保温和防火材料下的腐蚀控制.doc

RP0198-2004保温和防火材料下的腐蚀控制系统方法目 次第一章 总则1第二章 腐蚀机理22.1碳钢2图1：水中温度对钢腐蚀的影响42.2奥氏体不锈钢5第三章 机械设计93.2保温系统设计93.3设备和管道附件设计的影响10图2：容器上可能使水进入保温层的典型附件10图3： 可能使水进入保温层的管线附件11图4：容器保温支撑环，问题及解决方案12图5：减少水积集的立式容器底部支撑环13图6：容器加强环保温层细节13图7：容器顶端的中央管嘴（伸长并采用密封焊帽保温）14图8：常见的铭牌保温细节14图9：为保证人身安全，保温层上设置的密封焊接帽15图10：由C形支撑穿透的双管热交换器保温层（图中显示了水汽的可能进入点）16图11：通过外套的突出部分16图12：没有突出部分的管线支撑16图13：无连续水汽屏障的冷管线支撑18图14：有连续水汽屏障的冷管线支撑18图15：被支柱防火层穿透的管线保温层193.4防雨水层和水汽屏障的设计193.5保温系统设计19第四章 保护性涂层214.1范围214.2保温层下奥氏体不锈钢的涂覆21表1：保温层下奥氏体不锈钢的保护性涂层系统224.3保温层和胶结防火层下碳钢的涂覆22表2： 保温层和粘结防火层下碳钢保护性涂层系统22第五章 保温、防火及附属材料225.1范围225.2保温材料225.3保温辅助材料22第六章 检修与维护226.1综述226.2检查前的工作226.3外观检查226.4无损水份及腐蚀检测技术226.5损伤评估226.6设备检查方法226.7修补226.8停机与封存2236第一章 总则1.1但凡为了隔热、保温或操作过程的稳定性而进行保温的冷热设备都会发生保温层下腐蚀（CUI）。二十世纪五十年代以前，这种腐蚀的破坏性结果和性质都没有在文献中出现过。随着越来越多问题的出现，逐渐受到关注。自1983年以来，随着对CUI兴趣和研究活动的增加，已发表了许多文献和论文。这些研究很大程度上是由于严重CUI的多次发生而引起的，这些严重的CUI导致了炼油厂、天然气工厂和化工厂等大型设备的停产、产品漏失以及意外的维护费用。1.2为了纠正这些问题，许多工厂都制定了自己的、预防CUI的标准和方法。比较各种方法时，很明显会发现其中有许多相似、有些差别、有新思想、也有得到性能测试支持的旧观念。本标准收集了整个石油、天然气和化工工业多家公司的经验。1.3第一个与CUI相关的ASTM标准是ASTM C 6921，此标准于1971年颁布，原名为“毛细型保温对奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂趋势影响的评估”1.4 1983年10月份，由NACE、ASTM和MTI（材料技术协会）联合举办了一次研讨会，邀请了来自世界各地的业内专家。论文集STP8802作为ASTM的出版物于1985年出版。1.5第一个关于CUI的NACE报告6H1893于1989年由T-6H-31工作组出版。不久后NACE工作组T-5A-30成立，并以论坛的形式为CUI的深入讨论提供服务。除了腐蚀机理方面的观点之外，也经常交流其它有关CUI的减缓方法、保温材料和检测技术等。在腐蚀工程师们对CUI了解逐渐深入的同时，ASTM委员会C-16也制定了测量保温材料的奥氏体不锈钢氯化物SCC倾向的方法标准。这两个组织相互影响并各自发展他们的标准和相关的资料。1.6虽然大多数注意力都集中在保温层下的腐蚀上，但防火材料至少在一定程度上起着隔离钢结构和潜在火灾的作用。已知用来加强防火材料隔离作用的其它防火机制是在火灾期间发生吸热反应如升华、水再生以及膨胀。这种机制也是讨论潮湿钢铁界面化学的一个独特的附加考虑。在保温和防火情况下，腐蚀机理、失效的根本原因和腐蚀的防护都是相同的。1.7一致认为，防止CUI的基本方法就是采用高质量的保护性涂层。这是委员会所推荐的，只要考虑保温层下腐蚀，在保温之前都宜采用保护性涂料对设备进行保护。第二章 腐蚀机理2.1碳钢碳钢的腐蚀不是因为保温，而是因为与含空气的水接触。在CUI中，保温层的作用具有三重性，它提供了：（1）滞留水和其它腐蚀介质的环形空间或缝隙；（2）具有毛细虹吸作用或吸水性的材料；（3）可能造成污染进而加快腐蚀速率的材料。由于腐蚀速率在很大程度上受钢表面金属温度和水中污染物的控制，碳钢的腐蚀速率可能有所不同。下面分别考察这些控制因素以及其它的影响因素。2.1.1水、污染物和温度的影响2.1.1.1保温层下水的来源与碳钢CUI有关的水主要来源有两个：（1）外部水的渗入；（2）冷凝水；外部渗入水来源如下：（1）降雨；（2）冷却器排水；（3）来自制冷设备的冷凝水；（4）排放的水汽；（5）生产过程中溢出的液体；（6）消防系统、喷淋系统和冲刷系统的喷洒；（7）水汽屏障层损伤后在冷的表面凝结的水；外部水主要通过防雨系统破损处进入保温层，防雨系统的破损可能是由于不适当的设计、不正确的安装、机械损伤或缺少维护措施而造成的。当金属表面温度低于大气的露点，就会产生水的凝结。当外部水的渗透能被减少或被阻止时，保温系统不能设计成密闭的，因此在保温系统设计中必须将冷凝水作为一种水源考虑。2.1.1.2保温层下的水污染物污染物的作用是双重的：（1）污染物会增加水的导电率及/或腐蚀性；（2）污染物会降低碳钢表面腐蚀产物膜所提供的保护作用；保温层下水的污染物主要有两类：（1）外部对保温材料的污染；（2）从保温材料中浸析的污染物；氯化物和硫酸盐是保温层下水的主要污染物。无论其来源于外部还是内部，都是相当有害的，因为它们的金属盐在水中都具有较高的可溶性，而且这种水溶液的导电性很高。有些情况下，金属盐的水解会由于阳极区的pH值降低而引起局部腐蚀。外部污染物一般是盐类，其来源包括冷却塔的冲洗、酸雨和大气排放等。外部污染物以水或空气作为载体而且可以通过防水层破损处直接进入保温系统。外部污染物也可通过在外套表面沉积，间接进入保温层。随后受潮润湿，水分将浓缩的盐类带到防水系统的破损处。在重力或保温材料的毛细/吸附作用下，盐份进入保温层。随着水份从碳钢表面蒸发，盐类浓度逐渐增加。应该将有关保温材料所含污染物的资料存档。氯化物一般是污染物中的一种，除非保温产品声明不含氯。几乎在保温系统的所有组成中都有氯化物，包括保温材料、胶粘剂和密封胶。当水进入保温系统后，污染物就会从材料中滤出并随着水份从碳钢表面蒸发逐渐浓缩。如果保温材料中含有可滤取水的酸性化合物，那么水中的pH值会降低，导致腐蚀加速。2.1.1.3温度的影响服役温度是影响碳钢CUI的一个重要因素，它涉及到两个相反的方面：（1）高温能降低减少水与碳钢接触的时间；但是（2）高温往往会加快腐蚀速率并且会减少保护性涂层、胶粘剂和密封胶的服役寿命图1说明了水腐蚀性与温度的关系。在开放系统中，随着温度的增加，水中氧含量逐渐减少4。因此，在大约80（176）以上时，碳钢在含氧气水中的腐蚀速率开始降低。但是，在封闭系统中，随着水温的升高，碳钢在水中的腐蚀速率持续增加4。通过对碳钢在保温条件下腐蚀速率的现场测量，证实了其腐蚀速率以类似于封闭系统的形式随着温度升高而增加5。这与在保温层下发生的腐蚀机理有关，在这种情况下，虽然不存在压力，但水薄膜处于氧饱和状态。因此，发生与封闭系统中相同的氧电池腐蚀机理。由于在现场空气或保温层携带的盐类，所以现场测量的腐蚀速率要高于实验室测试的腐蚀速率。因为这些盐类在水中有高的溶解性而且能增加水膜的导电率，所以它们会影响腐蚀速率。图1：水中温度对钢腐蚀的影响设备检查表明：碳钢工作温度在-4（25）150（300）时，发生保温层下腐蚀的风险最高；持续工作温度低于-4（25）以下时，通常不会腐蚀；工作温度高于150（300）以上时，腐蚀减少，因为高温能使碳钢表面保持干燥。但是在温度低于150（300）或设备停用时，在水进入保温系统的部位容易发生腐蚀。设备的服役温度往往经常是变化的，保温层下碳钢的腐蚀速率受下列因素影响：（1）设备间歇运行或变条件运行；（2）沿着设备高度和长度方向的温度变化；（3）设备运行时附件装置的温度；（4）停机或封存条件2.1.2保温材料的影响2.1.2.1保温类型的影响所有保温类型下都有可能发生碳钢的CHI。保温类型可能仅仅是一个促成因素，对CUI最具影响力的保温材料特性如下：（1）保温材料中可促进腐蚀的水溶性盐含量如氯化物、硫酸盐以及阻燃剂中的酸性材料；（2）保温材料的保水性、渗透性和可润湿性；以及（3）含残余化合物的泡沫材料，与水反应，形成盐酸或其它酸。由于CUI是金属潮湿期间产生的，所以含有最少水份并能迅速干燥的保温系统才会对设备产生最小的腐蚀损伤。仔细选择保温材料可减轻腐蚀。初期投资较低的材料如果导致腐蚀发生，那么从寿命周期来考虑，可能就不是更经济的。关于保温材料的更多详细资料请参考第五章。2.1.2.2防雨屏和水汽屏障材料的作用防雨屏和水汽屏障层应用于保温层是为了保持保温层的干燥。胶粘剂和密封胶用来密封保温系统中突起部分周围的开口。防雨屏和水汽屏障层材料是保温系统关键的组成部分，因为它们必须密封并保护保温材料。其抵抗机械损伤、耐紫外线辐射退化、耐水以及耐化学品的能力是非常重要的。此外这些材料必须不含可能会增加保温系统中腐蚀的浸出成分。从长远来看，防雨屏和水汽屏障层的降解或损伤都会使其不能继续保持保温系统的干燥。因此，防护系统的维护与检查对于保温层和防火系统的完整性是非常重要的。关于此主题的更多资料，请参考第五章。2.1.2.3设计的影响设备设计和力学细节对碳钢的CUI有重要的影响。影响CUI的一些不合适的设计特征包括：（1）能自然存水的形状，如扁平的水平面、真空环和保温支撑圈；（2）难以或不适合防雨水的形状，如加力板、工字梁和其它结构件；（3）会将水漏进保温系统的形状，如角铁支架；（4）其它可能引起防雨水层中断的部件如阶梯型支架、伸出的喷嘴、盖板以及平台和管线的支架；（5）保冷设备保温层上的突出部分，可能形成从冷环境到室温的温度梯度。设备表面的破损越多，水份就越容易进入保温系统并且不易排除。因此必须采用高质量的保护性涂层保护钢材，并且宜在设计说明书内注明。更详细的资料请参考第三章。2.2奥氏体不锈钢易于发生应力腐蚀开裂的不锈钢合金一般被归于18-8钢：奥氏体合金中含有大约18%的铬、8%的镍，其它为铁。除了最基本的合金UNS S30400之外，不锈合金还包括含钼合金（UNS S31600和 S1700）、稳定碳合金（UNS S32100和 S34700）和低碳类（UNS S30403和 S31603）。为了防止应力腐蚀开裂，开发了许多不同类型的18-8基不锈钢，包括含更高镍、铬的不锈钢、含钼合金（超级不锈钢）和低镍高铬的双合金。这些合金对应力腐蚀开裂有更好的抵抗力，而且已发现在保温层下也能抵抗应力腐蚀开裂。2.2.1外部应力腐蚀开裂（ESCC）2.2.1.1外部应力腐蚀开裂机理当环境或保温材料中的氯化物或其它卤化物被水份带到不锈钢的灼热表面，并随后由于水蒸发而浓缩时，奥氏体不锈钢管道系统和加工设备上就会发生外部应力腐蚀开裂。热保温层最常发生外部应力腐蚀开裂，但是保温层的存在并不是必要条件。热保温层主要作用是提供了保持并传递含氯化物水到金属表面的媒介。2.2.1.2与ESCC的测试及标准许多早期的ESCC都发生在毛细保温层下。测试表明，如果这种毛细保温材料含有可滤出的氯化物，水份渗入保温层并吸取氯化物，将其输送到不锈钢表面，就会发生外部应力腐蚀开裂。根据这些经验资料，1971年制定了ASTM C692，在第一章已说明。随后在1977年制定了ASTM C 8716，本系列标准的最后一个是ASTM C 7957。这三个技术规范是值得注意的，因为它们建立了以下概念：（1）含氯化物的潮湿保温层会引起外部应力腐蚀开裂；（2）保温层中加入可阻止氯化物的硅酸盐，对防止外部应力腐蚀开裂是有效的现在看来这些观点虽然正确，但是局限性很大且并不是始终有效的。非毛细保温层中的外部应力腐蚀开裂失效已有报道。在非毛细材料保温层中，水也能进入保温层下。水中溶解的氯化物来源于外部或大气，而不是来自保温材料。当外部水或氯化物进入到毛细保温材料中，由于潮湿的不锈钢表面没有硅酸盐，外部应力腐蚀开裂就会在潮湿的不锈钢表面发生。工厂经验表明：保温层中并不总能滤出足量的缓蚀剂，而且缓蚀剂也并不总是能出现在适当的地方阻止外部浓缩的氯化物。有些情况下，缓蚀剂在非常润湿的整个表面滤出并从需要抑制腐蚀的表面带走。最初出版的ASTM C 692中所规定的毛细测试方法已经修改，而且如今已包括滴水测试8。滴水测试可用来评价各类保温层应力腐蚀开裂的可能性，包括毛细材料、非毛细材料以及胶粘剂和密封胶。ASTM C 9299是一个与此相关的附加规范，它提供了特定保温材料的处理方法。总的来说，ASTM规范C692、C795、C871和C929给出了保温材料选择及其对奥氏体不锈钢ESCC倾向评估的标准化步骤。这些标准并没有涉及到ESCC的其它方面。如果在含氯化物环境中采用不产生缝隙的保温层，就有可能发生应力腐蚀开裂失效。因此仅仅依靠材料测试及符合相应的ASTM标准，则可能使奥氏体不锈钢设备处于腐蚀危险中。这种局限性还没有被石化及炼制工业及其它行业的工程、施工及用户认识到。2.2.1.3氯化物的来源、含量和形式最初意识到外部应力腐蚀开裂机制时，许多人认为氯化物的主要来源是保温层本身。而一些保温层确实含有明显的氯化物，测试及工厂经验表明氯化物更多地来自海洋大气、邻近含氯化物的化学处理单元、洗涤水、消防系统和加工过程的泄漏。水中氯化物浓度并不需要很高，因为灼热的金属表面会通过蒸发将氯化物浓缩到足以引起开裂的水平。2.2.1.3.1来源氯化物的来源可以分为两类：保温材料自身和外部。系统方法研究了这两种情况。2.2.1.3.1.1保温材料包括保温层、玛蹄脂、密封胶、粘结剂和水泥。只运行几年就出现失效一般伴随着保温材料的氯化物高含量。2.2.1.3.1.2外部来源包括雨水、海洋性雾气、冲洗水、消防喷淋系统测试和泄漏或溢流。从外部引入氯化物所导致的失效倾向于发生在5年或更长的服役时间以后。绝大多数氯化物失效是由外来氯化物引起。2.2.1.3.2含量实验表明在ESCC区邻近的保温材料中氯化物含量为350ppm，而邻近ESCC的沉积物中的氯化物含量为1000ppm。在确定保温材料的允许氯化物含量时考虑这些是有用的。2.2.1.3.3形式CUI中最常见的氯化物是氯化钠。当含量足够时，会引起奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂。已知侵蚀性氯离子的其它来源包括氯气、氯化氢气体、盐酸、水解的有机氯和热分解的聚氯乙烯（PVC）。同样，含氯化物的酸性条件比中性或碱性条件更具有侵蚀性。在制定保温材料技术要求时，考虑这些经验是有用的。2.2.1.4温度影响温度有双重的影响。首先，如前所述，在高温条件下水份与灼热的奥氏体钢表面接触而蒸发，氯化物盐类随着水的蒸发而浓缩并在金属表面沉积；其次，随着温度的升高，腐蚀反应速率增加，ESCC的诱发和扩展时间缩短。大多数ESCC失效发生在温度处于“热水”范围内的金属上：50到150（120到300）。当金属温度不在此范围内时，很少发生ESCC失效。温度低于50（120）时，反应速率低，而且蒸发浓缩也不明显；温度高于150（300）时，金属表面一般不存在水，失效情况很少发生。循环通过水露点的设备对ESCC特别敏感：低温时存在的水，在高温时蒸发，每次温度循环，水中溶解的氯化物盐类都会在表面浓缩。2.2.1.5应力作用为使外部应力腐蚀开裂发展，不锈钢表面必须有足够的拉应力。如果拉应力被消除或充分降低，就不会发生开裂。裂纹扩展所需的极限应力在一定程度上取决于开裂媒介。大多数轧制产品，如片材、板材、管子和配管都有足够的残余加工拉应力，无需施加外力就会发展成裂纹。当18-8不锈钢为冷加工成形并焊接时，会附加额外的残余应力。随着总应力增加，ESCC发生的可能性也增加。试图通过热处理减少拉应力，进而控制外部应力腐蚀开裂的发生是不切合实际的。2.2.2保温类型的影响不锈钢外部应力腐蚀开裂的解决方法并不在于保温类型的选择。工业试验和测试表明所有类型的保温材料都会产生开裂。吸水的保温层尤其糟糕，因为它们能保持水并允许浓缩机制进行。通常规定采用非吸水的保温材料来减少这些问题，但是如不采取其它相应的预防措施，一样会发生开裂。聚氨脂泡沫、聚异氰脲酸脂泡沫和酚醛泡沫不能免除外部应力腐蚀开裂的发生，尤其是它们用于“热水”温度范围内时。泡沫制造中采用的氯和溴化合物的残留物可能滤出并水解，形成酸性环境，加速18-8不锈钢裂纹的产生。有关保温材料的更多详细资料，请参考第五章。2.2.3胶粘剂和密封胶的影响如果没有水的进入，保温层就会保持干燥，外部应力腐蚀开裂就不会发生。听起来这是一种合理的预防方法，实际操作中要防止水进入是极其困难的。事实上，一旦保温层变得潮湿，防雨层、胶粘剂和密封胶就使得水不易离去，保温层就会保持潮湿。同样，胶粘剂和密封胶可能含有导致外部应力腐蚀开裂的水溶性氯化物。更多的关于胶粘剂和密封胶的资料，请参考第五章。2.2.4设计影响减少水进入的设计步骤是有益的，但是一般不足以防止开裂。最终总会有一定量的水进入保温系统。应采用本标准中后面章节中所述的高质量保护性涂层来保护不锈钢。更多的设计资料见第三章，保护性涂层见第四章。第三章 机械设计3.1保温系统和通过保温层的突出部分的不当设计或应用，将会导致水份进入保温层，进而腐蚀金属基体。容器和管道系统投入使用并暴露在大气中后，当防雨层和水汽屏障层破损时，金属也会发生腐蚀。这些情况经常导致结构失效、意外停工和设备更换。容器和管道系统突出部分、附件和支架的恰当设计可延长保温系统的寿命，并减少基体金属的腐蚀。3.2保温系统设计设备和管道系统可能因为下列任一原因而需要保温：（1）保热或保冷（2）过程控制（3）人身保护（4）噪音控制（5）凝结控制（6）防火连续运行温度高于150（300）或低于-4（25）的碳钢保温表面以及连续运行温度高于150（300）或低于50（120）的奥氏体不锈钢保温表面，不会发生严重的腐蚀问题，但是稳定或循环工作在此温度范围内的设备和管道系统将会产生严重的腐蚀问题。保温材料选择不当或保温设计不当将使腐蚀问题更加突出。下面给出了控制保温系统腐蚀的适当设计的指南。3.2.1技术规格书的要求保温技术规格书是保温系统设计与安装的关键资料，规定了材料和施工要求。不能提供足够材料描述和应用要求的、书写散乱的技术规格书，将会导致施工过程中或投运后的高额修补。要避免技术规格书常见的缺点：（1）材料的错误应用：例如开孔或毛细型保温材料如硅酸钙和纤维产品在低于周围环境温度下采用；（2）采用一般名称的产品技术要求，而不说明拟用条件所要求的性能；（3）不当且不清楚的应用方法：例如错误的多层图表、缺乏膨胀接头、水汽屏障层遗漏和不正确的保温稳定方法。技术规格书必须完整而且详细，清楚地描述材料、应用和完工的要求。如果从保温要求来看需要特别注意运行条件，那么应在技术规格书中标明。保温材料的更多资料见第五章。3.3设备和管道附件设计的影响设备和管道系统附件的设计是保温系统设计的重要部分。附件的形状、几何尺寸和方向都可能引起湿气或雨水进入保温层并且在连接点浓缩。图2和图3中给出了这类附件的示例。为建立高质量的保温系统，要特注意这些细节的设计。有些附件形状改变后易于密封，但改变形状的做法并不总是行得通。虽然结构钢的角是防雨水系统中形状最复杂的，但是它们在工程中有着广泛的应用。有时压力容器技术规范会规定可采用的附件形状。穿过外壳处采用填缝料只能在填料由于设备高温运行而老化或烧结失效前起阻水作用。因此，如果保温设计仅仅依赖于填缝料，就可能导致早期失效。图2：容器上可能使水进入保温层的典型附件图3： 可能使水进入保温层的管线附件对容器和管道系统保温时，经常会碰到以下几个问题：3.3.1容器保温问题（1）容器上的斗式保温支撑环的凸缘或齿环可能会起阻水作用，导致容器严重的腐蚀和点腐蚀。一种相对廉价的设计如图4所示，在焊接扣件上用螺栓连接一板片可减少湿气的聚积。（2）类似（1）中的问题，如果金属/保温之间的界面没有保护，那么立式容器底部的支撑环会在此界面上聚积湿气。图4的设计原则可以推广到图5，采用一块廉价的平板梁。采用可现场安装的挡水板，使水流偏离并沿支撑环边缘流下来保护保温材料和防火材料。（3）保温层外的加强圈可能会允许湿气侵入。装配式保温层和外套，采用如图6所示的“Pittsburg 缝”和适当的搭接重叠可防止湿气的侵入。（4）立式容器顶端且未保温的管嘴会使水直接流入保温层下面。在这种情况下，采用填缝料和金属挡水板不能阻止水的进入。解决这个问题的方法是将管嘴延长伸出保温层和外套，并保温至金属帽，如图7所示。金属帽通过密封焊而不是密封胶防止水进入保温层。（5）穿透保温层的容器铭牌支架，会使水进入保温层。如图8所示，可采用不伸出保温层的短支架作为容器的永久标识，采用复制铭牌安装在金属外套或底部侧板的外面，作为在役采用的标识。图4：容器保温支撑环，问题及解决方案图5：减少水积集的立式容器底部支撑环图6：容器加强环保温层细节（能防止水侵入的接缝）图7：容器顶端的中央管嘴（伸长并采用密封焊帽保温）图8：常见的铭牌保温细节（水可能通过穿透保温层的支架进入）3.3.2管道保温问题（1）为人身安全问题而保温的管线，如果未进行密封，可能导致水汽从管线末端进入保温层。如图9所示，采用密封焊接帽可防止水进入。另一可选的方法是预先保温并采用伸出基体的金属附件。（2）采用角铁或C型沟槽支撑双管换热器会产生穿透保温层的突起部分，如图10所示。这些突起部分难于密封而且会为水气提供入侵点。采用管状支撑可提供易于密封的表面和突缘外形。（3）吊杆或夹具支撑的管线通过直接接触，使突出部分伸出金属套之外，如图11所示。当填缝料过于干燥以至于开裂或与保温层脱离时，水就能进入保温层。但是仅与金属套接触的承载支撑可提供连续的防雨水层，如图12所示。（4）与（3）类似的另一个问题，当保温管线直接放置在结构钢梁上时，防雨水层必须被切断。这样将破坏防雨水层连续性，并使湿气能侵入。但按照图12所示的管线支撑方式，则保持了防雨水层的连续性。保温层和金属套可随管线自由移动，而且减少了水的侵入。图9：为保证人身安全，保温层上设置的密封焊接帽（防止水气进入）图10：由C形支撑穿透的双管热交换器保温层（图中显示了水汽的可能进入点）图11：通过外套的突出部分图12：没有突出部分的管线支撑（5）在另外一个类似于（3）的问题中，保冷管线如果按照图13支撑，其水汽屏障层也将不连续。而保温系统的完整性取决于保温层和管线支撑界面上采用的密封胶和填缝料。当管线移动时，填缝料不能维持密封，因而湿气可能侵入。图14显示了采用内置水汽屏障的管线支撑系统设计，即使管线移动，这种水汽屏障也能保持连续性。（6）同样在冷环境运行，保温层和水汽屏障经常会由于接近保温层附近的设备而被穿透，包括仪表连接、排泄阀手动轮和阀门密封压盖。水汽会从这些穿透处侵入并凝结。避免出现这种问题的方法是将阀门和设备连接延伸至保温层之外。（7）由于不当的管线间距、意外的钢柱防火层厚度和管线的移动，管线和邻近结构之间的间隔可能不足以进行保温。不适当的间隔往往会使湿气进入防雨水和水汽屏障系统，如图15所示。唯一的解决方法就是为保温层设计足够的空间。设计需要考虑到附近结构的影响、管线的移动和膨胀接头。图13：无连续水汽屏障的冷管线支撑图14：有连续水汽屏障的冷管线支撑图15：被支柱防火层穿透的管线保温层（8）不管是在热环境中，还是在冷环境中，管线上悬挂的或者穿透其保温层的电缆导管都存在保温层密封困难。此外，在非常热的环境下，电缆导管可能遭受过热损伤；在冷环境下服役，电缆导管则可能腐蚀。解决方法就是避免穿透管线保温层，例如从结构件上悬挂电缆导管。（9）提供足够的管线间隔、注意附件的几何形状以及了解偶然的腐蚀可排除上述许多问题。了解各种保温材料、其安装要求以及设备和管线对于腐蚀控制是很有必要的。3.4防雨水层和水汽屏障的设计 在保温系统的设计中，防雨水层和水汽屏障的选择和保温材料的选择同样重要。虽然 “防止水进入”说起来很容易，但实际上，防止水进入并不总是行得通。防雨水层和水汽屏障可能由于化学腐蚀、光照、机械损伤和电偶腐蚀而破损。施工中用来密封金属外套接口处的填缝料和玛蹄脂，在光照和高温条件下会老化。水汽屏障在光照下也会老化、产生裂缝并允许湿气从缝隙处侵入。在冷工作环境，保温层依靠水汽屏障防止潮湿。除了全焊接的金属套之外，没有完美的水汽屏障。没有金属外套的密封胶水汽屏障需要定期检查以确认是否存在机械损伤、老化、裂缝、分层和脱胶的迹象。不注意修补将会缩短保温层的寿命并加快腐蚀。冷环境下的保温层尽量避免在水汽屏障外部采用金属套，除非需要用金属套来保护保温层。在热的工作环境中，防雨水层一般是金属制的，它们轧制成形，而且有许多接缝。有时接缝设计在顶面或存在不恰当的搭接。当在纤维保温层外采用薄金属外套时，搭接接缝容易在水平面、容器顶盖和油罐顶部产生损伤。在潮湿环境的金属外套设计中，宜避免采用不同的金属，因为不同的金属接触经常引起电偶腐蚀。3.5保温系统设计对刚性和半刚性材料的保温设计，根据运行温度及设备和管线的尺寸，可能需要膨胀接头。保温层中需要采用膨胀接头的地方而没有采用，将会导致管线或设备不可控制的移动。结果防雨水层和水汽屏障被损坏，使得水汽进入保温层并引起腐蚀。通常采用柔性材料（例如纤维毡）的保温层在设计时不需要膨胀接头。系统设计者可能不允许管线热胀冷缩而引起保温层的移动。例如，基于-73（-100）和20（68）时的热膨胀系数，泡沫玻璃保温层的膨胀量大约与碳钢的膨胀量相当，而多孔泡沫保温层的膨胀量是碳钢膨胀量的9倍。当保温系统冷却时，泡沫玻璃接头收缩而多孔泡沫接头敞开。因此，多孔泡沫（例如聚氨脂系统）需要更多的膨胀接头。同样，为了控制水水汽的侧向移动，聚氨脂保温系统需要比泡沫玻璃系统采用更多的水汽阻断屏。第四章 保护性涂层4.1范围4.1.1本章给出了在保温及/或降噪隔离层和胶粘防火层下碳钢和奥氏体不锈钢用保护性涂层选择的资料。保护性涂层已经被公认、接受并且被推荐为带保温金属基体腐蚀防护的一种非常有效的方法。试图阻止水进入保温系统已经不能完全奏效，而采用缓蚀剂和阴极保护技术，在减轻保温层下腐蚀方面没有采用保护性涂层更有效。4.1.2在本章中考虑的涂层系统为薄膜液态施工涂层、熔结涂层、金属镀层和蜡胶带涂层。这些涂层系统已有成功应用的经验，其它涂层系统也可能满足要求。4.1.3本章不涉及保温覆盖层。4.1.4本标准不讨论潮湿保温层下无机锌涂层的失效，这个问题已经在NACE出版物6H189中阐述。4.1.5保温系统中，有关碳钢和奥氏体不锈钢采用产品的适应性宜咨询涂层生产商或查阅工程技术规格书。4.2保温层下奥氏体不锈钢的涂覆4.2.1奥氏体不锈钢采用保温层时会产生ESCC。同样，如果涂层含有低熔点金属，且加热到所含金属熔点之上时，就有产生奥氏体不锈钢液态金属开裂（LMC）的风险。因此，为防止奥氏体不锈钢ESCC和LMC，采用涂层系统的原则如下：4.2.1.1涂层固化后不应含有游离的、可溶性氯化物或其它卤化物。固化树脂化学分子中所含氯化物或其它卤化物是无害的，除非它们在规定服役温度范围内由于老化而释放出来。4.2.1.2由于存在液态金属开裂的危险，涂层不应含有锌、铅、铜及其化合物。4.2.1.3如果服役温度会使基体表面潮湿，那么应根据预期的工作温度范围选择涂层。采用间歇热循环处理工艺且温度变化经过水露点时，尤其应该进行这种选择。4.2.2表1列出了用于奥氏体不锈钢设备的保护性涂层系统。在选择涂层系统时，宜考虑最高服役温度和推荐应用寿命。如果选用其它涂层，宜向生产商咨询拟选涂层的性能。4.2.3采用铝箔包轧来防止不锈钢的保温层下外部应力腐蚀开裂。表1：保温层下奥氏体不锈钢的保护性涂层系统基体温度范围(A)表面预处理表面锚纹(B)底漆(C)面漆(C)奥氏体不锈钢系统NO.1-4560(-50140)NACE NO.3 /SSPC(D)-SP 6(E)2550m(12mil)130m(5mil)高固体份环氧N/A奥氏体不锈钢系统NO.2-45150(-50300)NACE NO.3 /SSPC-SP 62550m(12mil)150m(6mil)环氧/酚醛或高温胺固化煤焦油环氧150m(6mil)环氧/酚醛或高温胺固化煤焦油环氧奥氏体不锈钢系统NO.3-45370(-50700)NACE NO.3 /SSPC-SP 62550m(12mil)50m(2mil)风干改性聚硅氧烷50m(2mil)风干改性聚硅氧烷奥氏体不锈钢系统NO.4(F)-45760(-501400)NACE NO.3 /SSPC-SP 64065m(1.52.5mil)100m(4mil)硅氧烷100m(4mil)硅氧烷(A) 涂层系统的温度范围是指涂层在正确应用时，设计涂层在这个温度范围内可维持其完整性和性能。但是用户可以根据不锈钢在特定温度下的腐蚀特性，决定采用哪种涂层系统。(B) 每种基体都规定了典型的最小和最大的表面锚纹。根据基体和涂层的类型，可接受的锚纹范围可能不同。宜遵循涂层生产商的推荐值。(C) 涂层厚度是典型的干膜厚度值，温度范围也是涂层系统的典型范围。对于没有列出的涂层系统，宜遵循说明书和涂层生产商的推荐值。(D) SSPC：保护性涂层协会，40 24th大街六楼 Pittsburgh，PA：152224656(E) NACE NO.3/SSPC-SP6（最新版本），“经济级喷射处理(Commercial Blast Cleaning )”(Houston, TX:NACE,和Pittsburgh, PA:SSPC)(F) 在温度快速波动的循环运行条件下，不推荐采用此系统。4.3保温层和胶结防火层下碳钢的涂覆4.3.1工作温度低于150（300）的保温层下碳钢，推荐采用的涂层系统是典型的油罐防腐蚀衬里系统。按照用户的需求，也可采用其它涂层。4.3.2推荐采用环氧类保护性涂层涂装胶结防火层下的碳钢。4.3.3如果胶结防火层下的镀锌钢已经腐蚀，那么宜考虑对镀锌钢进行涂覆。有关防火层与镀锌钢的兼容性，宜咨询胶结防火层的生产商。4.3.4蒸汽净化管线的用户所选择的涂层应该能承受净化期间的表面高温。关于涂层的耐温资料，宜咨询涂层生产商。4.3.5在50150（120300）范围内长期服役或循环服役时，保温层下的碳钢不应采用无机锌涂层或镀锌材料。在封闭的、有时潮湿的环境中，锌不能提供足够的抗腐蚀性。4.3.6热喷涂铝涂层已成功用于海洋和高温环境。4.3.7蜡胶带涂层可用于防止干燥环境循环或通过水露点的循环条件下的碳钢腐蚀。胶带施工步骤宜遵循NACE RP037510蜡胶带涂层系统标准。4.3.8表2列出了用于碳钢设备的推荐性保护涂层系统。用户应选择适合于预定温度范围的涂层，要考虑最大服役温度和持续时间。对于其它涂层，宜向生产商咨询拟选涂层的性能。表2： 保温层和粘结防火层下碳钢保护性涂层系统基体温度范围(A)表面处理表面锚纹(B)底漆(C)中间漆(C)面漆(C)备注碳钢系统NO.1-4560(-50140)NACENO.2/SSPC-SP 10(D)5075m(23mil)130m(5mil)高固体份环氧N/A130m(5mil)高固体份环氧N/A碳钢系统NO.2-4560(-50140)NACENO.2/SSPC-SP 105075m(23mil)N/AN/A300m（12mil）熔结环氧（FBE）只适用于工厂预制碳钢系统NO.3-4560(-50140)NACENO.2/SSPC-SP 1050100m(24mil)180250m(7.010mil)熔敷铝1520m(0.50.75mil)MIL-P-24441/1(E)+75m(3mil)MIL-P-24441/175m（3mil）MIL-P-24441/2（F）EPA（环氧聚氨酯）美国海军标准DOD-STD -2138(G)碳钢系统NO.4最大值95(200)NACENO.2/SSPC-SP 105075m(23mil)2550m (12mil)湿固化氨基甲酸乙脂铝5075m(12mil)湿固化氨基甲酸乙脂云母铝两层75m(3mil)丙烯酸脂N/A碳钢系统NO.5-45150(-50300)NACENO.2/SSPC-SP 5(H)5075m(23mil)150m(6mil)环氧/酚醛或高温胺固化煤焦油环氧N/A150m(6mil)环氧/酚醛或高温胺固化煤焦油环氧N/A碳钢系统NO.6120540(2501000)NACENO.2/SSPC-SP 1050100m(24mil)150200m熔敷铝N/A生产商推荐的硅氧烷密封涂层N/A碳钢系统NO.7最大值480(900)NACENO.2/SSPC-SP 105075m(23mil)250380m熔敷铝/DOD STD-2138N/A两层40m(1.5mil)TT-P-28(L)高温硅氧烷碳钢系统NO.8120540(2501000)(连续工作在120之上)NACENO.2/SSPC-SP 102550m(12mil)75m(3mil)无机锌(IOZ)N/AN/AN/A碳钢系统NO.9(J)-45650(-501200)NACESP.2(K)And/or SSPC-SP 3(L)4065m(1.52.5mil)100m(4mil)硅氧烷N/A100m(4mil)硅氧烷N/A碳钢系统NO.10最大值60(140)NACENO.2/SSPC-SP 10N/A一薄层矿脂或矿脂底漆N/A12mm(4080mil) 矿脂或矿脂胶带N/A碳钢系统NO.11室温NACENO.2/SSPC-SP 6(M)2550m(12mil)130m(5.0mil)高固体份环氧或煤焦油环氧N/AN/AN/A(A) 涂层系统的温度范围是指涂层在正确应用时，设计涂层在这个温度范围内可维持其完整性和性能。但是用户可以根据不锈钢在特定温度下的腐蚀特性，决定采用哪种涂层系统。(B) 每种基体都规定了典型的最小和最大的表面锚纹。根据基体和涂层的类型，可接受的锚纹范围可能不同。宜遵循涂层生产商的推荐值。(C) 涂层厚度是典型的干膜厚度值，温度范围也是涂层系统的典型范围。对于没有列出的涂层系统，宜遵循说明书和涂层生产商的推荐值。(D) NACE No. 2/SSPC-SP 10 (最新修订版), “近白级金属喷射清理 (Near White Metal Blast Cleaning)” (Houston, TX: NACE, and Pittsburgh, PA: SSPC).(E) MIL-P-24441, Part 1 (最新修订版), “环氧聚胺涂料通用规范 (General Specification For Epoxy-Polyamide paint)” (Philadelphia, PA: Department of Defense).(F) MIL-P-24441, Part 2 (最新修订版), “环氧聚胺涂料通用规范(General Specification For Epoxy-Polyamide paint)” (Philadelphia, PA: Department of Defense).(G) U.S. Navy/DOD STD 2138 (最新修订版), “海上舰船外部腐蚀防护用金属喷涂 (Metal Sprayed Coatings for Corrosion Protection Abroad Navy Ships)” (Philadelphia, PA: Department of Defense).(H) NACE No. I/SSPC-SP 5 (最新修订版),”白金属级喷砂清理(White Metal Blast Cleaning)” (Houston, TX: NACE, and Pittsburgh, PA: SSPC).(I) T-P-28 (最新修订版), “耐热铝涂料漆 (Heat-Resistant Aluminum Paint)” (1,200”F 65O”C)” (Philadelphia, PA: Department of Defense).(I) 在温度剧烈波动的环境中，不推荐采用此系统.(J) SSPC-SP 2 (最新修订版), “手工工具处理(Hand Tool Cleaning)” (Pittsburgh, PA: SSPC).(K) SSPC-SP 3 (最新修订版), “电动工具处理(Power Tool Cleaning)” (Pittsburgh, PA: SSPC).(L) NACE No. 3/SSPC-SP 6 (最新修订版), “经济级喷射清理(Commercial Blast Cleaning)” (Houston, TX: NACE, and Pittsburgh, PA: SSPC).第五章 保温、防火及附属材料5.1范围本章描述了影响腐蚀的工业保温、保温附件和防火材料的性能。重点是系统设计寿命期内的工作特性、耐运行温度特性和排斥水的能力，其它性能未涉及。5.2保温材料本章分类描述了常用的工业保温材料，并不试图描述市场上现有的每种产品。也不讨论这些产品之间的差别。奥氏体不锈钢用保温材料宜符合ASTM C 795。有些用户指定了比ASTM C 795中更加严格的氯化物含量限制，一些用户则除了ASTM C 795中给出的测量值，例如珍珠岩100ppm、硅酸钙200ppm和人造纤维保温层25ppm，还规定了氯化物最高含量。此外可能也会规定硅酸钠与氯化物的比：对硅酸钙和矿物纤维材料，比值为20：1；对珍珠岩则为200：1。以ASTM C 795和ASTM C 692作为参考，指定了材料的测试方法。滴水法提供了保温系统模拟技术。这种方法和设备的改进对于温度控制基体表面的带保温层的涂层测试是非常有用的。ASTM材料技术规格书参考了各种保温材料及配套材料的特性测试方法。宜鼓励生产商提供测试资料，最好是由独立的第三方完成。这些信息对于确定特定工业材料的技术要求是非常有用的。5.2.1硅酸钙ASTM C 53311中规定了硅酸钙管和块保温材料的技术要求。硅酸钙为刚性管状和块状保温材料，主要由水合硅酸钙组成，通常与纤维增强材料配合使用。硅酸钙主要用作高温保温材料。环境温度下，浸在水中可吸收4倍于自身重量的水。是吸湿性的，在潮湿的环境中可从含水汽的大气中吸收20%25%的水份。因此大多数生产商都公布了较低的温度限制，一般户外最低使用温度为150（300）。当硅酸钙湿润呈碱性，pH值为910。高pH值对醇酸树脂和无机锌类涂层是有害的。硅酸钙的大多数问题都与下列情况有关：低于推荐的循环温度且大多数时间都是在环境温度下运行；设备长期停运。5.2.2膨胀珍珠岩ASTM C 61012中规定了膨胀珍珠岩保温块和保温管的技术要求。该种保温材料主要由膨胀珍珠岩、无机硅酸盐粘结剂、增强纤维及硅树脂防水添加剂组成，是一种刚性材料，成品为块状和管状。膨胀珍珠岩作为中高温保温材料采用。在较低温环境中，防水添加剂可防止吸收水份。在315（600）左右的高温环境中，有些添加剂可能烧毁，降低防水性。ASTM C 610给出了确定温度对防水性影响的测试方法。5.2.3人造矿物纤维ASTM将商用玻璃和矿物纤维保温材料归为一类，一般描述为由熔融态加工成纤维态并包括有机粘结剂的岩石、矿渣或玻璃。通常从环境温度到高温，这类材料均可采用。根据纤维和粘结剂品种不同，最高温度限制也有差别。一般矿物纤维有更高的温度极限。有几个ASTM规范规定了各种材料的最高温度限制。这些产品的吸水性能差别很大。纤维的长度和排列方向会影响吸水性，而吸水性反过来又会影响毛细作用、粘结剂的组成和质量以及粘结剂的抗烧毁性能。不同的纤维保温层产品、所用粘结剂的类型不同，其防水性能也不相同。有些粘结剂在有水存在的条件下，加热会分解。粘结剂分解后，保温产品将成为极好的毛细材料，将水汽和腐蚀性溶液传送到钢表面。纤维产品也允许水汽渗透，在低于环境温度下采用，即使有水汽屏障，也很少能起到阻水作用。施工接头（安装阻水屏障时的搭接接头和现场接头）或阻水屏障的损伤部分都会允许水汽侵入保温层。随着时间的推移和反复的热循环，阻水屏障接头就会失效，允许湿气进入。抗压