湿面防腐涂料在冷却塔中的应用研究

徐文忠（中国石化上海石油化工股份有限公司，上海200540）

    顾勤英（上海大通涂料化工有限公司，上海201108）

    摘要：采用拉开法测定附着力、样板浸泡前后质量变化等方法比较了湿面防腐涂料和环氧玻璃钢的性能及其在冷却塔中的防腐应用情况。试验结果表明：湿面防腐涂料在施工工艺、施工环境条件、涂装成本上均明显优于玻璃钢，且达到了相同的防腐效果。

    关键词：冷却塔；湿面防腐涂料；环氧玻璃钢；应用

    中图分类号：TQ630.7 文献标识码：A 文章编号：1009-1696（2013）06-0022-04

    0·引言

    以碳钢和混凝土为主结构的冷却塔在石油、化工、轻纺、医药、冶金和电力行业应用较为广泛。冷却塔主要供应生产装置用循环冷却水，而循环冷却水主要使用工业水并添加水处理药剂（主要是微生物杀生剂、缓蚀阻垢剂、黏泥剥离剂等）。由于冷却塔内环境潮湿及冷却水中氯离子对塔体内钢混结构、钢质布水管腐蚀较快，循环水冷却塔填料6~8a需检修更换1次，同时需对钢结构、布水管进行防腐维护。过去，冷却塔的防腐主要采用涂覆沥青浆或手贴环氧玻璃钢的方式进行防护。但沥青浆容易老化而产生开裂和剥落现象，防腐周期较短（3~5a）。环氧玻璃钢是用玻璃纤维增强的环氧涂层，具有质量轻、强度高、耐化学腐蚀、电绝缘性好、隔音、减震等特点，已经广泛应用于钢制和混凝土制的各行业循环水冷却系统。但环氧玻璃钢防腐需要采用“两布三油”或“三布五油”工艺，不仅造价昂贵，施工环境条件对干湿度要求高，且维修工序繁复，特别是塔体结构原防腐层处理方式复杂等因素，使防腐维修质量往往无法得到保证，实际运行发现，冷却塔内钢结构及布水管由于防腐质量问题，结构表面腐蚀严重，对冷却塔的使用周期影响较大。

    2010年，上海石化腈纶部循环水冷却塔采用了湿面防腐涂料进行冷却塔布管的维修，取得了很好的效果。湿面防腐涂料是由改性环氧树脂、特种固化剂、颜填料及多种添加剂组成的甲组分和特种环氧固化剂乙组分配制而成的无溶剂底面合一厚浆型涂料，用于海底隧道、矿井、潮汐区码头、桥梁桩基、船舶、海上钻井平台水线以下等部位的涂装防护，也可用于各类冷却塔、旧湿式煤气储罐、管道阀门、水阀、钢桩、污水处理池、水池、水库、洞库的防护维修工程。

    本文通过水质分析来寻找腐蚀的根源，通过对玻璃钢和湿面防腐涂料的防腐性、施工方式、成本等进行比较，从而确立了湿面防腐涂料能够代替环氧玻璃钢用于冷却塔循环水系统的优势。

    1·试验部分

    1.1循环水系统水质分析

    通过对循环水的水质分析（表1），寻找腐蚀的根源，从而为寻找新的防护材料提供依据。由表1可见：循环水中的氯离子含量较高。氯离子长期存在于循环水中，会促进钢材的腐蚀反应，从而加快冷却塔的损坏。

表1 循环水系统水质分析

    1.2DSF22湿面防腐涂料的附着力试验结果

    DSF22湿面防腐涂料的附着力试验结果见表2。

表2 湿面防腐涂料的附着力试验结果

    由表2可见：随着湿度增大，DSF22湿面防腐涂料的附着力只是略有降低；在表面有水的情况下，附着力虽有一些下降，但也能满足要求；在水中施工时，附着力下降较多，但仍能满足某些场合的需要。

    1.3DSF22湿面防腐涂料的技术指标

    湿面防腐涂料的技术指标见表3。

表3 湿面防腐涂料的技术指标

续表3

    注：潮湿面施工及水下固化附着力测试方法：

    材料：碳钢板（70mm×150mm，厚1~2mm）；

    测试方法：碳钢板按GB/T9271进行底材处理，放入水中完全润湿后，立即刷涂已配制好的涂料，涂膜厚度为100~120μm，立即放入装有自来水的盆中，将盆置于室温状态下，24h后检查漆膜的固化情况，擦干水后，测试已实干。然后采用美国PosiTestAT拉开法附着力测试仪测定附着力。

    2·结果与讨论

    2.1氯离子对涂层和钢材的腐蚀性影响

    氯离子长期存在于循环水中，会促进腐蚀反应，加快腐蚀速率，加上其有很强的穿透性，极易穿透金属表面的保护膜，造成缝隙腐蚀和孔蚀，使水冷器在短期内报废，分析主要原因如下：

    （1）设备的内应力，这是设备加热过程中形成的。设备制作完成后，虽然经过热处理消除应力，但仍有残留应力。另外，设备在安装过程中，由于温度、机械等因素也会使设备产生内应力，在这些部位氯离子很容易积聚造成腐蚀。

    （2）氯离子的腐蚀首先是点腐蚀缝隙，或腐蚀沟槽上开始，使被破坏的钝化膜无法修复。故腐蚀不断加深，直至金属呈枝状裂纹而被破坏。

    （3）温度的诱导作用。众所周知，温度是化学反应的重要因素，腐蚀开裂也不例外。在拉应力和氯离子都存在的条件下，温度较低时腐蚀不明显；温度升高，则腐蚀开裂加剧。应力腐蚀开裂均发生在水冷器的热端，即工艺介质进口端，冷端不发生腐蚀。

    （4）水流速也是影响腐蚀的重要因素。水流速低不易扩散，利于氯离子富集，加剧氯离子的腐蚀。

    2.2树脂基料涂层结构

    该湿面防腐涂料是针对潮湿环境防腐而设计的，其采用低相对分子质量环氧树脂和改性树脂，并采用了钝化型防锈颜料和片状颜料、底材润湿剂等配制成基料，再配以防腐性能优异的特种固化剂。该涂料能在湿面和水下施工，而固化剂本身能与底材作用，形成强大的氢键，排除底材上的水珠，具有良好的湿态附着力。由于片状颜料和钝化型防锈颜料的配用，交联密度高，形成致密的防腐蚀涂膜，涂层硬而坚韧，具有优异的耐化学品性，能把腐蚀性离子及氯离子屏蔽阻隔在外。由于固化剂与树脂基料的相容性好，可采用辊涂、刷涂等方式涂装，两道涂装即可形成250~300μm的涂层，涂装间隔时间在12~168h（25℃）。在涂装过程中基本不会因施工而产生空鼓、缝隙等涂层缺陷。

    环氧玻璃钢也采用低相对分子质量环氧树脂和固化剂，也能形成交联密度很高的涂层，耐化学品性和防腐蚀性也不错，但施工工艺较为复杂。以“三布五油”玻璃钢为例，其施工过程如下：基层表面处理（打磨、酸洗）→涂覆环氧树脂2道（干燥12~24h至不黏手）→刮涂环氧腻子2mm→涂覆环氧树脂1道（干燥12~24h至不黏手）→涂覆环氧树脂1道→衬第1层玻璃布（布浸透、压实）→涂覆环氧树脂1道（干燥12~24h至不黏手）→涂覆环氧树脂1道→衬第2层玻璃布（布浸透、压实）→涂覆环氧树脂1道（干燥12~24h至不黏手）→涂覆环氧树脂1道→衬第3层玻璃布（布浸透、压实）→涂覆环氧树脂2道→养护干燥15d。一旦此过程操作不慎，极易形成空鼓或缝隙，从而导致玻璃钢涂层的整体性能受到影响。

    2.3防腐性比较

    将正反两面涂有DSF22湿面防腐涂料的碳钢片和环氧玻璃钢分别在3%NaCl溶液和自来水中浸泡720h，从浸泡前后样板的质量变化来对比两种材质样板的防腐性（见表4），质量增加越多，防腐性越差；反之，则表示防腐蚀性越好。

    由表4可见：DSF22湿面防腐涂料的耐水性和耐盐水性与环氧玻璃钢不相上下，甚至还略胜一筹。

表4 湿面防腐涂料和环氧玻璃钢的防腐性比较

续表4

    2.4前处理和施工条件比较

    湿面防腐涂料和环氧玻璃钢的前处理和施工条件比较见表5。由表5可见：DSF22湿面防腐涂料的各项施工条件均优于环氧玻璃钢。DSF22湿面防腐涂料可以在潮湿环境下带水施工，可以在水中固化，这给冷却塔的维修带来了方便。

表5 湿面防腐涂料和环氧玻璃钢的前处理和施工条件比较

    2.5成本核算按3层式环氧玻璃钢（三布五油），工程单价约为165元/m2；按2道施工，目前DSF22湿面防腐涂料单价为70元/m2，较环氧玻璃钢成本降低1倍以上。

    3·结语

    针对化工企业生产设备要求连续长周期运行的特点，减少维修工期、延长设备运行周期是企业降本增效的重要举措。冷却塔内部环境潮湿，采用DSF22湿面防腐涂料对塔体结构及布水管进行防腐处理，不仅可有效提高在潮湿环境条件下的防腐施工质量，简化施工步骤，大幅缩短维修周期（从每次维修停产20~25d降至6~8d），提高了设备运行效率，同时也大幅降低了维修成本。

    综上所述，采用DSF22湿面防腐涂料能有效解决冷却塔塔体内防腐难的问题，延长冷却塔使用周期，提高运行效率，降低企业生产成本，值得推广使用。

    参考文献

    1·陈慧玲，李晓娟，魏雨.碳钢在含氯离子环境中腐蚀机理的研究［J］.腐蚀与防护，2007（01）：17-19.

    2·戴巍.混凝土冷却塔的腐蚀与防护［J］.石油化工腐蚀与防护，2007，24（01）：59.

    3·玻璃钢和玻璃钢新制品.新标准及工程应用技术实用手册［M］.吉林：银声音像出版社，2005.