CN105413984B - 一种提高氨水罐使用寿命的防护方法 - Google Patents

一种提高氨水罐使用寿命的防护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高氨水罐使用寿命的防护方法，该防护方法通过采用耐蚀钢Q345qENH加酚醛环氧防腐涂料综合防护措施，使得氨水储罐的使用寿命从原来的1年提高至6‑7年，该防护方法简单，通过精确氨水罐体的选材及采用防腐涂料对焊缝内壁进行保护有效提高了氨水罐的使用寿命，使用成本低廉。

Description

一种提高氨水罐使用寿命的防护方法
技术领域
本发明属于腐蚀与防护领域，具体涉及一种提高氨水罐使用寿命的防护方法。
背景技术
氨水罐一般采用普通Q235钢材制作，由多块钢板焊接而成，罐内主要成分为氨水，27℃时的pH值为9.3，由于氨水中含有氯离子等腐蚀性介质，储罐使用1年后开始出现腐蚀穿孔，然后采用补焊技术对其进行维修，罐体一直处于不断穿孔不断维修的状态，氨水罐腐蚀失效形式为应力腐蚀开裂，主要是由焊接过程中产生的残余应力引起的。
目前，关于氨水槽腐蚀与防护方面的报道较少，周金水等人在《焦化氨水槽开裂机理分析及防护措施研究》一文中指出：由于氨水中存在H2S、Cl-等腐蚀性介质，且焊缝存在残余应力，诱发了焊缝热影响区出现应力腐蚀开裂；此文通过采用贴补措施对焊缝进行补强，提高了储槽的强度，为了防止液氨的应力腐蚀，相关标准如GB l50-1998《钢制压力容器》、HGJ15-1989《钢制化工容器材料选用规定》等均对压力容器做了相关规定，主要从材料选择、焊后热处理、添加少量水作为缓蚀剂、控制焊接接头硬度值等方面来控制罐体应力腐蚀，没有罐体内壁防腐措施的相关规定；邵昀启等人在《液化石油气贮罐开裂分析及防范措施》一文中指出，可采用在表面喷锌、铝并加涂料封闭的防护办法，或者采用渗铝方法来延缓或阻止应力腐蚀过程；此种表面喷涂方法固然能有效延缓钢材的应力腐蚀，但成本较高，尤其是在整个罐体表面进行喷涂，成本更高，本发明主要从氨水罐体选材及焊缝内壁防腐两方面来进行罐体应力腐蚀控制，兼顾长效性和经济性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种提高氨水罐使用寿命的防护方法，该防护方法简单，通过精确氨水罐体的选材及采用防腐涂料对焊缝内壁进行保护有效提高了氨水罐的使用寿命，使用成本低廉。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种提高氨水罐使用寿命的防护方法，该防护方法通过精确，具体如下：
步骤一：采用多块钢板焊接制成氨水罐，钢板采用耐候钢Q345qENH；
步骤二：对焊接制成的氨水罐内的焊缝区域涂覆防腐涂料，氨水罐内的焊缝区域包括焊缝、熔合线及热影响区，宽度为4-8cm，即以焊缝为中心，上下各2-4cm，具体操作如下：
(1)先对氨水罐内的焊缝区域进行表面处理
结构预处理：
a、将焊接后焊缝周围的焊接飞溅物用刮刀或砂轮机除去，保持焊缝上深不小于0.8mm，在焊缝宽度小于深度的咬边进行补焊处理，并打磨光顺；
b、焊缝的锐边用砂轮打磨成曲率半径为2mm的圆角；
c、对焊缝表面层叠、裂缝、夹杂物分别进行打磨处理，必要时进行补焊；
除油：
当焊缝表面有大面积油污时应采用专用清洁剂进行低压喷洗或软刷刷洗，并用淡水枪冲洗掉所有的残留物；当焊缝表面小面积油污时采用溶剂擦洗；
喷砂：
进行喷砂处理至钢板焊缝表面处理达到GB/T 8923规定的Sa21/2级；钢板焊缝表面不便于喷射除锈的部位，手工和动力工具除锈至GB/T 8923规定的St3级；
粗糙度：
钢板焊缝表面粗糙度达到50～85μm，Ry5(ISO 8503-2)；
除尘：
喷砂完成后，除去焊缝上的喷砂残渣，然后使用真空吸尘器或无油、无水的压缩空气清理钢板焊缝表面灰尘，清洁后的喷砂表面灰尘清洁度要求控制在不大于GB/T 18570.3规定的3级；
(2)涂装
在对焊缝完成表面处理后，将选用的涂料施工于焊缝上，涂料的施工环境温度为5-38℃，施工的空气相对湿度不大于85％，并钢板的表面温度大于露点3℃；
涂料施工涂覆的具体工艺如下：
①将涂料中的基料和固化剂按体积比4:1充分混合均匀，然后熟化15min后再使用；
②将混合好的涂料刷涂在氨水罐内焊缝区域的表面，刷涂三道，每道干膜为100-120μm，最终干膜后300-360μm，每道刷涂之间间隔30h，在涂料刷涂期间保持通风，涂装好后自然干燥完成对氨水罐的防护。
本发明进一步限定的技术方案为：
前述提高氨水罐使用寿命的防护方法中，步骤一中采用的，该钢板的屈服强度在220-350MPa，在氨水中处于钝化状态，钝化区不小于300mv。
技术效果，采用耐候钢Q345qENH的钢板代替了原先使用的普通Q235作为制罐材料能够提高氨水罐罐体的耐应力腐蚀性能，屈服强度要求在220-350MPa之间，保证了良好的工作，避免了强度太低不能满足氨水储罐力学性能要求，强度太高则增加氨水储罐应力腐蚀风险，同时也给制罐工作增加难度。
前述提高氨水罐使用寿命的防护方法中，步骤二对氨水罐内的焊缝进行表面处理时，除油步骤中当焊缝表面有大面积油污时采用碱液、火焰处理，并用淡水冲洗至中性。
前述提高氨水罐使用寿命的防护方法中，在对氨水罐内的焊缝区域进行表面处理时，在除油后，喷砂处理前，当氨水罐的钢板焊缝接触氯离子的环境时，对钢板焊缝表面进行可溶性盐分的检测，钢板焊缝表面可溶性氯化物含量应不大于7μg/cm2，超标时采用高压淡水冲洗除盐分直至达到标准。
前述提高氨水罐使用寿命的防护方法中，在涂装时选用的涂料为酚醛环氧高温储罐专用涂料，该涂料的体积固含量≥60％，比重为1.5-1.6kg/L，并涂料在完成氨水罐内的焊缝表面处理后1-4h内施工于焊缝上。
前述提高氨水罐使用寿命的防护方法中，该提高氨水槽使用寿命的防护方法，适用于工作压力为常压，工作温度为60-80℃的氨水罐。
本发明的有益效果是：
本发明采用防腐涂料对焊缝区域进行保护，由于钢板在氨水中的均匀腐蚀速率很低，能满足使用要求，罐体的失效主要是焊接过程产生的残余应力导致的应力腐蚀开裂，因此，没有必要对整个罐体实施全保护，只对焊缝区域实施保护即可，降低了成本，避免浪费资源。
本发明中采用的防腐涂料为酚醛环氧高温储罐专用涂料，此防腐涂料具有耐高温、耐碱、耐氨、耐氯离子浸蚀等性能，适用于氨水储罐内壁防腐。
本发明涂料保护范围应包含焊缝、熔合线及热影响区，宽度为4～8cm，即以焊缝为中心，上下各2～4cm，保护宽度过窄则会导致焊接热影响区部分区域直接暴露于氨水环境，降低保护效果；保护宽度过大则会导致施工费用及涂料费用增加，增加保护成本，造成不必要的浪费。
为了保证防护效果，需对施工质量有严格要求，其中干膜厚度及涂层附着力是关键指标。对于干膜厚度而言，允许有15％的读数可低于设计值，但每一单独读数不得低于规定值的85％。涂层厚度达不到设计要求时，应增加涂装道数，直至合格为止；漆膜厚度测定点的最大值不能超过设计厚度的2倍，涂层体系附着力不小于3MPa，测试方法为拉开法。
通过采用耐候钢Q345qENH加酚醛环氧防腐涂料综合防护措施，使得氨水罐的使用寿命从原来的1年提高至6-7年。
附图说明
图1为本发明实施例中氨水罐采用耐候钢Q345qENH全浸实验后试样表面显微照片图示；
图2本发明实施例中氨水罐采用Q235钢材全浸实验后试样表面显微照片图示；
图3为本发明实施例中氨水罐采用耐候钢Q345qENH与采用Q235钢材在氨水中的极化曲线图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种提高氨水罐使用寿命的防护方法，该防护方法通过精确氨水罐体的选材及采用防腐涂料对焊缝内壁进行保护来提高氨水罐使用寿命，该防护方法，适用于工作压力为常压，工作温度为60-80℃的氨水罐，具体如下：
步骤一：采用多块钢板焊接制成氨水罐，钢板采用屈服强度在220-350MPa的耐候钢Q345qENH，该钢板在氨水中处于钝化状态，钝化区不小于300mv；
步骤二：对焊接制成的氨水罐内的焊缝区域涂覆防腐涂料，氨水罐内的焊缝区域包括焊缝、熔合线及热影响区，宽度为4-8cm，即以焊缝为中心，上下各2-4cm，具体操作如下：
(1)先对氨水罐内的焊缝区域进行表面处理
结构预处理：
a、将焊接后焊缝周围的焊接飞溅物用刮刀或砂轮机除去，保持焊缝上深不小于0.8mm，在焊缝宽度小于深度的咬边进行补焊处理，并打磨光顺；
b、焊缝的锐边用砂轮打磨成曲率半径为2mm的圆角；
c、对焊缝表面层叠、裂缝、夹杂物分别进行打磨处理，必要时进行补焊；
除油：
当焊缝表面有大面积油污时应采用专用清洁剂进行低压喷洗或软刷刷洗并用淡水枪冲洗掉所有的残留物，或者当焊缝表面有大面积油污时采用碱液、火焰处理，并用淡水冲洗至中性；当焊缝表面小面积油污时采用溶剂擦洗；
喷砂：
在对氨水罐内的焊缝区域喷砂处理前，当氨水罐的钢板焊缝接触氯离子的环境时，对钢板焊缝表面进行可溶性盐分的检测，钢板焊缝表面可溶性氯化物含量应不大于7μg/cm2，超标时采用高压淡水冲洗除盐分直至达到标准；
进行喷砂处理至钢板焊缝表面处理达到GB/T 8923规定的Sa21/2级；钢板焊缝表面不便于喷射除锈的部位，手工和动力工具除锈至GB/T 8923规定的St3级；
粗糙度：
钢板焊缝表面粗糙度达到50～85μm，Ry5(ISO 8503-2)；
除尘：
喷砂完成后，除去焊缝上的喷砂残渣，然后使用真空吸尘器或无油、无水的压缩空气清理钢板焊缝表面灰尘，清洁后的喷砂表面灰尘清洁度要求控制在不大于GB/T 18570.3规定的3级；
(2)涂装
在对焊缝完成表面处理后，将选用的涂料施工于焊缝上，涂料的施工环境温度为5-38℃，施工的空气相对湿度不大于85％，并钢板的表面温度大于露点3℃；
涂料施工涂覆的具体工艺如下：
①将涂料中的基料和固化剂按体积比4:1充分混合均匀，然后熟化15min后再使用，混合后在在23-30℃下1-2h内使用；
②将混合好的涂料刷涂在氨水罐内焊缝区域的表面，刷涂三道，每道干膜为100-120μm，最终干膜后300-360μm，每道刷涂之间间隔30h，在涂料刷涂期间保持通风，涂装好后自然干燥完成对氨水罐的防护；
在涂装时选用的涂料为酚醛环氧高温储罐专用涂料，该涂料的体积固含量≥60％，比重为1.5-1.6kg/L，并涂料在完成氨水罐内的焊缝表面处理后1-4h内施工于焊缝上。
对本实施例中采用的耐候钢Q345qENH与原来使用的氨水罐钢材Q235钢进行全浸模拟实验，试验介质为焦化厂取回的氨水，温度60℃，浸泡时间分别为47小时和93小时，实验结果如表1所示，实验后对试样表面进行显微观察，结果如图1和2所示；
表1 两种钢种全浸实验腐蚀速率
由表1结果可知，耐候钢Q345qENH及Q235钢的腐蚀速率都非常低(低于实验误差)，说明不同钢种在氨水环境中的耐均匀腐蚀能力都比较好，完全可以满足使用要求，但从微观形貌上看(见图1和图2)，耐候钢Q345qENH的耐点蚀能力明显优于Q235。
对耐候钢Q345qENH及Q235进行电化学试验，试验介质为氨水，实验温度为70℃，从实验结果来看(见图3)，耐候钢Q345qENH及Q235在氨水环境中全部处于钝化状态，但钝化曲线有较大差别，耐候钢Q345qENH的维钝区远大于Q235(见表2)；
表2 不同钢种维钝区
钢种 维钝区/mv
耐候钢 330
Q235 <200
全浸及电化学实验结果均表明，Q235钢在氨水中表面存在的钝化膜，且易发生点蚀，为应力腐蚀的发生提供了可能，这与实际使用中出现的腐蚀状态相一致，而耐候钢Q345qENH的耐点蚀能力明显优于Q235，因此，氨水槽罐体采用耐候钢Q345qENH。
由于氨水储罐发生应力腐蚀的应力主要是在焊接过程中产生的，因此减少焊接过程中产生的应力就变得非常重要，为了尽量减少焊接过程中的内应力，特制定焊接工艺如表3所示：
表3 焦化厂氨水罐焊接工艺
此外，焊材的选择也非常重要，焊缝和母材为异体金属，HAZ由于受热循环的影响，组织结构会发生变化，这些会导致电位与母材产生差异；当电位差大时，三者之间会产生电偶电流。对于在高电导率介质中工作的设备而言，电偶电流会非常大，如果形成了大阴极小阳极的电偶对，引起的腐蚀将会是灾难性的，对于氨水储罐而言，如果焊缝或HAZ成为电偶对中的阳极，则会极大地加速这两个区域的腐蚀，快速形成穿孔；因此氨水储罐制作过程中，一定要对焊条进行选择，为了减少焊缝、HAZ、母材之间的电位差，选择耐候钢Q345qENH相匹配的焊条为J556NiCrCu。
本发明通过采用耐蚀钢Q345qENH加酚醛环氧防腐涂料综合防护措施，使得氨水储罐的使用寿命从原来的1年提高至6～7年。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种提高氨水罐使用寿命的防护方法，其特征在于：该防护方法通过精确氨水罐体的选材及采用防腐涂料对焊缝内壁进行保护来提高氨水罐使用寿命，具体如下：
步骤一：采用多块钢板焊接制成氨水罐，钢板采用耐候钢Q345qENH；
采用的耐候钢Q345qENH的钢板，该钢板的屈服强度在220-350MPa，在氨水中处于钝化状态，钝化区不小于300mv；
步骤二：对焊接制成的氨水罐内的焊缝区域涂覆防腐涂料，氨水罐内的焊缝区域包括焊缝、熔合线及热影响区，宽度为4-8cm，即以焊缝为中心，上下各2-4cm，具体操作如下：
（1）先对氨水罐内的焊缝区域进行表面处理
结构预处理：
a、将焊接后焊缝周围的焊接飞溅物用刮刀或砂轮机除去，保持焊缝上深不小于0.8mm，在焊缝宽度小于深度的咬边进行补焊处理，并打磨光顺；
b、焊缝的锐边用砂轮打磨成曲率半径为2mm的圆角；
c、对焊缝表面层叠、裂缝、夹杂物分别进行打磨处理，必要时进行补焊；
除油：
当焊缝表面有大面积油污时应采用专用清洁剂进行低压喷洗或软刷刷洗，并用淡水枪冲洗掉所有的残留物；当焊缝表面小面积油污时采用溶剂擦洗；
喷砂：
进行喷砂处理至钢板焊缝表面处理达到GB/T 8923 规定的 Sa2½级；钢板焊缝表面不便于喷射除锈的部位，手工和动力工具除锈至 GB/T 8923 规定的St3 级；
粗糙度：
钢板焊缝表面粗糙度达到50～85μm，Ry5 ISO 8503-2；
除尘：
喷砂完成后，除去焊缝上的喷砂残渣，然后使用真空吸尘器或无油、无水的压缩空气清理钢板焊缝表面灰尘，清洁后的喷砂表面灰尘清洁度要求控制在不大于GB/T 18570.3 规定的 3 级；
（2）涂装
在对焊缝完成表面处理后，将选用的涂料施工于焊缝上，涂料的施工环境温度为5-38℃，施工的空气相对湿度不大于85%，并钢板的表面温度大于露点3℃；
在涂装时选用的涂料为酚醛环氧高温储罐专用涂料，该涂料的体积固含量≥60%，比重为1.5-1.6 kg/L，并涂料在完成氨水罐内的焊缝表面处理后1-4h内施工于焊缝上；
涂料施工涂覆的具体工艺如下：
①将涂料中的基料和固化剂按体积比4:1充分混合均匀，然后熟化15min后再使用；
②将混合好的涂料刷涂在氨水罐内焊缝区域的表面，刷涂三道，每道干膜为100-120μm，最终干膜后300-360μm，每道刷涂之间间隔30h，在涂料刷涂期间保持通风，涂装好后自然干燥完成对氨水罐的防护。
2.根据权利要求1所述的提高氨水罐使用寿命的防护方法，其特征在于：步骤二对氨水罐内的焊缝进行表面处理时，除油步骤中当焊缝表面有大面积油污时采用碱液、火焰处理，并用淡水冲洗至中性。
3.根据权利要求1所述的提高氨水罐使用寿命的防护方法，其特征在于：在对氨水罐内的焊缝区域进行表面处理时，在除油后，喷砂处理前，当氨水罐的钢板焊缝接触氯离子的环境时，对钢板焊缝表面进行可溶性盐分的检测，钢板焊缝表面可溶性氯化物含量应不大于7μg/cm2，超标时采用高压淡水冲洗除盐分直至达到标准。
4.根据权利要求1所述的提高氨水罐使用寿命的防护方法，其特征在于：该提高氨水槽使用寿命的防护方法，适用于工作压力为常压，工作温度为60-80℃的氨水罐。
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