石油库和加油站法兰防腐的方法

吉海强 卢品宝

〔中国石化广西石油分公司 广西南宁 530022〕

石油库和加油站法兰防腐的方法

吉海强 卢品宝

〔中国石化广西石油分公司 广西南宁 530022〕

简要叙述了石油库与加油站管线与阀门法兰锈蚀的现状及其腐蚀的原理和化学反应。重点介绍了法兰防腐的方法：一是聚氨酯泡沫防吸氧腐蚀法，二是防电化腐蚀法，三是硫酸铜化学置换反应法，四是盘根填充玻璃胶封堵法，五是胶带黄油封堵法，六是粘弹体防腐法，七是设置法兰保护罩法；比较了这几种方法，认为聚氨酯泡沫防吸氧腐蚀法简单、效率高、价廉，但拆卸法兰费力，而粘弹体防腐法效果优异，维护方便，使用寿命30年。

石油库 加油站 法兰 防腐 方法 介绍

1 库站法兰管理的现状

广西壮族自治区属于亚热带季风气候，空气湿度大，潮湿时间长，油库和加油站管线法兰和阀门法兰锈蚀严重，尽管采取涂刷防腐漆保护，但多是简单防腐。而法兰长期暴露在大气环境中，受到环境湿度、温度变化，氯离子含量、各种腐蚀性元素含量等因素的影响，法兰外部涂层易于损伤，造成法兰间隙及法兰片的腐蚀。

2 库站法兰的腐蚀原理

2.1 普通腐蚀

法兰的金属成分主要是铁。铁腐蚀包含氧化腐蚀和电化学腐蚀两种。

法兰中的金属铁(Fe)是一种非稳定性金属，极易与空气中的氧气发生氧化反应而生成三氧化二铁(Fe2O3)。另外，由于环境污染，雨水的酸度较大，加上广西壮族自治区全年雨水较为充足，酸雨中的氢离子(H+)极易与铁原子发生电子转移，铁原子(Fe)失去电子，发生氧化反应(Fe-3e—Fe+3e),造成了法兰中的金属铁腐蚀。

法兰中的金属铁(Fe)不是一种纯净物。纯净铁强度低，有较好的延展性与柔韧性。在炼铁的时候，为了提高铁的强度硬度，要添加一些比如碳、硅、锰、硫、磷等元素，其中一些原子(比如碳)的电位比铁原子的电位低，加上雨水或空气中水分在金属铁表面的凝结，形成了电解质溶液，发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，即电化学腐蚀。在潮湿的空气里，钢铁的表面吸附了一层薄薄的水膜，水膜中含有少量的氢离子与氢氧根离子，还溶解了氧气等氧化剂，结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液，它与钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里，铁是负极，碳是正极。铁原子失去电子而被氧化。电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。

2.2 电化学反应

法兰中金属铁的电化学腐蚀是最为普遍的一种。金属铁法兰被放置在水溶液或潮湿的大气中，表面会形成一种腐蚀电池，有阴极与阳极。阳极发生氧化反应，使阳极发生溶解，阴极发生还原反应。腐蚀电池形成的原因主要是由于金属表面吸附空气中的水分，形成一层金属水膜，使空气中的二氧化碳CO2、二氧化硫SO2、二氧化氮NO2等化学物质溶解在这层金属水膜中，形成电解质溶液。被浸泡在这层电解质溶液中的金属铁还含有其他金属物质及其他化学元素。如工业用的钢铁，实际上是合金，即除铁之外，还含有石墨、渗碳体 (Fe3C)以及其它金属和杂质，它们大多数没有铁活泼。因此，金属水膜导致的腐蚀电池的阳极为铁，阴极为其他杂质，由于铁与杂质的紧密接触，使法兰中的铁腐蚀不断进行。

(1)电化学(析氢)腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较强时)

负极(Fe)：Fe-2eˉ=Fe2+Fe2++2H2O= Fe(OH)2+2H+

正极(杂质)：2H++2eˉ=H2

电池反应：Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2↑

由于有氢气放出，所以称之为析氢腐蚀。

(2)氧化(吸氧)腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较弱时)

负极(Fe)：Fe-2eˉ=Fe2+

正极：O2+2H2O+4eˉ=4OHˉ

总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2

由于吸收氧气，所以也叫吸氧腐蚀。

析氢腐蚀与吸氧腐蚀生成的Fe(OH)2被氧所氧化，生成Fe(OH)3脱水生成Fe2O3铁锈。

4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

钢铁制品在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。

Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2↑

O2+2H2O+4eˉ→4OHˉ

2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)22H++2eˉ→H2

电化(析氢)腐蚀主要发生在强酸性环境中，而吸氧腐蚀发生在弱酸性或中性及碱性环境中。

3 库站法兰的防腐方法

根据库和站法兰的腐蚀原理，可以采取“隔离”、“隔断”腐蚀发生条件，达到法兰防腐目的；另外，采购304不锈钢材质的螺栓，可以有效防止法兰螺杆锈蚀。

(1)聚氨酯泡沫防吸氧腐蚀法。清除铁锈后再用砂纸打磨法兰表面铁锈，然后用透明胶封粘大部分法兰，注入适量的聚氨酯泡沫填缝剂再等待20 min固化，在法兰面上形成致密的涂层，隔绝氧气、雨水及露水，防止了氧化腐蚀的发生。聚氨酯泡沫填缝剂固化后，使用刀片割除透明胶，再在法兰表面涂一层与法兰颜色相同的油漆即可。本方法一个法兰的防腐成本约10元。

(2)防电化学腐蚀法。一是牺牲阳极法。采用锌或铝等比铁高电位的金属埋于地下，使用铜导线连接法兰与高电位金属，使锌或铝等高电位金属与低电位的铁法兰形成原电池，高电位的金属失去电子被氧化，低电位的铁原子得到电子被还原，从而保护了钢铁不被腐蚀。二是阴极保护法。通过设备给钢铁输入负电子，由于负电子充足，铁原子就能减少与钢铁中少量存在的元素发生的电子转移，从而保护钢铁不被腐蚀。本方法一个法兰的防腐成本约15元。

(3)硫酸铜化学置换反应法。如图1所示，用胶带把法兰连接处密封，在顶端开一个小孔，通过漏斗注入质量浓度为50 %的蓝色硫酸铜溶液，静置30 min，溶液由蓝色变成浅绿色的硫酸亚铁溶液，铜置换了法兰表面的铁，形成铜保护膜。本方法一个法兰的防腐成本约10元。

图1 硫酸铜置换反应法防法兰腐蚀

(4)盘根填充玻璃胶封堵法。采用盘根缠绕填充法兰缝隙，再用玻璃胶封堵，杜绝了氧化(吸氧)腐蚀和电化(析氢)腐蚀。随着时间的延长，玻璃胶固化收缩，在法兰面产生细小缝隙，再次用盘根和玻璃胶充塞缝隙，防止空气、雨水、湿气进入腐蚀。本方法一个法兰成本约20元。

(5)胶带黄油封堵法。在法兰缝隙填充黄油，再使用银白防水防晒胶带缠绕法兰缝隙，隔绝空气、雨水和潮气达到防腐目的。此办法一个法兰的防腐成本约10元，每半年须重新缠绕一次，成本低，效果较好。

(6)粘弹体防腐法。采取填充粘弹防腐膏将法兰缝隙封实，再在法兰上缠绕粘弹防腐胶带将法兰缝隙密封的办法。粘弹性防腐法是一种新型的防腐技术，技术核心是所使用的粘弹体，它是一种高性能聚合物，介于液态和固态之间，在-50～95℃范围内，既不会随意流淌，也不会固化。在30年的使用期内，永远保持良好的气密性和水密性。本方法一个法兰的防腐成本约30～40元。

(7)设置法兰保护罩法。采用不锈钢和非金属(塑料)法兰保护罩，直接安装于法兰缝隙上，隔绝空气、雨水和潮气(见图2)。本方法一个法兰的防腐成本约20元。

图2 法兰保护罩封堵法兰缝隙法

4 小结

(1)聚氨酯泡沫防吸氧腐蚀法。利用聚氨酯泡沫充填法兰缝隙对管线、阀门的法兰连接处进行防腐处理，方法简单，效率高，费用低，无风险，技术简单，能初步解决潮湿环境下法兰面的防腐问题。最大的缺点是拆卸法兰时比较费力。

(2)粘弹体防腐法。该技术是为法兰防腐而开发的新型防腐技术，为管线阀门上法兰间隙防腐、法兰螺栓防腐提供了一种全新的解决方案。它彻底解决了法兰防腐使用黄油、油漆、牛油布等传统冷缠带所存在的问题，使用永不固化的粘弹性法兰防腐剂，填充密封法兰间隙；配合螺栓安防帽，彻底隔绝水分和氧气，防腐效果优异，美观大方，维护简单方便，使用寿命长达30年，十分适合两广地区潮湿天气的法兰防腐。

(3)其他的防电化腐蚀法、硫酸铜化学置换反应法、盘根填充玻璃胶封堵法、胶带黄油封堵法和设置法兰保护罩法，方法简单，但防腐效果仅能保持6～12月，无法实现长久的法兰防腐效果。

[1] 王风平，李晓刚，林翠，等．316L不锈钢法兰腐蚀失效分析及对策[J]．腐蚀科学与防腐技术，2003，15(3)：180-l83．

[2] 陈入领，范家峰，王晓伟．阀门腐蚀失效分析及处理 [J]．阀门，2002(2)：30-32．

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2017-03-03。

吉海强，男，(1979-)，油品储运工程师，2004年毕业于广西大学化学化工学院化学专业，获理学学士学位，现在中国石化销售有限公司广西石油分公司担任处长助理，从事HSE督查、HSE管理工作。