炼化企业保温层下腐蚀与控制*

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(1.合肥通用机械研究院 国家压力容器与管道安全工程技术研究中心，安徽 合肥 230031；2.安徽省压力容器与管道安全技术省级实验室，安徽 合肥 230031)

保温层是炼化企业设备和管道表面常用的覆盖层，工艺上可以有效地利用保温层达到节能降耗的作用，并可避免装置操作人员遭受高温烫伤。但由于设备或管道的结构不连续性、管件部位及小接管部位的保温层不能有效地贴合金属表面,或者保温材料致密性差和积水等问题，容易造成贴合面积液，形成保温层下腐蚀(简称CUI)。CUI严重制约着装置的长周期运行，某炼化企业2010年因保温层下腐蚀造成3次非计划停工，2011年造成5次非计划停工[1]。由于CUI在保温层下形成，具有隐秘性，安全隐患较大。统计结果表明，炼化行业中有至少60%的管道失效是由CUI引起的，维护费用占总维修费用的10%[2]。由此可见，CUI引起直接的和间接的经济损失巨大，保温层的有效质量及CUI有效检查方法显得尤为重要。

1 CUI机理及影响因素

1.1 CUI机理

反应主要发生在碳钢或低合金钢设备或管道表面，形成疏松的腐蚀产物，无法保护设备或管道，腐蚀形态为均匀腐蚀减薄和局部坑蚀。对于奥氏体不锈钢管道，一般是保温材料中含有的氯化物形成的应力腐蚀开裂和点蚀。

1.2 CUI影响因素

NACE RP0198—2004 《保温层和防火材料下腐蚀控制——系统的方法》提到：CUI一般发生在-4～175 ℃，在达到水的沸点之前，温度上升15～20 ℃，腐蚀速率则会加倍。

首先，外部环境对CUI的影响较大。相对而言，冷却塔附近、蒸汽排放口附近、喷淋系统附近、工艺凝液、潮湿气体侵入、酸蒸气区域、空气中的水分频繁或持续冷凝和再次蒸发的场合及间断使用的碳钢系统更容易发生CUI。

其次，保温层本身含有的腐蚀性介质(如氯化物、氟化物和硅酸盐等)溶于水形成酸性环境，加剧CUI进程，并容易引起奥氏体不锈钢的开裂。根据GB/T 17393—2008 《覆盖奥氏体不锈钢用绝热材料规范》的要求，保温层中对可溶出氯离子及氟离子含量要求见表1。

最后，结构不连续处(如法兰、阀门、小接管等朝上易进水的地方)为避免进水增设密封处理也是影响CUI的一个重要因素，在CUI检测时尤其要注意这些结构不连续的地方。

表1 可溶出氯离子和氟离子质量分数的要求w,%

2 CUI检查

炼化企业设备或管道保温层下检查主要是针对温度小于150 ℃且运行时间长的保温系统，这类系统容易产生冷凝水及外防护层破损进水。主要检测方法有宏观外部检查、超声波厚度测量、红外热成像、导波超声测量、剖面射线照相、闪光射线照相、射线实时成像、脉冲涡流技术和射线数字成像等。目前，比较经济有效的方法是红外热成像、导波超声测量、宏观检查及超声波厚度测量的配合使用。

红外热成像和导波技术可以对高空管线等比较难以检测的管线进行初步筛选，若情况良好，则不必再拆除保温层检查；对于有破损及腐蚀严重的系统，或现场难度小的保温系统进行保温拆除后的宏观检查，并在有腐蚀的地方进行超声波厚度测量，可与深度尺配合使用测量腐蚀深度。主要检测步骤见图1。

图1 主要检测步骤

某炼化企业检查了外部腐蚀管道247条，其中带保温管道104条，基本上带保温管线或多或少都存在保温层下腐蚀，保温层下腐蚀较严重的有38条管道，占所有检查管道的15.4%。无保温管道143条，大气腐蚀严重的14条，占所有检查管道的5.7%。外腐蚀问题集中在带保温层的管道。腐蚀所占比例见图2。

图2 腐蚀所占比例

从工程案例方面看，保温层下腐蚀主要形式是碳钢和低合金钢外表面的腐蚀，主要表现为均匀腐蚀及局部点蚀。典型的均匀腐蚀主要出现在管道结构改变、整体保温状况欠佳和容易积水的区域，主要表现为外壁整体腐蚀(见图3)。外壁局部腐蚀易发生在管道弯头区域(见图4)。在实际检查过程中，测厚所使用的耦合剂如不及时处理，也会在实际运行过程中造成一定程度的腐蚀，影响设备的安全运行(见图5)。

图3 管线外壁腐蚀

图4 弯头局部腐蚀

图5 凝液包接管外壁腐蚀坑

3 CUI控制措施

设备及管道在运行时需要保温，保温层下腐蚀不可避免，要建立正确的涂装及保温的方式与方法，降低系统因保温层下腐蚀而失效的概率。

(1)选择合适的保温材料外防护层。对于外防护层的选择需要考虑经济成本、实用性、管道的复杂程度以及基体的工况温度等因素。外防护层很容易受到气候、化学腐蚀以及机械损伤，需要经常性地进行维护。实践证明，将铝箔用作保温层下腐蚀的外防护层，不仅可以作为屏障阻止腐蚀介质接触金属表面，而且还能对金属起阴极保护作用。

(2)正确选择保温材料。在发生保温层下腐蚀的温度范围内，吸水性材料会加速保温层下腐蚀，而疏水性材料则可以抑制保温层下腐蚀。因此选用疏水材料做保温材料更有利于保温层下腐蚀的防护。

(3)保温层下金属外表面防护涂层。热喷铝涂层能有效预防碳钢的保温层下腐蚀。通过良好的保温措施和适当的涂层可以缓解保温层下腐蚀。正确的安装和维护能阻止大量的水进入，最近几年，在保温层下设备和管道经常发生腐蚀的地方应采用涂层防腐蚀系统。

4 结 语

CUI影响设备及管道的安全运行,也制约装置的长周期运行。正确选择涂层、保温材料及安装方式并对运行时间较长的外保温层进行定期更换可有效地减缓CUI。同时，研究CUI检查与监测设备，可以在不拆除保温层的情况下提高检验的有效性，从而及时更换保温层，抑制CUI发生。

[1] 黄赟.保温层下金属材料的腐蚀与防护[J].石油化工腐蚀与防护，2013,30(3):15-17.

[2]FITZGERALD B J,WINNIK S.A corrosion under insulation prevention strategy for petrochemical industry piping[J].Corrosion Management,2004,57(1):15.

[3]BRUCE R.Preventing corrosion under insulation in chemical manufacturing facilities[J].Journal of Protective Coatings & Linings,1998(5):40.

[4] 姜莹洁，巩建鸣，唐建群，等.保温层下金属材料腐蚀的研究现状[J].腐蚀科学与防护技术，2011，23(5):381-385.

(编辑 张向阳)