摘要：分析了煉油廠循環(huán)水塔的腐蝕原因，分別選擇PF-01防腐涂料、聚酰胺環(huán)氧涂料和環(huán)氧玻璃鋼，作為砼結構循環(huán)水塔長期受水噴淋的砼結構和鋼結構以及長期浸水的砼結構的防腐涂層。討論了循環(huán)水塔的防腐施工工藝和質量保證措施。按此方案施工的循環(huán)水塔，經過7年的使用后，防腐效果良好。
1.前言
煉油廠供水系統(tǒng)中混凝土結構的循環(huán)水塔(俗稱涼水塔)是生產過程中的冷換設備冷卻介質，也是石油煉制工程中不可缺少的一個工藝過程。涼水塔中無論其結構是恒流干濕式、逆流式，還是其他的結構形式，一般都是由鋼結構、砼結構等材料組成。它們長期在高濕度條件和受水的沖擊下工作，而且石油化工大氣與水氣結合產生的有害物質，對混凝土構筑物及鋼結構的腐蝕與破壞很嚴重，所以必須采用防腐隔離層。防腐隔離層的好與壞直接影響循環(huán)水塔的使用壽命。同時，防腐涂層選擇不合理，金屬表面處理級別低，就會縮短涼水塔的使用壽命。本文分析了涼水塔腐蝕的原因，就其防腐材料選擇、防腐施工工藝進行了討論，為涼水塔的防腐實踐提供借鑒。
2 循環(huán)水塔腐蝕原因分析
2.1 循環(huán)水塔砼結構的腐蝕原因
(1)在潮濕的工業(yè)大氣中，酸性介質與水泥中游離的鋁酸三鈣、氫氧化鈣的水化物反應，生成可溶性鹽。該鹽隨著腐蝕性介質的不斷侵蝕以及水分的不斷流失而被帶走，造成構件破壞。
(2)下雨時，空氣中的CO2與水作用生成H2CO3，H2CO3吸附在混凝土的孔隙中，與混凝土中的CaCO3進一步作用，生成易溶于水的Ca(HCO3)2，從而將混凝土中的有用組分逐漸溶出并帶走。溶走的Ca(HCO3)2又由固相的CaCO3補充，使混凝土逐漸被破壞。
(3)存在于水中的鈉、鈣、鎂的硫酸鹽與含有水合石灰、水合鋁酸的混凝土進行化學反應，分別生成硫酸鈣和硫鋁酸鈣。反應后體積膨脹，導致混凝土的破壞。
2.2 循環(huán)水塔鋼結構的腐蝕原因
金屬結構腐蝕是由電化學作用引起的。在高濕度與水氣中使用的鋼結構表面，易發(fā)生干濕交替循環(huán)。當其表面存在銹蝕層時(涂層氣孔率高時相當于銹蝕層)，銹蝕層就起到水和氧的儲槽的作用。Evans認為，當大氣腐蝕的銹蝕層處在潤濕條件下，則可以作為強的氧化劑。由銹層內Evans模型可以看出，陽極反應發(fā)生在金屬/Fe3O4界面上，陰極反應發(fā)生在Fe3O4/FeO(OH)界面上，即銹層內發(fā)生了Fe3+→Fe2+的還原反應，說明銹層參與了陰極過程。由于天氣變化，金屬表面溫度、濕度隨之變化，這樣在化學、電化學作用下，金屬表面將加速腐蝕。
2.3 循環(huán)水塔防腐涂層的損壞原因
循環(huán)水塔鋼結構防腐層損壞首先是金屬表面處理不當。從現場涂料脫層的現象看，一是附著力沒有達到要求，二是所選的環(huán)氧涂料樹脂含量低。從現場漆膜看，干固的防護層樹脂含量少而其他填料過多，產生較多粉化顆粒。這樣涂層易存在較多的氣孔，水分子及其他雜質容易滲透涂層，引起金屬表面腐蝕。
選用的環(huán)氧涂料是以酮亞胺為固化劑，共涂裝3道，期望耐用10年以上。然而，使用后不到1個月，漆膜即起泡。原因是酮亞胺實質上是用酮封閉的多元胺，它與空氣中的潮氣接觸后，析出多元胺和酮，多元胺再與環(huán)氧樹脂固化。該漆經涂刷后，漆膜表面與水氣反應而固化，阻滯漆膜內丙酮的充分揮發(fā)。而殘留的丙酮有一定的水溶性，引起滲透壓，使漆膜起泡。這說明所選的配套固化劑不適合在這一環(huán)境下使用。
3 循環(huán)水塔防腐材料的選擇
3.1 曝露在大氣中且長期受水沖擊的部位
3.1.1 砼結構部分
通過篩選試驗，選用了PF-01防腐涂料。該材料防腐性能優(yōu)異，能廣泛應用于耐酸、耐堿及鹽類的防腐工程，具有滲透性強，漆膜致密，抗老化、耐溫性好的特性。該涂料的主要成膜物為改性高密度聚氯乙烯(PVC)，并加入氟化物、溶劑、增韌劑、抗老化劑以及耐紫外線物質等。
PF-01防腐涂料對鋼鐵、混凝土等材料均具有良好的浸潤性和附著力。采用該材料在金屬表面防腐，可克服一般防腐涂料對基材表面處理技術要求苛刻的弊病。同時，它不但能提高防腐的可靠性，延長防腐年限，而且施工簡便(達到St3級即可)，技術要求指標易于控制，可減少投資費用。
試驗也曾采用過氯磺化聚乙烯涂料，但它在循環(huán)水中應用效果不好，存在“吸水腫脹”問題，故不適合在金屬與砼表面使用。
3.1.2 鋼結構部分
該部位長期在高濕度與循環(huán)水噴淋下工作。根據涼水塔的實際使用情況，對現有的環(huán)氧涂料及固化劑的配套性進行了篩選，采用了聚酰胺環(huán)氧樹脂漆，該漆具有以下特點：
(1)聚酰胺環(huán)氧樹脂有較長的脂肪烴碳鏈。用于交聯環(huán)氧樹脂時，脂肪烴碳鏈隔離了環(huán)氧樹脂內的剛性苯環(huán)，在承受沖擊時能使分子鍵有較大的自由度，因而顯示了優(yōu)異的柔韌性。
(2)聚酰胺環(huán)氧樹脂漆為雙組分涂料。兩組分混合時，選用配比不同，涂裝后漆膜性能隨之不同。聚酰胺用量大，漆膜的彈性增加，但耐藥品性降低。一般認為，以E-20環(huán)氧樹脂與聚酰胺樹脂200按65∶35質量比配制的漆性能最好。
與胺固化環(huán)氧樹脂相比，聚酰胺環(huán)氧樹脂漆具有以下特點：
(1)耐候性好，不易粉化失光；
(2)施工性好，漆膜不易產生橘皮、泛白等弊?。?
(3)漆料使用期長，兩組分混合后可維持2~4天不膠化；
(4)不刺激皮膚，對人體危害性?。?
(5)兩組分配比不像胺固化環(huán)氧漆那樣要求嚴格；
(6)對金屬表面除銹要求不嚴，并可在潮濕的鋼鐵表面上施工。
3.2 長期浸水的砼結構部分
長期浸水的砼結構部分采用環(huán)氧玻璃鋼襯里。它是玻璃纖維增強塑料在混凝土表面形成的襯里防護層，具有整體性、抗?jié)B性好的特點。環(huán)氧樹脂作為防腐蝕材料不但具有密實、抗水、抗?jié)B漏好，強度高等特點，同時具有附著力強、可常溫操作、施工簡便等良好的工藝性，而且價格適中。環(huán)氧樹脂采用E-44，固化劑采用低毒型的T31(該固化劑在潮濕基層也可以固化)。
4 塔體防腐施工工藝
2003年6月對新建的混凝土結構的涼水塔進行了施工。施工的部位為長期浸水的水池砼部位、噴淋的半浸水砼部位(高濕度)和長期在高濕度情況下使用的部分金屬結構部位。施工數量為：混凝土表面施工3000m2，金屬鋼結構防腐4500kg。
4.1 循環(huán)水噴淋下砼結構表面的施工
4.1.1 工藝流程
底面處理─涂刷底漆1道─中間漆1道─面漆2道。要求厚度為140μm。
(1)底面處理。清除混凝土表面污物及其他雜物，使表面清潔。對于新建的混凝土，其表面要求達到GB50212-1991《建筑防腐蝕工程施工及驗收規(guī)范》的有關要求，即表面必須堅固、密實、平整，不應有起砂、起殼、裂縫、蜂窩麻面等現象。要求基層表面必須清潔?；炷帘砻鎽洺龎m清理，除去塵土和浮砂，表面含水率低于6%(外觀發(fā)白)。
防腐施工前，應將基層表面的浮灰、水泥渣及疏松的部位清理干凈。基層表面可以采用鋼絲刷打磨，然后用干凈的軟毛刷、壓縮空氣或吸塵器進行清理。
(2)底面處理完后，涂刷底漆1道、中間漆1道和面漆2道。第1道底漆采用PF-01清漆。中間漆為PF-01漆，顏色為淡黃色。面漆材料也為PF-01，第1道為象牙色，面漆為棕黃色。
4.1.2 施工中的注意事項
(1)涂料涂刷前的配制：該涂料為雙組分，甲組分為乙烯類樹脂、氟磷鐵顏料和各種助劑，乙組分為固化劑。使用前，將甲、乙組分按 12∶1的質量比進行混合，攪拌均勻后放置10min左右，熟化即可使用。配制熟化好的涂料須在8h內用完，避免膠凝而影響施工質量。用多少，配多少，以免浪費。
(2)涂料涂裝：
第一、涂刷時，可采用刷涂、噴涂、滾涂和刮涂等方法(本次施工采用的是人工刷涂的方法)。
第二、涂刷第1道涂料時，涂刷須均勻且無遺漏處。涂刷第2層和以后數層時，應均勻地交錯刷涂，無遺漏。另外，涂膜不宜太厚。
第三、每道涂刷的施工間隔時間為：夏季大于4h，低溫時至少在8h以上(低于5°C時禁止施工)。
第四、防腐施工全部結束后，夏季自然干燥2天以上(若低溫，則自然干燥4天以上)，即可使用。
第五、夏季施工時，若涂料明顯變稠，可加入適量專用稀釋劑或丙酮進行稀釋。
4.2 循環(huán)水噴淋下金屬表面的施工
4.2.1 工藝流程
底面處理─底漆2道─中間漆1道─面漆2道。要求厚度為170μm。
(1)底面處理。金屬表面處理要達到GB/T8923-1988《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》中Sa2?級的要求，即：鋼材表面應無可見的油脂、污垢、氧化皮、鐵銹和油漆涂層附著物，表面應顯示均勻的金屬光澤，并用吸塵器、干燥潔凈的壓縮空氣或刷子清除粉塵；表面無任何殘留物，并有一定的粗糙度。
(2)底漆1道。底面處理完后檢查合格，涂刷1道聚酰胺環(huán)氧鐵紅底漆。
(3)中間漆1道。底漆固化12h后，涂刷1道聚酰胺環(huán)氧磁漆涂料。每道漆固化12h。要求顏色為中灰色。
(4)面漆2道。中間漆固化12h后，涂刷2道聚酰胺環(huán)氧磁漆涂料，每道漆固化12h。第1道要求顏色為淺灰色，第2道為中灰色。
以上涂料由雙組分組成，具體配比見產品說明書。5道漆固化后漆膜的厚度大于180μm，7天后投入使用。
4.2.2 施工中的注意事項
(1)涂料涂刷前的配制。該涂料為雙組分，甲組分為環(huán)氧樹脂、顏料和各種助劑，乙組分為聚酰胺固化劑。使用前，將甲、乙組分按 65∶35的質量比進行混合，攪拌均勻后放置10min左右，熟化即可使用。注意：配制熟化好的涂料須在6h內用完，避免膠凝而影響施工質量。用多少，配多少，以免浪費。
(2)涂料的涂刷施工工藝與4.1.2中的第(2)部分相同。但其防腐施工全部結束后，夏季自然干燥7天以上(低溫時，自然干燥10天以上)，即可使用。
(3)夏季施工時，若涂料明顯變稠，可加入適量的專用稀釋劑或丙酮進行稀釋。
4.3 長期浸水砼結構表面的施工
4.3.1 工藝流程
1道底漆─1道膩子─涂刷3層玻璃鋼(涂刷一層玻璃鋼、鋪一層玻璃布)─3道面漆，要求厚度為600μm以上。
4.3.2 混凝土底面處理
清除混凝土表面污物及其他雜物，使表面清潔。對于新建的混凝土，其表面要求達到GB50212–1991的有關要求，即要求表面必須堅固、密實、平整，不應有起砂、起殼、裂縫、蜂窩麻面等現象。要求基層表面必須清潔。
防腐施工前，應將基層表面的浮灰、水泥渣及疏松的部位清理干凈?；鶎颖砻婵梢圆捎娩摻z刷打磨，然后用干凈的軟毛刷、壓縮空氣或吸塵器進行清理。表面干燥，含水率不應大于6%，或者說表面深度5mm左右沒有水分。
4.3.3 防腐施工方法
(1)1道底漆。底面處理完后，涂刷1道E-44環(huán)氧底漆，施工黏度(涂-4杯)為25~35s。要求不得有漏涂、流掛等缺陷，自然固化不宜少于24h。
(2)1道膩子。在基層的凹陷不平處，應采用樹脂膠泥料修補填平，自然固化不宜少于24h。
(3)涂刷3層玻璃鋼。膩子固化24h后，用砂紙打磨膩子表面。做3層布的玻璃鋼，玻璃鋼采用連續(xù)施工的方法，即：涂刷1道玻璃鋼底膠后鋪1層玻璃布，接著刷粘接劑，固化24h后，再進行下一層玻璃鋼的施工，直到鋪完3層為止。要求每鋪一層固化24h。不允許采用連續(xù)施工的方法。要求布與布之間的搭接寬度為50mm。玻璃鋼材料為E-44環(huán)氧樹脂。玻璃布的規(guī)格為0.2mm厚，三無(無堿、無蠟、無捻)，經緯度為12×12根/cm 或12×10根/cm。
(4)3道面漆：做完的玻璃鋼固化48h后，涂刷3道面漆，每道漆固化24h。
4.4 質量保證措施
(1)對施工人員詳細交代施工方案，進行技術交底、安全交底，使施工人員明確施工工藝、施工規(guī)范、工程進度及其他事項。
(2)施工質量實行“三檢”制度，即自檢、互檢、專業(yè)檢查。每位作業(yè)人員對自己完成的工作進行自檢，各班組相互檢查，質量檢查人員跟班作業(yè)。要堅持每天對施工質量進行專職檢查，發(fā)現問題后及時解決。
(3)在涂刷施工過程中，應隨時檢查涂層的層數、質量，每道漆不允許有漏刷、流掛、起皮和裂紋等不良現象存在。
(4)每道工序結束后，必須經甲乙雙方質量檢查人員共同檢查驗收合格后，方可進行下一道工序的施工。做好工序驗收簽證記錄。
(5)專職配料員應嚴格按照產品說明書要求配料。
(6)每天開一次碰頭會，找出當天存在的問題，并制定措施，安排好第二天的生產計劃。
(7)認真做好施工記錄和質量檢驗工作。質量檢查和驗收嚴格執(zhí)行GB/T8923-1988以及化工部HGJ229-1991《工業(yè)設備、管道防腐蝕工程施工及驗收規(guī)范》。
(8)施工中，對有異議的地方，雙方應根據現場的實際情況進行解決。
(9)嚴格遵守建設單位制訂的規(guī)章制度，安全施工，文明施工。
4.5 竣工驗收
(1)檢查實際的防腐過程是否符合建設單位制定的防腐施工工藝及技術要求。
(2)對于防腐涂層，應做到“涂層光滑平整，顏色一致，無氣泡、剝落、漏刷、返銹、透底和起皺等缺陷”。對于玻璃鋼，所有部位用目測進行檢查，應符合下列規(guī)定：“無明顯的氣泡、裂紋、凹凸(或皺紋)、返白。層與層之間的粘接及與基體的結合牢固，無分層、脫層，無纖維裸露、樹脂結節(jié)、異物夾雜及色澤明顯不均勻等現象。表面層應光滑平整?！?
(3)施工單位竣工后，應交如下資料：原材料出廠合格證、由建設單位審批的施工方案、工程施工記錄(包括修補返工記錄)和每道工序質量驗收單和工程竣工驗收單。
5 使用效果
按照以上防腐施工方案，循環(huán)水塔在2003年7月經防腐涂裝后使用至今已近7年。對砼與鋼結構表面檢查發(fā)現，漆膜光澤良好，沒有起皮、脫落、龜裂的現象。劃痕檢查結果表明，其質量與竣工后的質量檢查相比沒有發(fā)生變化。浸泡的表面比原先采用環(huán)氧做玻璃鋼層的效果好得多，不存在防腐層表面脫層、鼓包的現象。因此，該漆膜暴露在大氣或氣液交替的部位，其使用壽命可在5年以上。
6 結論
(1)在塔體曝露在大氣中并長期受水氣沖擊的部位采用PF-01防腐涂料和聚酰胺環(huán)氧樹脂漆，解決了氯磺化聚乙烯涂料在水中的溶脹問題。所得涂膜耐磨、強度高，附著力、韌性及抗老化性好，而且光亮、色澤鮮艷。
(2)環(huán)氧樹脂玻璃鋼有優(yōu)良的物理機械性能，用其作為長期浸水的砼結構表面的保護層，所得漆膜堅韌、耐磨，表面光潔度好，氣孔率低，使用壽命長。
(3)根據涼水塔的使用及腐蝕情況，采用不同的防護方法，可以獲得最佳的經濟效益。
