摘要：分析了炼油厂循环水塔的腐蚀原因，分别选择PF-01防腐涂料、聚酰胺环氧涂料和环氧玻璃钢，作为砼结构循环水塔长期受水喷淋的砼结构和钢结构以及长期浸水的砼结构的防腐涂层。讨论了循环水塔的防腐施工工艺和质量保证措施。按此方案施工的循环水塔，经过7年的使用后，防腐效果良好。
1.前言
炼油厂供水系统中混凝土结构的循环水塔(俗称凉水塔)是生产过程中的冷换设备冷却介质，也是石油炼制工程中不可缺少的一个工艺过程。凉水塔中无论其结构是恒流干湿式、逆流式，还是其他的结构形式，一般都是由钢结构、砼结构等材料组成。它们长期在高湿度条件和受水的冲击下工作，而且石油化工大气与水气结合产生的有害物质，对混凝土构筑物及钢结构的腐蚀与破坏很严重，所以必须采用防腐隔离层。防腐隔离层的好与坏直接影响循环水塔的使用寿命。同时，防腐涂层选择不合理，金属表面处理级别低，就会缩短凉水塔的使用寿命。本文分析了凉水塔腐蚀的原因，就其防腐材料选择、防腐施工工艺进行了讨论，为凉水塔的防腐实践提供借鉴。
2 循环水塔腐蚀原因分析
2.1 循环水塔砼结构的腐蚀原因
(1)在潮湿的工业大气中，酸性介质与水泥中游离的铝酸三钙、氢氧化钙的水化物反应，生成可溶性盐。该盐随着腐蚀性介质的不断侵蚀以及水分的不断流失而被带走，造成构件破坏。
(2)下雨时，空气中的CO2与水作用生成H2CO3，H2CO3吸附在混凝土的孔隙中，与混凝土中的CaCO3进一步作用，生成易溶于水的Ca(HCO3)2，从而将混凝土中的有用组分逐渐溶出并带走。溶走的Ca(HCO3)2又由固相的CaCO3补充，使混凝土逐渐被破坏。
(3)存在于水中的钠、钙、镁的硫酸盐与含有水合石灰、水合铝酸的混凝土进行化学反应，分别生成硫酸钙和硫铝酸钙。反应后体积膨胀，导致混凝土的破坏。
2.2 循环水塔钢结构的腐蚀原因
金属结构腐蚀是由电化学作用引起的。在高湿度与水气中使用的钢结构表面，易发生干湿交替循环。当其表面存在锈蚀层时(涂层气孔率高时相当于锈蚀层)，锈蚀层就起到水和氧的储槽的作用。Evans认为，当大气腐蚀的锈蚀层处在润湿条件下，则可以作为强的氧化剂。由锈层内Evans模型可以看出，阳极反应发生在金属/Fe3O4界面上，阴极反应发生在Fe3O4/FeO(OH)界面上，即锈层内发生了Fe3+→Fe2+的还原反应，说明锈层参与了阴极过程。由于天气变化，金属表面温度、湿度随之变化，这样在化学、电化学作用下，金属表面将加速腐蚀。
2.3 循环水塔防腐涂层的损坏原因
循环水塔钢结构防腐层损坏首先是金属表面处理不当。从现场涂料脱层的现象看，一是附着力没有达到要求，二是所选的环氧涂料树脂含量低。从现场漆膜看，干固的防护层树脂含量少而其他填料过多，产生较多粉化颗粒。这样涂层易存在较多的气孔，水分子及其他杂质容易渗透涂层，引起金属表面腐蚀。
选用的环氧涂料是以酮亚胺为固化剂，共涂装3道，期望耐用10年以上。然而，使用后不到1个月，漆膜即起泡。原因是酮亚胺实质上是用酮封闭的多元胺，它与空气中的潮气接触后，析出多元胺和酮，多元胺再与环氧树脂固化。该漆经涂刷后，漆膜表面与水气反应而固化，阻滞漆膜内丙酮的充分挥发。而残留的丙酮有一定的水溶性，引起渗透压，使漆膜起泡。这说明所选的配套固化剂不适合在这一环境下使用。
3 循环水塔防腐材料的选择
3.1 曝露在大气中且长期受水冲击的部位
3.1.1 砼结构部分
通过筛选试验，选用了PF-01防腐涂料。该材料防腐性能优异，能广泛应用于耐酸、耐碱及盐类的防腐工程，具有渗透性强，漆膜致密，抗老化、耐温性好的特性。该涂料的主要成膜物为改性高密度聚氯乙烯(PVC)，并加入氟化物、溶剂、增韧剂、抗老化剂以及耐紫外线物质等。
PF-01防腐涂料对钢铁、混凝土等材料均具有良好的浸润性和附着力。采用该材料在金属表面防腐，可克服一般防腐涂料对基材表面处理技术要求苛刻的弊病。同时，它不但能提高防腐的可靠性，延长防腐年限，而且施工简便(达到St3级即可)，技术要求指标易于控制，可减少投资费用。
试验也曾采用过氯磺化聚乙烯涂料，但它在循环水中应用效果不好，存在“吸水肿胀”问题，故不适合在金属与砼表面使用。
3.1.2 钢结构部分
该部位长期在高湿度与循环水喷淋下工作。根据凉水塔的实际使用情况，对现有的环氧涂料及固化剂的配套性进行了筛选，采用了聚酰胺环氧树脂漆，该漆具有以下特点：
(1)聚酰胺环氧树脂有较长的脂肪烃碳链。用于交联环氧树脂时，脂肪烃碳链隔离了环氧树脂内的刚性苯环，在承受冲击时能使分子键有较大的自由度，因而显示了优异的柔韧性。
(2)聚酰胺环氧树脂漆为双组分涂料。两组分混合时，选用配比不同，涂装后漆膜性能随之不同。聚酰胺用量大，漆膜的弹性增加，但耐药品性降低。一般认为，以E-20环氧树脂与聚酰胺树脂200按65∶35质量比配制的漆性能最好。
与胺固化环氧树脂相比，聚酰胺环氧树脂漆具有以下特点：
(1)耐候性好，不易粉化失光；
(2)施工性好，漆膜不易产生橘皮、泛白等弊病；
(3)漆料使用期长，两组分混合后可维持2~4天不胶化；
(4)不刺激皮肤，对人体危害性小；
(5)两组分配比不像胺固化环氧漆那样要求严格；
(6)对金属表面除锈要求不严，并可在潮湿的钢铁表面上施工。
3.2 长期浸水的砼结构部分
长期浸水的砼结构部分采用环氧玻璃钢衬里。它是玻璃纤维增强塑料在混凝土表面形成的衬里防护层，具有整体性、抗渗性好的特点。环氧树脂作为防腐蚀材料不但具有密实、抗水、抗渗漏好，强度高等特点，同时具有附着力强、可常温操作、施工简便等良好的工艺性，而且价格适中。环氧树脂采用E-44，固化剂采用低毒型的T31(该固化剂在潮湿基层也可以固化)。
4 塔体防腐施工工艺
2003年6月对新建的混凝土结构的凉水塔进行了施工。施工的部位为长期浸水的水池砼部位、喷淋的半浸水砼部位(高湿度)和长期在高湿度情况下使用的部分金属结构部位。施工数量为：混凝土表面施工3000m2，金属钢结构防腐4500kg。
4.1 循环水喷淋下砼结构表面的施工
4.1.1 工艺流程
底面处理─涂刷底漆1道─中间漆1道─面漆2道。要求厚度为140μm。
(1)底面处理。清除混凝土表面污物及其他杂物，使表面清洁。对于新建的混凝土，其表面要求达到GB50212-1991《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》的有关要求，即表面必须坚固、密实、平整，不应有起砂、起壳、裂缝、蜂窝麻面等现象。要求基层表面必须清洁。混凝土表面应经除尘清理，除去尘土和浮砂，表面含水率低于6%(外观发白)。
防腐施工前，应将基层表面的浮灰、水泥渣及疏松的部位清理干净。基层表面可以采用钢丝刷打磨，然后用干净的软毛刷、压缩空气或吸尘器进行清理。
(2)底面处理完后，涂刷底漆1道、中间漆1道和面漆2道。第1道底漆采用PF-01清漆。中间漆为PF-01漆，颜色为淡黄色。面漆材料也为PF-01，第1道为象牙色，面漆为棕黄色。
4.1.2 施工中的注意事项
(1)涂料涂刷前的配制：该涂料为双组分，甲组分为乙烯类树脂、氟磷铁颜料和各种助剂，乙组分为固化剂。使用前，将甲、乙组分按 12∶1的质量比进行混合，搅拌均匀后放置10min左右，熟化即可使用。配制熟化好的涂料须在8h内用完，避免胶凝而影响施工质量。用多少，配多少，以免浪费。
(2)涂料涂装：
第一、涂刷时，可采用刷涂、喷涂、滚涂和刮涂等方法(本次施工采用的是人工刷涂的方法)。
第二、涂刷第1道涂料时，涂刷须均匀且无遗漏处。涂刷第2层和以后数层时，应均匀地交错刷涂，无遗漏。另外，涂膜不宜太厚。
第三、每道涂刷的施工间隔时间为：夏季大于4h，低温时至少在8h以上(低于5°C时禁止施工)。
第四、防腐施工全部结束后，夏季自然干燥2天以上(若低温，则自然干燥4天以上)，即可使用。
第五、夏季施工时，若涂料明显变稠，可加入适量专用稀释剂或丙酮进行稀释。
4.2 循环水喷淋下金属表面的施工
4.2.1 工艺流程
底面处理─底漆2道─中间漆1道─面漆2道。要求厚度为170μm。
(1)底面处理。金属表面处理要达到GB/T8923-1988《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》中Sa2?级的要求，即：钢材表面应无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层附着物，表面应显示均匀的金属光泽，并用吸尘器、干燥洁净的压缩空气或刷子清除粉尘；表面无任何残留物，并有一定的粗糙度。
(2)底漆1道。底面处理完后检查合格，涂刷1道聚酰胺环氧铁红底漆。
(3)中间漆1道。底漆固化12h后，涂刷1道聚酰胺环氧磁漆涂料。每道漆固化12h。要求颜色为中灰色。
(4)面漆2道。中间漆固化12h后，涂刷2道聚酰胺环氧磁漆涂料，每道漆固化12h。第1道要求颜色为浅灰色，第2道为中灰色。
以上涂料由双组分组成，具体配比见产品说明书。5道漆固化后漆膜的厚度大于180μm，7天后投入使用。
4.2.2 施工中的注意事项
(1)涂料涂刷前的配制。该涂料为双组分，甲组分为环氧树脂、颜料和各种助剂，乙组分为聚酰胺固化剂。使用前，将甲、乙组分按 65∶35的质量比进行混合，搅拌均匀后放置10min左右，熟化即可使用。注意：配制熟化好的涂料须在6h内用完，避免胶凝而影响施工质量。用多少，配多少，以免浪费。
(2)涂料的涂刷施工工艺与4.1.2中的第(2)部分相同。但其防腐施工全部结束后，夏季自然干燥7天以上(低温时，自然干燥10天以上)，即可使用。
(3)夏季施工时，若涂料明显变稠，可加入适量的专用稀释剂或丙酮进行稀释。
4.3 长期浸水砼结构表面的施工
4.3.1 工艺流程
1道底漆─1道腻子─涂刷3层玻璃钢(涂刷一层玻璃钢、铺一层玻璃布)─3道面漆，要求厚度为600μm以上。
4.3.2 混凝土底面处理
清除混凝土表面污物及其他杂物，使表面清洁。对于新建的混凝土，其表面要求达到GB50212–1991的有关要求，即要求表面必须坚固、密实、平整，不应有起砂、起壳、裂缝、蜂窝麻面等现象。要求基层表面必须清洁。
防腐施工前，应将基层表面的浮灰、水泥渣及疏松的部位清理干净。基层表面可以采用钢丝刷打磨，然后用干净的软毛刷、压缩空气或吸尘器进行清理。表面干燥，含水率不应大于6%，或者说表面深度5mm左右没有水分。
4.3.3 防腐施工方法
(1)1道底漆。底面处理完后，涂刷1道E-44环氧底漆，施工黏度(涂-4杯)为25~35s。要求不得有漏涂、流挂等缺陷，自然固化不宜少于24h。
(2)1道腻子。在基层的凹陷不平处，应采用树脂胶泥料修补填平，自然固化不宜少于24h。
(3)涂刷3层玻璃钢。腻子固化24h后，用砂纸打磨腻子表面。做3层布的玻璃钢，玻璃钢采用连续施工的方法，即：涂刷1道玻璃钢底胶后铺1层玻璃布，接着刷粘接剂，固化24h后，再进行下一层玻璃钢的施工，直到铺完3层为止。要求每铺一层固化24h。不允许采用连续施工的方法。要求布与布之间的搭接宽度为50mm。玻璃钢材料为E-44环氧树脂。玻璃布的规格为0.2mm厚，三无(无碱、无蜡、无捻)，经纬度为12×12根/cm 或12×10根/cm。
(4)3道面漆：做完的玻璃钢固化48h后，涂刷3道面漆，每道漆固化24h。
4.4 质量保证措施
(1)对施工人员详细交代施工方案，进行技术交底、安全交底，使施工人员明确施工工艺、施工规范、工程进度及其他事项。
(2)施工质量实行“三检”制度，即自检、互检、专业检查。每位作业人员对自己完成的工作进行自检，各班组相互检查，质量检查人员跟班作业。要坚持每天对施工质量进行专职检查，发现问题后及时解决。
(3)在涂刷施工过程中，应随时检查涂层的层数、质量，每道漆不允许有漏刷、流挂、起皮和裂纹等不良现象存在。
(4)每道工序结束后，必须经甲乙双方质量检查人员共同检查验收合格后，方可进行下一道工序的施工。做好工序验收签证记录。
(5)专职配料员应严格按照产品说明书要求配料。
(6)每天开一次碰头会，找出当天存在的问题，并制定措施，安排好第二天的生产计划。
(7)认真做好施工记录和质量检验工作。质量检查和验收严格执行GB/T8923-1988以及化工部HGJ229-1991《工业设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范》。
(8)施工中，对有异议的地方，双方应根据现场的实际情况进行解决。
(9)严格遵守建设单位制订的规章制度，安全施工，文明施工。
4.5 竣工验收
(1)检查实际的防腐过程是否符合建设单位制定的防腐施工工艺及技术要求。
(2)对于防腐涂层，应做到“涂层光滑平整，颜色一致，无气泡、剥落、漏刷、返锈、透底和起皱等缺陷”。对于玻璃钢，所有部位用目测进行检查，应符合下列规定：“无明显的气泡、裂纹、凹凸(或皱纹)、返白。层与层之间的粘接及与基体的结合牢固，无分层、脱层，无纤维裸露、树脂结节、异物夹杂及色泽明显不均匀等现象。表面层应光滑平整。”
(3)施工单位竣工后，应交如下资料：原材料出厂合格证、由建设单位审批的施工方案、工程施工记录(包括修补返工记录)和每道工序质量验收单和工程竣工验收单。
5 使用效果
按照以上防腐施工方案，循环水塔在2003年7月经防腐涂装后使用至今已近7年。对砼与钢结构表面检查发现，漆膜光泽良好，没有起皮、脱落、龟裂的现象。划痕检查结果表明，其质量与竣工后的质量检查相比没有发生变化。浸泡的表面比原先采用环氧做玻璃钢层的效果好得多，不存在防腐层表面脱层、鼓包的现象。因此，该漆膜暴露在大气或气液交替的部位，其使用寿命可在5年以上。
6 结论
(1)在塔体曝露在大气中并长期受水气冲击的部位采用PF-01防腐涂料和聚酰胺环氧树脂漆，解决了氯磺化聚乙烯涂料在水中的溶胀问题。所得涂膜耐磨、强度高，附着力、韧性及抗老化性好，而且光亮、色泽鲜艳。
(2)环氧树脂玻璃钢有优良的物理机械性能，用其作为长期浸水的砼结构表面的保护层，所得漆膜坚韧、耐磨，表面光洁度好，气孔率低，使用寿命长。
(3)根据凉水塔的使用及腐蚀情况，采用不同的防护方法，可以获得最佳的经济效益。
