量的关键部位，腐蚀问题往往产生于焊缝位置。防腐交付时，合格的焊缝应外形均匀，焊道与焊道、焊道与基材之间平滑过度，焊渣和焊接飞溅物清理干净，表面气孔和咬边在控制范围内。但在实际施工过程中，由于工人焊接技术的参差不齐和质检力度的把控不一，如焊道过高、表面气孔夹渣、焊接飞溅等焊接缺陷很难被检查出来和落实整改。同时，针对涂装前表面处理中焊缝的处理标准在国家、行业防腐蚀工程施工规范中并没有明确或强制的要求，处理这些问题也需要消耗大量的人工、增加工程成本，导致该类问题容易被忽视；

另外一方面，漆膜厚度越厚，涂层内应力越大[4]，内应力过大会引起针孔、开裂等弊病。涂料重防腐膜厚超过300μm，硫酸铵废水储罐原设计酚醛环氧储罐漆涂层厚度达450μm。由于焊缝缺陷的存在，衔接段涂层厚度要么偏薄、要么超厚，随即造成局部涂层厚度不均，更容易导致涂层沿焊道开裂。

鉴于以上因素，在硫酸铵废水储罐内复杂的腐蚀环境中，发生腐蚀是可以预料的事情，需要使用更好的替代方案。

2.2 乙烯基酯树脂玻璃钢的防腐性能

（1）全方位的防腐蚀性能

乙烯基酯树脂玻璃钢是以乙烯基酯树脂为基体树脂、以玻璃纤维网格布和纤维毡等材料为骨架增强材料的树脂重防腐。相较于传统重防腐涂料，乙烯基酯树脂玻璃钢可轻易达到2mm以上，是传统重防腐涂层厚度4倍以上，因此具有更强的屏蔽隔离效果和更好的抗渗性。另外，由于玻璃纤维骨架的存在，使其具有更佳的物理机械性能。同时，乙烯基酯树脂具有优异的耐蚀性能，其玻璃钢制品的防腐性能比传统重防腐涂料更全面，更适合用作用于腐蚀介质长期接触或浸泡环境中。

表2数据表明，乙烯基酯树脂特别是双酚A型，具有在酸、碱、氨水、有机溶剂等环境中的耐蚀性能俱佳，综合性能优异，能够满足硫酸铵废水碳钢罐的防腐蚀要求；

表2 不同树脂耐蚀表[5]

（2）更好的焊缝保护效果

树脂玻璃钢施工工艺要求在处理焊缝等薄弱部位时要均匀批刮一遍同树脂胶泥，形成均匀、连续的过渡层；同时，玻璃纤维骨架提升覆层的机械性能，焊缝处树脂玻璃钢的粘接力和整体性不会受焊缝缺陷（如较轻微的咬边、飞溅、表面气孔等，但影响焊缝强度和储罐使用的除外）的影响。实践表明，使用树脂玻璃钢防腐的储罐焊缝部位几乎没有出现过腐蚀渗漏。

2.3 在硫酸铵废水储罐中的应用

基于上述原因，针对硫酸铵储罐的维修使用了对储罐底板及内壁原酚醛环氧涂层整体打磨拉毛后衬贴1mm双酚A型乙烯基酯树脂玻璃钢的方案修补。从18年至今，未再发生腐蚀泄露。并且，在后续项目废水储罐制作中，也一直采用双酚A型乙烯基酯树脂玻璃钢整体衬贴的防腐方案，使用效果良好，技术方案如表3所示。

表3 硫酸铵废水储罐内防腐技术方案

3 乙烯基酯树脂玻璃钢的施工技术要求

3.1 施工技术要求

（1）基面清理

基面清理包括储罐表面处理和上一道工序完成面的清理。对于新建项目，储罐内壁表面处理建议喷砂达到Sa2.5级以上，现场打磨应达到St3以上。对于维修项目，如原覆层附着良好，则进行打磨、拉毛即可；如原覆层附着力差，建议全面喷砂达到Sa2级以上。底涂和上一层玻璃钢完成面应保持洁净，作业前应检查并清理表面灰尘、颗粒等异物，否则下道工序玻璃钢衬层容易产生夹渣、附着不牢等质量缺陷；

（2）玻璃钢施工

玻璃钢衬贴前应进行底涂，底涂胶料使用经稀释的乙烯基酯树脂清树脂，单遍涂膜干膜厚度约50μm，一般2遍即可。底涂时，应连续均匀涂布，焊缝、角缝处不应漏涂。

底涂后，焊缝处批刮树脂胶泥找平，角焊缝应形成圆弧状过度；胶泥使用树脂胶料、石英粉、滑石粉配以一定量的稀释剂搅拌均匀后制成。

纤维布或毡应拉直、平顺铺贴在储罐底板或壁板上，同层相邻纤维材料应留有不小于50mm搭接缝，上下层搭接缝错开距离也不小于50mm。铺贴时，应保证每层纤维材料能充分浸润树脂胶料。每贴衬一层，应检查气泡和毛刺的情况，如有应立即去除。

使用含树脂90%以上的树脂胶料作为面涂层，施工要求与底涂相同。以乙烯基酯一毡两布玻璃钢为例，其构造可参照图3示意。

图3 乙烯基酯树脂玻璃钢构造图（一毡两布）

3.2 质量控制点

（1）材料质量

树脂的耐蚀性能应当能够满足工况环境腐蚀防护需求，纤维骨架材料首选非石蜡乳液型无碱、无捻粗纱玻璃纤维方格平纹布和玻璃纤维毡，纤维布厚度在0.2～0.4mm，经纬密度为4×4～8×8纱根数/cm2；玻璃钢用纤维毡厚度为0.25～0.40mm，其中短切毡300～600g/m2、表面毡为50～80g/m2。具体规格根据玻璃钢衬里积层的设计厚度要求来选择和调整；

（2）胶料配置

在乙烯基酯树脂胶料配置时，必须使用苯乙烯作为稀释剂，不得使用甲苯、二甲苯等，否则会影响树脂固化过程乃至不固化。乙烯基酯树脂胶料在配置时还需要用到促进剂，用来激活固化剂以引发树脂固化交联反应。需要注意的是，固化剂和促进剂不得直接混合，促进剂必须与树脂充分搅拌均匀后才能与固化剂配置，否则会引发剧烈反应甚至爆燃；预促型乙烯基酯树脂在配料时则要简便一些；

（3）含胶量控制

由于纤维网格布和纤维毡的结构差异，其含胶量有所不同。平纹网格布含胶量应达到50%以上，短切毡含胶量应达到70%以上，而表面毡含胶量应达到90%以上[6]。可以看出，同样厚度的纤维布和短切毡制作的玻璃钢，其含胶量是不同的，因此，在树脂玻璃钢衬里方案设计时，应当明确纤维骨架的材料规格。以往工程防腐方案设计上通常只给出树脂玻璃钢衬里层的厚度，而不去明确纤维骨架的材料选型，这种设计方案给有些施工单位投机取巧的机会，在玻璃钢制作过程中只使用纤维网格布，不使用含胶量更高的短切毡、表面毡以节省树脂用量和降低工程成本；另外一方面，各层纤维布或毡必须分层铺贴、分层涂胶，这一点在工程监管中也容易被忽视。个别施工单位在贴衬时同时叠铺2层甚至更多层以节省人工、材料用量，玻璃钢质量无法得到保障，耐蚀性能也大大降低。玻璃钢含胶量是影响其耐蚀性能的关键因素，需要在源头设计上把关、在工程监管中重视，才能杜绝偷工减料的情况出现；

（4）连续法和间歇法的选择

连续法是未待树脂胶料固化即连续衬贴全部层数的纤维布或毡，而间歇法是待上一层胶料固化后再衬贴下一层。由于储罐内壁是立面结构，一次衬贴太厚会出现分层滑移，因此建议超过2mm以上玻璃钢衬里选择间歇法衬贴；

（5）质量检查和缺陷修补

乙烯基酯树脂玻璃钢常温下7天才能完全固化，14天方可投入使用。合格的玻璃钢衬里层应固化完全，外观色泽光滑、均匀、平整；应使用磁性测厚仪测量厚度，实测厚度不低于设计规范要求。储罐底板、焊缝部位应全部进行电火花扫描检漏，壁板部位抽检；检测电压按照3～5KV/mm确定。经检查或检测出的针孔、气泡、鼓包、纤维裸露、起壳脱层等质量缺陷，都必须进行修补，必要时应将缺陷部位铲除，重新衬贴并留置合理的搭接宽度。

4 结语

硫酸铵废水储罐的腐蚀直接原因是焊缝位置的酚醛环氧涂层失效，乙烯基酯树脂玻璃钢在防腐性能、机械性能等各方面都优于酚醛环氧等重防腐涂料，特别是对储罐焊缝的腐蚀防护方面更具有显著优势。通过合理的防腐方案设计和严格的施工质量控制，能够实现硫酸铵废水储罐长效防腐的目标。