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氯碱化工厂房生产区的腐蚀及防护  2013/5/8

      工业腐蚀是指材料在介质环境作用下发生相互作用而引起的破坏或变化。腐蚀介质大体三种形式,在我们设计中常遇到的化工氯碱生产区中这三种介质都存在。生产中所使用的原料、中间产品以及成品,如原盐、液碱、硫酸、盐酸、氯气等均是腐蚀性很强的介质。因此,氯碱工厂生产区是化学腐蚀比较严重的地方。各种化学侵蚀性气体、液体和颗粒剂小的腐蚀性粉尘直接与建筑构件的材料发生作用,从而对厂房、构筑物产生危害,对建构筑物安全构成威胁,乃至破坏,大大缩短了建构筑物的使用寿命。因此如何采用必要的措施避免建构筑物腐蚀或减轻腐蚀造成的破坏是在设计中面临的一大问题。下面仅就氯碱生产中的厂房防腐设计为例来说明建筑防腐设计的某些问题。
  一、氯碱工业中的腐蚀介质和腐蚀机理
  氯碱生产中普遍存在着腐蚀介质多、分布广的特点。了解环境中的腐蚀介质是预防腐蚀发生的前提。如下表所列情况:

氯碱化工厂房生产区的腐蚀及防护
  由上表看出主要的腐蚀介质有:
  1.1HCl溶液和HCl气体
  作为氯碱生产中的主要产品和主要化学反应介质,盐酸溶液和HCl气体是界区内主要的腐蚀介质。盐酸作为一种强酸,对砖砌体、混凝土、钢筋混凝土均有着很强的化学腐蚀性,特别是其对硬化后的水泥砂浆的腐蚀。水泥砂浆的主要成分氢氧化钙在酸性环境下发生置换反应,生成易溶于水或松软无胶结力的化合物,导致水泥砂浆结构遭到破坏。而水泥是水泥砂浆和混凝土的胶结材料,水泥一旦破坏,水泥砂浆和混凝土的强度性能将不复存在。HCl气体对砖砌体和混凝土直接腐蚀较轻,一方面,HCl气体在潮湿环境下吸附在建筑物表面形成盐酸持续腐蚀建筑物;另一方面,当HCl气体渗入混凝土内部和钢筋接触时,氯离子和钢筋接触时,氯离子使钢筋表面的钝化膜丧失作用,引起钢筋的锈蚀膨胀,并对混凝土保护层产生巨大的压力,使混凝土保护层沿着锈蚀的钢筋形成裂纹。当混凝土表面的裂缝开展到一定程度时,混凝土保护层则开始剥落,最终导致构建丧失承重能力。
  1.2NaCl溶液、NaCl固体
  NaCl溶液作为一种盐溶液,对混凝土的腐蚀很小,对砖砌体有一定的腐蚀性,而对钢筋混凝土的腐蚀性较大。不同于强酸强碱的化学腐蚀,NaCl溶液对混凝土和砖砌体的腐蚀更多的是一种物理作用。NaCl溶液渗入材料的孔隙后,经过再结晶发生体积膨胀,最终导致材料破坏。混凝土结构由于其自身质地密实、吸水性好,所以腐蚀性较小。而砖自身空隙较多、吸水性大且抗压强度低,其相应腐蚀程度就大。对钢筋混凝土的腐蚀则主要由于在NaCl环境中,钢筋发生电化学反应加速锈蚀而导致的结构破坏。
  1.3H2SO4溶液
  硫酸在氯碱工业中被用于干燥湿氯气,其腐蚀主要发生在氯氢处理工段和罐区。硫酸对砖砌体、混凝土、钢筋混凝土均有很强的腐蚀性,其腐蚀主要是其作为强酸的化学腐蚀。另应注意到硫酸对地基土有较强的腐蚀性。当硫酸渗入地下后,和土壤中的成分发生作用,产生一种新的盐类,使地基土产生膨胀变形,从而出现基础上升变形、地坪起包、上部结构开裂等现象。
  1.4NaOH溶液
  作为氯碱工业的主要产品,常温下NaOH溶液对混凝土结构腐蚀性较小,但在碱液蒸发过程中随着温度的升高,对混凝土的腐蚀性急剧增加。NaOH溶液对砖砌体有很强的腐蚀性,其腐蚀类似于NaCl溶液对砖砌体的内部结晶膨胀。
  二、采取防腐的常见部位及应采取的防护措施
  在氯碱工业中,防腐设计应从多方面考虑,设计中常见的主要部位有:
  1.基础的防腐
  在氯碱工业建构筑物的设计中一般选用钢筋混凝土基础。它具有密实性好、强度高、表面平整等优点。《工业建筑防腐蚀设计规范》中有明确规定。材料若选用毛石混凝土、素混凝土或钢筋混凝土,则钢筋混凝土的混凝土强度等级不低于C30;毛石混凝土和素混凝土的强度等级不应低于C25。若地面有较多的硫酸、氢氧化钠液体作用时,基础埋置深度不小于2m。当基础附近有腐蚀性溶液的储槽或储罐的地坑时,基础底面宜低于储槽或地坑的底面不小于500mm。腐蚀性液体介质的管道或排水沟穿过基础时,基础应留洞,洞边加强防护。
  2.设备基础
  生产过程中设备内的介质跑、冒、漏、滴时,首先接触的就是设备基础。设备基础的地下部分应满足基础对防腐的要求。地上部分,应根据介质的腐蚀性等级、检修安装的机械作用、基础的形式及大小等因素,选择材料和构造。当基础顶面与所在地面高差小于300mm时,基础的防护面层与地面一致。泵基础宜采用花岗石等耐冲击材料。液态介质作用多的设备基础,其基础顶面及四周地面宜采取集液、排液措施。
  3.楼地面
  楼地面在防腐方面起着重要的作用,它接触腐蚀介质最频繁。楼层面层破坏或渗漏直接影响楼板承重结构。地面面层破坏会导致地基、基础的腐蚀。因此楼地面的防腐设计是建筑防腐设计的一个重点。对于有盐酸、硫酸液体作用的楼地面,可使用耐酸砖、水玻璃混凝土等面层。对于有氢氧化钠液体作用的楼地面,可使用耐酸砖、树脂稀胶泥或砂浆等面层。对于有盐作用的楼地面,可使用树脂稀胶泥或砂浆、沥青砂浆、聚合物水泥砂浆等面层。有大型设备且检修频繁和有冲击磨损作用的地面,应采用厚度不小于60mm的块材面层或是水玻璃混凝土、密实混凝土等整体面层。除选用耐腐蚀的面层之外, 楼地面应设计有组织的排水方式 ,以底层不小于2%,楼层不小于1%的坡度坡向排水沟或地漏,减少液体在楼地面的停滞时间。有腐蚀介质存在的场所周围还可加设围堰或排水沟,避免介质四处扩散,来限制腐蚀的影响范围。一般对楼地面有液态介质腐蚀的情况下,均应在防腐面层下设置防水隔离层,增加防渗漏性能,避免由于渗漏造成对结构的腐蚀和破坏。
  4.地沟
  为防止腐蚀介质沿水沟扩散造成二次污染。在有腐蚀介质存在的区域应重视和加强水沟的防护。地沟内一般有腐蚀性液体长期作用,为保证承重结构的安全,不能利用墙、柱、基础兼作地沟的侧壁及底板。排水沟内壁与墙面、柱边的距离不应小于300mm。工艺管沟不能兼作排水沟。工艺管沟一般只有简单的防腐措施,达不到排水沟的要求。若在排水沟内铺设管道,则管道易受腐蚀。地沟不宜设变形缝,因变形缝是薄弱环节,容易渗漏。如不得已必须设缝时,必须有严密、多层次的防渗漏措施。地沟和集水坑应设隔离层,要与地面隔离层连成整体,地面无隔离层时,沟的隔离层深入地面下不小于300mm。排水沟超过300mm宽时,设置有耐腐蚀的箅子板或盖板。 地沟穿厂房基础时,应留有不小于50mm的净空,避免厂房沉降对地沟的影响。地沟的变形缝不能设在穿厂房基础的地方,如在基础附近设缝,介质渗漏会腐蚀基础,应设在离开基础不小于1M。5.门窗
  设计时要根据腐蚀性等级和介质选用适当的门窗和材料。对钢为强腐蚀时,推拉门、金属卷帘门及悬挂式折叠门的金属零件易受到腐蚀,造成无法开启的状况,不宜使用,而是使用平开门较好,窗采用塑料窗。在氯气等气体作用的环境中,不应用铝合金窗。
  6.屋面
  散发腐蚀性粉尘的厂房,宜采用有组织排水,避免带腐蚀性介质的雨水漫流而腐蚀墙面。屋面也不宜设置女儿墙,如果设置女儿墙, 大量粉尘不易排除,产生聚集,加重屋面的腐蚀。比如在氯碱工业中常见的氯、氯化氢气体作用下,就不应使用铝合金板屋面,而PANHOO酚基防腐板则是氯碱厂最适合的屋面板材。
  7.构件的防腐
  对建构筑物墙面及钢结构表面等的防腐处理,也是十分重要的。
  氯碱厂区中钢结构的腐蚀通常是由大气及大气中含有的氯气、氯化氢气体造成的。通常,钢结构处于干燥的腐蚀性气体中,金属表面形成一种能防止金属进一步氧化的保护层,基本不会受到腐蚀。但空气中的水分会溶解空气中的侵蚀性气体,在金属表面生成电解质水溶液,导致金属的腐蚀,破坏金属表面的氧化保护层,腐蚀金属,对钢结构产生破坏。对于金属材料的防腐设计要考虑所处的工作环境。
  在防腐设计中,人们很注意地面面层的防护,但对细部处理容易忽视,比如对楼板洞口边缘的侧边及底面的防护,孔周围若受液态介质作用,可采用玻璃钢或树脂玻璃鳞片涂层防护。
  墙裙一般也会受到液态或固态介质的作用,但作用比地面轻,尤其是液态介质,不可能长期作用,因此对材料及构造的要求较低。一般在酸性介质作用下,采用玻璃钢、树脂砂浆、树脂玻璃鳞片涂层便可满足防腐要求。在碱性介质作用下,用聚合物水泥砂浆或防腐涂层已可满足要求。
  三、氯碱厂房设计中常用的主要防腐材料
  1.耐酸砖地面、墙面、池槽等工程是以各类防腐蚀胶泥或砂浆为胶结材料,铺砌各种耐腐蚀块材的做法。耐酸砖有一定的耐腐蚀性、耐磨性和强度,材料来源广,施工工艺简单,价格比较低,应用广泛,但整体性较差,接缝部位易出现质量问题,使用维护不当时易渗漏。地面面层使用时厚度为20~65mm,面层灰缝采用树脂胶泥时,在酸性介质作用下,结合层采用水玻璃砂浆;在酸碱交替作用下,结合层采用聚合物水泥砂浆。但耐酸砖不得用于含氟酸、熔融碱作用的部位。
  2.水玻璃混凝土一般为钠水玻璃,以水玻璃为胶粘剂,氟硅酸钠为固化剂,加上一定级配的耐酸粉料和粗细骨料配置而成,其抗渗等级不应低于1.2Mpa,不宜用于室外。它的优点是耐酸性能好、资源丰富、价格较低。缺点是耐碱性能差,施工比较复杂,养护期长。常用于灌注地面整体面层、设备基础及池槽槽体等防腐蚀工程。
  3.树脂稀胶泥、树脂砂浆是以树脂为胶结料,加入固化剂、增韧剂、粉料、骨料等配置而成。常用的树脂类材料有:环氧类树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基脂树脂、呋喃树脂和酚醛树脂等。这些树脂除单独使用外,还可混合使用,形成混合树脂,以充分发挥各自的长处,降低成本,提高质量,方便施工。优点是综合性能优良,耐腐蚀性突出,适用范围广,选择余地大,且具有密实、抗水、抗渗性好的特点,强度高,附着力强,在常温下可操作,施工简便,价格适中。
  4.聚合物水泥砂浆主要包括:氯丁胶水泥砂浆和聚丙烯酸酯乳液水泥砂浆。这类材料粘结力强,可以在潮湿的水泥基层上施工。氯丁胶水泥砂浆和聚丙烯酸酯乳液水泥砂浆常用于在混凝土、砖石结构或钢结构表面上铺整体面层和铺砌耐酸砖等块材面层。
  5.防腐涂料一般由膜物质(油脂、树脂)与填料、颜料、增韧剂、有机溶剂等按一定比例配制而成,主要用于遭受化工大气或粉尘腐蚀、酸雾与盐雾腐蚀、腐蚀性固体作用及液体滴溅等部位。常用的耐腐蚀涂料有:氯化橡胶系列、树脂玻璃鳞片系列、高氯化聚乙烯、有机硅、聚苯乙烯、聚氯乙烯、氯磺化聚乙烯、过氯乙烯、沥青、环氧树脂、聚氨酯及主要底漆等配套品种,还有一些功能性涂料目前在防腐领域也得到推广应用。例如俄罗斯“搜索”科研中心开发的“阿斯莫尔”防腐涂料,性能优于一般防腐材料。经该涂料覆盖的物体遇酸碱腐蚀时,涂料表层的少量磺酸基物质可与腐蚀物发生激烈反应,生成可溶解的化合物,而涂料本身损耗及小。这种涂料经久耐用,导热性强,能与被保护物体紧密结合,并保持物体表面平整。同时由于以废弃石油产品为原料,可使生产成本大大降低。
    6,Panhoo酚基防腐屋面板是上海盘沪实业从美国引进的一种高效防腐的复合板材。它选用进口601高温树脂为主料,MC优质系列玻纤为增强材料,Werprot L-48U耐侯涂层和Melinex 301膜为表面保护层,进口色浆为树脂着色剂,在180摄氏度高温下成型。所以它的力学性能,化学稳定性,防腐性能,是普通玻璃钢类压型板材难以匹敌的。它耐酸,耐碱,耐盐,耐水蒸气的腐蚀。它的耐温限度为-50摄氏度到130摄氏度。它能随意成型为各种板型,完全可以替代彩钢板作为屋面板,墙面板使用。它安装非常方便,可以直接用自攻螺钉固定在檩条上,和彩钢板的安装方式没有区别。

  在氯碱工业环境中,建筑材料的腐蚀是厂房和构筑物遭到工程破坏的原因,影响了建筑物的正常使用,降低了建筑结构的寿命,另一方面防腐材料对投资有较大的影响,因此在设计时应给予高度的重视,采取必要合理的防护措施,从而提高建筑的使用寿命。在设计中了解生产环境、生产条件、认真分析,才能处理各部位的防腐,选择正确的材料和防腐构造。虽然采取了种种预防防腐的措施,但腐蚀现象的出现是不可避免的。有些人错误的以为一旦使用了防腐材料进行防护,就一劳永逸。但在使用过程中,防腐材料因检修等外力造成的局部破坏,或因材料老化造成的防腐失效都常有发生。这就要求平时定期对建筑物的使用情况进行检查,及时处理,最大限度的保护建构筑物及设备。通过设计、施工、生产、管理等环节综合治理,才能有效的控制氯碱工业中的腐蚀问题。


文章来源:http://www.panhoo18.cn/new_more.asp?id=1220

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