锅炉钢结构防腐认识及防腐设计.pdf

余 热 锅 炉 2 O 1 2 ． 2 锅炉钢结构防腐认识及防腐设计 杭州锅炉集团股份有限公司 沈月锋 摘要本文从钢结构腐蚀原理及防腐涂料对钢结构的保护机理方面阐述了钢 结构腐蚀及防腐方面的知识， 重点说明了 锅炉钢结构防腐蚀方案设计， 从设计、 防腐 涂料性 能结 合工 程要 求， 环境 因素 等 方面具体 阐述 了锅 炉钢 结构 的 防腐设 计及流 程 。 关键 词锅炉钢结构腐蚀防腐涂料 0 ．引言 据有关资料介绍， 在工业发达国家中， 腐蚀造成的直接经济损 失 占国民经济 总产 值的 1 ％． 4 ％， 在 中国由于金属腐蚀造成的经 济损失每年 高达 3 0 0多亿元 以上 ， 因此， 采 取各种有效 的防腐蚀措施显得越来越重要。 锅炉钢结构直接暴露于大气环境 中， 更应采 取有效的防腐措施 。 1 ．钢结构腐蚀 的原理 钢 结构腐蚀 就是钢结构和 周围环境 发 牛作用而被破坏 的现象。 锅炉用 的主要材料 钢是由铁炼成 的， 而铁则是在高炉 中用焦炭 中的碳对赤铁矿 F e 0 还 原而得到的， 反应在极高温下发生 ， 最终产物和 最后得到 的钢是不稳定的， 当钢暴露于潮湿 及有氧气 的环境中时， 容易产生氧化。 按腐蚀发生的过程和环境， 金属的腐蚀 可以划分为以下几类 1 大气腐蚀 ， 金属材料在 自然大气环 境间因环境 因素的作用而引起的腐蚀 2 水 的腐蚀 ， 金属在 淡水、 海水或其 它水溶液中的腐蚀 ； 3 土壤腐蚀， 埋没在地下土壤 中的金 属的腐蚀 4 高温腐蚀 ， 金属在高温环境下发生 的腐蚀 5 化学介质腐蚀， 金属在各种化学介 质， 如酸、 碱和盐中的腐蚀。 2 ．防腐涂料对钢结构的保护原理 防腐蚀涂料对金属 材料的保护机理主 要包括屏蔽作用、 阴极保护、 抑制 ／ 钝化作用 或者三种方法的综合保护作用。 屏蔽作用是 防腐蚀 涂料最基本 的保护 机理， 它在被保护物体表面形成一层惰性隔 离层， 将 金属材料 与外 界环境 隔离， 遏制环 境 中的水、 氧 、 氯离 子等腐蚀性介质 与金属 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 余 热 锅 炉 2 0 l 2 ． 2 接触， 从而阻缓腐蚀 反应的发生， 如常 见的 环氧类涂料 。 防腐蚀涂料 的这种作用取决于 防腐层的厚度、 成膜的致密性和涂层 的稳定 性 。 阴极保护 是一种电化学保护， 涂料本身 作为一个牺牲 阳极， 如富锌涂料是典型的阴 极保护型防腐蚀涂料品种 ， 金属锌能够使钢 铁从腐蚀原 电池 的阳极转化 为阴极而不被 腐蚀， 活泼 的金 属锌会先于铁被 腐蚀， 以牺 牲金属锌达到保护钢铁 的目的。 防腐蚀涂料的缓蚀作用是在 金属表面 生成一 层保护膜 ， 如 磷化 膜或 钝化金 属表 面 ， 从而对 金属起到保护作 用。 对金属表面 能起钝化和磷化作用的主要是防锈颜料。 传 统涂料 中的红丹 、 铬酸盐在遇水时可释放 出 少量过氧离子或铬酸根 离子 ， 使钢铁表面的 铁原子氧化， 并 生成致密 的氧化铁 ， 从而使 钢铁表面很难或不能进一步发生腐蚀 。 3 ． 锅炉钢结构防腐设计 图a 告 理 设 计 3 ． 1从设计源头考虑防腐设计 一 般设计人 员较少通过周密 的结构设 计来减少或避免腐蚀的可 能性， 而实际上结 构的几何形状对于防腐有不少的影响， 平滑 简单的表面最易清 理和涂装 ， 也最有利于防 止腐蚀， 设计 时出现的尖 角， 凸边 ， 边沿及缺 乏 明显界线的部位最容易腐蚀， 虽然这些 问 题在复杂 的锅炉钢 结构设计中无可避免， 但 可采取措施将其 降低到最低限度 ， 从而提高 防腐的效率 。 结构设计时需要考虑 的方面有 1 结构设计 时应 当简约， 避 免过 渡的 复杂形式 ； 2 设计 时避 免沉积物 聚集和水滞 留， 如下图 a与图 b 3 结构设计时应将不规 则数量减少到 最少 重叠、 角落和边沿 ， 如图 c 4 不连续焊接和点焊接形式尽量应用 在腐蚀环境很轻或者可 以忽略不计的部位 ； 图b 告 醍 计 『 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉 2 0 l 2 ． 2 3 啦 以喷 g 清 硎 和 瓣 裟, t ．i l l 耪 喷 甜 滴 和涂 鼗 3 ． 2防腐涂层设计 3 ． 2 ． 1 防腐涂层组成及其功能 以防腐蚀 为主要功能的涂料称为防腐 蚀涂料 。 在通畅情况下该涂料是 以多道涂层 组成的一 一 个完整的防护体系来 发挥 防腐蚀 功 能的， 也就是我们通 常说的油漆 ， 包括底 漆、 中间漆和面漆。 底漆是整个涂层体 系中极 为重要 的基 础， 它必须具有 防锈 功能， 同时必须具有湿 润表面且有与钢结构 良好的附着能力、 漆膜 内具有很强 的内聚力 ， 对腐蚀和化学 品具有 很强的容忍度 ； 中间漆在防腐体系中起 到承上启下的 作用 ， 能阻止 水蒸气的传输， 增加涂层的 电 阻性， 牢 固的连接底漆和 面漆， 同时增加涂 层总膜厚度 ， 增大屏蔽效应 。 为 了使各涂层 之间黏结 良好， 要求中间漆与底漆和面漆都 图C 有良好的层间附着能力， 这就需要精心设计 中间漆 。 面漆是整个涂料 的第一道关 口， 是为整 个涂层系统提供一个具有耐候性的封 闭层， 用来形成隔绝环境 的首要的屏蔽层 ， 从而保 护涂层免受环境 素 的影响， 并提供耐磨损 性能， 也有装饰 功能， 能提供高光洁度 的外 观 。 3 ． 2 ． 2防腐涂层具体设计流程 1 - IJ N环境， 根据环境 ， 项 目所需防护 年限考虑设计 防腐涂层总干膜厚度 油漆 的防护年 限与环 境条件 、 油 漆厚 度有着直接 的关系， 在相 同的环境下不 同的 漆膜厚度 防护年限不同， 相 同的漆膜厚度在 不同环境 下防护年 限也是不 同的， 根据 1 S 0 1 2 9 4 4整理 了以下表格供涂层设计时选择防 腐方案的总涂层厚度 。 见表 l 表1 根据I S 0 1 2 9 4 4 整理使用寿命与腐蚀环境分类和干膜厚度之间的关系 腐蚀环境 外部 内部 使用寿命 干膜厚度／ la m 空气洁净环境，如 c 1 一很低 i 办公室 ，商店 ，学 f } 校 ，宾馆 低 污染大气 ， 冷凝有可能发生的 1 5 年 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 余 热 锅 炉 2 0 l 2 ． 2 续表 1 腐蚀环境 外部 内部 使用寿命 干膜厚度／ m 城市和工业大气，中 高湿度和有空气污 1 2 0 C 3 一中 等的二氧化硫污染及 染的生产厂房， 1 5 年 2 0 0 厂 ，乳制 品厂等 1 5 年 2 8 0 不含锌 C 5 一 I 一很 高 工 高湿度和恶劣 大气 冷凝和 高污染持续 1 5 年 3 2 0 和区域 c 5 一 M 一很高 海 高含盐度的沿海和 冷凝和高污染持续 l 5 年 3 2 0 和区域 实际工程项 目设计 防腐涂层 时可根据 环境条件、 合同要求等参照表 1 设计涂层干 膜厚度。 2 防腐涂料 油漆 品种的选定和配套方 案设计 根据环境和 需求 防腐年 限大致确定涂 层漆膜厚度后 ， 接下来就是选择 防腐涂料油 漆的品种， 设计合 理的配套 方案。 油漆 品种 也是根据防护年 限， 环境条件 ， 工程造价等 因素而选 定。 在过去 的二十几年里 ， 我国锅 炉行业一般选用 红丹， 醇酸等防腐涂料， 如 今 随着合 同要求 的越来 越严 格， 对 防腐要 求越来越高， 一些高档 的防腐涂料逐渐被采 用。 如环氧 富锌底 漆， 环氧云铁 中间漆， 聚氨 酯面漆， 环氧面漆等。 为了方便选用 ， 现将各种类型油漆各性 能作比较， 如表 2所示 表2 各类型油漆性能比较 ＼性能 固化 作为 作中间 作为 保光 保色 防锈 耐高 耐水 耐化 耐酸 类 ＼ 机理 底漆 漆 面漆 性 性 性 温性 性 学性 性 醇酸 氧化 好 不好 好 好 好 好 勉强 不好 勉强 勉强 乙烯 物理 可以 可 以 好 好 好 可 以 不好 可 以 勉强 可以 橡胶 物理 好 可以 可以 勉强 勉强 好 不好 好 勉强 可以 环氧 化学 很好 很好 好 勉强 勉强 很好 好 很好 好 好 化学／ 聚氨酯 可以 好 很好 很好 很好 好 可以 可以 好 好 湿汽 沥青 物理 可 以 好 可 以 不好 不好 好 不好 很好 不好 勉强 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉 2 0 1 2 ． 2 5 续表 2 ＼ 性 能 ＼ 固 化 作为 作中 间 作 为 保 光 保 色 防 锈 耐 高 耐 水 耐 化 耐 酸 类 ＼ 机理 底漆 漆 面漆 性 性 性 温性 性 学性 性 丙稀酸 物理 可 以 可 以 好 好 好 可 以 勉强 可 以 勉强 可以 无机锌 湿汽 很 好 不好 可 以 不好 可 以 很好 很好 好 很好 不好 ① 底漆的选用 我们 从表 2可 以看 出， 作底 漆 防锈效 果好的是环氧类和无机锌类 ， 所 以我们常用 的底漆有环氧富锌底漆 、 无机 富锌底漆和其 他环氧类涂料。 富锌涂料由于富含锌粉， 对 钢材基底具有阴极保护作用， 因此是首选的 防锈底漆。 对于环氧 富锌底漆和无机 富锌底 漆 有哪些 区别与选用要求 呢对 于多道涂 层 的防腐体系来说 ， 环氧 富锌底漆和无机富 锌底漆在防腐效果上表现相当， 无机富锌底 漆在耐热、 耐溶 ， 耐化学性 能 以及导静 电方 面更为优越， 但无机 富锌底漆的施工要求很 高， 钢材表面必须喷砂到 S a 2 ． 5 ， 而水溶性无 机富锌底漆最好喷砂到 S a 3；另外其固化要 依靠 较高 的相 对湿度 ， ⋯ ‘ 般要 求在 6 5 ％ 以 上 ； 其表面呈 多孔性， 要求使用专 门的封 闭 漆 或雾喷技 术。 而环氧 富 锌漆 的施工 要求 相 比之下简单得 多， 它采用固化剂来完成 固 化过程， 重涂 间隔时 间较 短，2 3 ℃时， 只要 1 ． 5～ 2 h即可涂 覆 中间漆 ；由于环氧树 脂 具有很好黏结能力， 因此它可 以在打磨 的表 面上作为修补底漆使用 ， 而 无机富锌底漆附 着力差， 不适宜作为修补底漆使用 。 综合所述， 在 实际工程项 目中， 我们锅 炉钢结构的防腐 设计时宜优先采 用环氧富 锌底漆， 其防腐性能好， 效率高， 可以大大缩 短紧张的施工工期。 ② 中间漆 的选用 同样 从表 2可 以看 出， 环 氧类 漆 作 中 间漆性能最好 ， 我们常用的是环氧云铁 中间 漆。 说起环氧云铁 中间漆， 先介绍⋯ ‘ 种漆， 叫 环氧云铁 防锈漆， 它最早是作为防锈底漆来 使用的， 由于云铁在涂膜 中有着非常好 的抗 渗透作 用， 因此被广泛 用于重防腐涂料体系 中的中间漆使用 。 而环氧云铁中间漆就是在 这基础上开发出来 的， 它加入 了更多的填料 和云铁， 进 一步加强 了屏 蔽作用， 但它只 能 单纯地作为中间漆使用， 而不能作 为防锈底 漆使用 ， 而且最好与富锌底漆， 配套使用 ， 可 以提高整个涂层体系的防锈性能。 ③ 面漆的选用 防腐面漆 的主要作用是遮蔽太 阳光紫 外线 以及污染大气对 涂层 的破坏作用 ， 抵挡 风雪 雨水， 并且要有 良好 的美观 装饰性 。 目 前使用的主要有丙烯酸聚氨酯面漆 、 氟碳面 漆 以及有机改性聚硅氧烷涂料等 ， 他们各 自 特 点如下 a ． 丙稀酸聚氨酯面漆， 没有最大 重涂 问隔， 所 以有些涂料厂直接将其称为可 覆涂聚氨酯面漆 ， 它是 目前钢结构 防腐体 系 中应用最广泛 的面漆 。b ． 氟碳面漆 ， 可以最 大限度 的防止紫外线辐 射从而有效 的保护 下层涂料。c ． 有机 改性聚硅氧烷涂料 ， 具有 非常优异的耐大气和化学性破坏的性能。 油漆的选用主要考虑其性 能， 以及实际 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 余 热 锅 炉 2 0 l 2 ． 2 工程项 目中设计 防腐方 案时根据工程项 目 的实际情况， 如工程预算、 工程周期、 防腐年 限等要求并结合本文表 1 ， 表 2设计 出最合 理的油漆配套方案。 下面介绍两种典型环境 下锅炉钢结构常用的防腐油漆配套方案 a “ C 3 ”环境下 底 漆 环 氧 富 锌 底 漆，干 膜 厚 度 2 3 0 1 2 m 中间漆 环氧云铁 中间漆， 干膜厚度 1 6 0 1 2 m 面 漆 聚 氨 脂 面 漆 ， 干 膜 厚 度 230 m 总干 膜 厚 度 1 8 0 m， 按 I S O 1 2 9 4 4标 准设计防腐使用年 限为 5～ 1 5年。 b “ C 4 ”环境下 底 漆 环 氧 富 锌 底 漆，干 膜 厚 度 24 0 U m 中间漆 环氧 云铁中间漆 ，干膜厚度 240 u m 面漆 聚 氨 脂 面 漆， 干 膜 厚 度 2 30 U m 总干 膜 厚度 2 2 0 m， 按 I S O 1 2 9 4 4标 准设计防腐使用年限为 6～ 1 5 年 。 3 设计表面处理等级 油漆 的性 z q 5 15 KE 大程度上依赖 于与其基 材的附着力。 表面处理是进行油漆喷涂前的 必要工作，8 0 - 9 0 ％ 的涂层 失效是由于差的 或者不正确的表面处理引起的。 表面处理的 合理与否关系到整个 防腐体系 的防腐性 能 和防护寿命。 每一种油漆都有各自需求的表 面处理等级， 所 以油漆配套方案 确定 以后， 根据查阅该方案 中油漆 种类所需求 的表面 处理要求， 就可 以确定该方案需求 的表面处 理等级 了。 钢结 构的表面 处理主要有喷丸、 喷砂、 手工和动 力工具打磨及酸 洗等方法。 在锅炉钢结构涂装 中， 一般主要采用抛丸和 喷砂 的喷射清理方法。 钢材表面除锈等级见 表 3规定 。 表3 钢材表面除锈等级表 分 除锈 除锈 除锈方法 S S P C 等级 表面质量 类 等级 要求 手 用手工铲刀铲、 应无可见的油脂和污垢 ，且没有附着不牢的 工 S t 2 彻底除锈 刮 、或用钢丝 S S P C S P ． 2 氧化皮 、铁锈和 油漆 层等附着物 。 和 刷 、砂布打磨 动 应无可见的油脂和污垢，且没有附着不牢的氧 力 非常彻底 用动力工具铲、 除 S t 3 刮 ，动力钢丝 S S P c S P ． 3 化皮、铁锈和油漆层等 附着物 ，除锈应 L L s t 2 除锈 级别更为彻底 ，基材显露部分的表面应具有 锈 刷 、砂轮打磨 金属光泽 S a l 轻度除锈 喷射 丸 S S P C S P ． 7 应无可见的油脂和污垢，且没有附着不牢的 表 氧化皮、铁锈和油漆层等附着物。 面 应无可见的油脂和污垢，且氧化皮、铁锈和 喷 S a 2 彻底除锈 喷射 丸 S S P C S P ． 6 油漆层等附着物 已基本清除，其残留物应是 射 牢固附着的。 除 S a 2 ．5 非常彻底 喷射 丸 S S p C s P ． 1 0 应 无可见 的油脂 污垢 、任何残 留的痕迹应仅 锈 除锈 是点状或条纹状的轻微色斑。 目测钢材 应无可见的油脂污垢、氧化皮、铁锈和油漆 S a 3 喷射 丸 S S P C S P ． 5 表而洁净 层等附着物 ，该表 面应 显示均匀的金属色泽 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉 2 0 1 2 ． 2 7 4 ． 对锅炉钢结构腐蚀控制技术的展望 4 ． 1 ．防腐涂层产品的更新 由于 目前我们用的很多涂料对环境和人 体有着不同程度 的危害， 考虑对环境的影响 和人身伤害需要重新考虑涂层 的配方， 不再 使用含铅或者铬及高挥发性有机物 VOC 的涂料， 开发不使用 V OC的涂料， 水性涂料， 以及开发耐受阴极剥离的涂料等。 4 ． 2表面处理 的改进 目前钢结 构防腐表面处理常用 的有抛 丸喷砂等， 这些方法对人体和环境都有一定 危害， 操作时必 须采 取防护措施 ， 为 了消除 对人 体危害和 环境 污 染， 可 以采 用如 高压 超过 2 8 0 M P a 水洗等方法进行表面处理。 4 ． 3阴极保护技术的发展 在钢结构防腐中， 富锌涂料 是我们常用 的一种涂料， 它就是典型的利用阴极保护来 实现防腐作用的， 阴极保护将来的改进是基 于对它基本原理的进一步理解和 发展， 尤其 是在高电阻率的环境 中。 与现有的经验和知 识相比， 更多的新知识新技术将使阴极保护 能更好的按照预定的 目的起到保护作用 。 4 ． 4高技术测试设备 在我们防腐蚀检测中， 一些新的技术已 经开始运用， 如 电化学噪声和 电化学阻抗 谱。 这些技术将 被组合到便捷 式仪器 中， 更 广泛 的运用到腐蚀监控和检查领域。 如现有 的 B型扫描， 预计不久 的将 来通过这些先进 仪器能够得到内外腐蚀非常精确 的图像 ， 而 且仪器更加精确， 简单 易用。 参考文献 1 金晓明， 王健 防腐蚀涂装工程 2 】刘新 防腐蚀 涂装技术 问答 3 】I S O1 2 9 4 4 色漆和清漆 ． 防护涂料体系 对钢结构的防腐蚀保护 4 张运田 钢结构防腐设计 5 佐墩油漆资料 涂料防护保护技术 2 0 2 0年印度或成世界第 3大 电力消费国 印度电力部部长苏希库马尔 辛德 日前发表预测称 ， 到 2 0 2 0年， 印度将成 为世界第 3大 电力消费国。 此外， 作为降低电力部门对煤炭依存度工作的一环， 辛德强调发展和增设超临界、 超超临界发电设备。 为 此， 印度将推进国内企业与日本三菱重工、 东芝、 日立、 法国阿尔斯通等大型发电设备企业的合作， 实施发电设 备制造国产化的计划。 近年来， 印度经济增长迅速， 而电力不足成为制约经济发展的瓶颈。 据测算， 经济年增长 率达 9 ％时， 电力需求的年增长率则为6 ． 5 ％。 摘 自 中国能源报 2 0 1 2 - 5 - 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m