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自本世紀初，隨著經濟的快速發展，出現在石油化工、電力、基礎設施建設中的動靜設備和長距離輸送管道越來越多，這些設備和管道構成了生產運營的主體部分，在工業發展中發揮了核心作用。與此同時，由于經常暴露于大氣中，太陽光中的紫外線會損害設備和管道表面的涂層，造成老化、粉化等現象；大氣中的水汽也會凝聚在設備和管道表面，不斷侵蝕涂層，逐漸滲透，直至涂層起泡、開裂和脫落。石化和電力行業工業廢氣中的氮氧化物和硫氧化物還會形成更為嚴酷的酸性氣體腐蝕環境中國涂料在線coatingol.com。

在各種大氣腐蝕環境類型中，最為常見也是無法避免的，便是水汽的凝聚。因為大氣中的水汽無處不在，四季循環，溫度和相對濕度經常變化，設備和管道表面不時會有水蒸氣冷凝、掛壁。有些設備和管道的外表面，既經常暴露于太陽光的強紫外線照射之中，又時時刻刻出現水蒸氣冷凝，比如架空的市政燃氣管道，在調壓分段，其管道外表面會形成一層水膜。在這一類腐蝕環境下，要做到涂層防護，是極其困難的，而業主提出的要求是：不黃化、不粉化、不起泡。因此，為潮濕表面選用合適的產品，采用適當的涂裝技術，成為保護潮濕表面的兩個難題。

1 架空燃氣管道潮濕表面腐蝕環境分析

同濟大學的朱彤對鋼質燃氣管道溫度場進行了詳盡的分析與計算，最后得出燃氣管道溫度場的分布主要與管道埋設方式、管道材料以及輸送介質有關，而且輸送天然氣，管道的整體溫升( 或溫降) 比輸送人工燃氣時的幅度要大。泰州中石油昆侖燃氣有限公司的邵雷對天然氣站場高壓管道管壁冷凝水的產生原因進行了詳盡的分析，歸納總結為：天然氣在進入站場前，需要在上游管道進行降壓調壓，這一操作會對管道內的高速氣流產生明顯的節流效應，使管道內的氣體溫度驟降，通過熱傳遞使管道外表面的溫度下降，到達冷凝水的凝點（實為露點），就會使管壁外產生冷凝水，并在過低的溫度下出現冰凍現象。

根據ISO 12944-2:2017及其引用的腐蝕環境分析標準ISO 9223，大氣暴露下潮濕表面的腐蝕環境，既不同于純粹的大氣暴露腐蝕環境，又不是純粹的浸泡腐蝕環境，是一種介于冷凝高濕（C5）大氣腐蝕環境與水性浸泡（淡水，Im1）環境之間的腐蝕環境。其具體表現為：當鋼質燃氣管道表面溫度低于露點溫度（空氣相對濕度大）時，管道表面為冷凝水膜覆蓋狀態，即使用抹布擦干，短時間內（如1min內）表面也會逐漸出現冷凝水膜覆蓋的現象，就像人“出汗”一樣，見圖1。反之，管道表面將無法形成冷凝水，則管道表面呈現一種低溫、干燥的狀態。管道內氣體速度會影響到氣體溫度，而氣體溫度會影響到鋼質燃氣管道表面溫度。如果外界溫度高，則會影響到管道表面冷凝水膜的揮發速度。由于管道內氣體速度和外界溫度變化較快，所以，管道表面的腐蝕環境實質是在C5與Im1之間不斷交替與往復變化。

圖1 潮濕表面水珠生成微觀模擬圖

2 大氣暴露下潮濕表面腐蝕環境的危害

鋼質設備和管道的缺陷常分為兩類，一是外觀缺陷。主要是指面漆在長期的太陽光（主要是其中的紫外線）照射下產生的如變色、粉化、失去光澤等現象，從而在整體上表現出顏色暗淡、外觀不協調等，出現此類缺陷的原因是太陽光中紫外線對涂層高分子化學鍵的破壞。潮濕與干燥交替的鋼結構表面，如果處于大氣暴露環境中，其特殊的地方，在于不同部位表面粉化程度不一，沒有水膜覆蓋的外表面粉化嚴重，而有水膜覆蓋的表面會留存一些降解粉化的漆膜顆粒，降低粉化的視覺呈現，粉化程度一般時，視覺上便難以察覺。

二是耐久性缺陷。主要是指整個防腐涂層體系（包括面漆）的開裂、剝落、鼓泡、甚至銹蝕等現象。這些問題的出現必然影響到鋼結構的使用壽命。出現此類缺陷的原因主要是鋼結構與外部環境因素綜合作用的結果。潮濕與干燥交替的鋼結構表面，由于長期處于浸泡，其最直觀的表現為最外面一層面漆迅速形成鼓泡，鏟掉泡沫，流出微小水滴和中間涂層或者底涂層，嚴重處會出現剝落或者返銹，見圖2。

圖2 耐久性缺陷

3 干濕交替類型的潮濕表面防護涂料的選擇

考慮到潮濕表面的干濕交替服役環境，涂層的技術要求應同時達到兩個目標：能夠耐受紫外光的照射，在潮濕環境下能夠抵御水分子的侵蝕。

3.1 干濕交替類型的潮濕表面典型涂料體系和產品

根據ISO 12944-5:2018，Im1涂料配套的可選方案如表1所示。

表1經噴射清理碳鋼基材上浸漬腐蝕性級別Im1下涂料體系的額定干膜厚度數據

根據ISO 12944-5:2018，C5涂料配套的可選方案，如表2所示。

表2 經噴射清理碳鋼基材上大氣腐蝕性級別C5下涂料體系的額定干膜厚度數據

從表1、表2可得，兩種腐蝕環境共有的產品類型：富鋅底漆、環氧或聚氨酯面漆，富鋅底漆包括硅酸乙酯富鋅底漆、環氧富鋅底漆、聚氨酯富鋅底漆。由于硅酸乙酯富鋅底漆和聚氨酯富鋅底漆并不具有施工上的便捷性或性價比優勢，所以，常采用的涂料品種包括：環氧富鋅底漆、環氧中涂或面漆、聚氨酯中涂或面漆。

根據ISO 12944-9:2018，海上結構浪濺和潮汐區（CX和IM4）涂料配套的可選方案，如表3所示。

表3 經噴射清理碳鋼基材上浪濺和潮汐區防護涂料體系及其初始性能的最低要求

一般情況下，相比于海上建筑（離岸設施），陸地大氣腐蝕環境中氯離子含量要低很多，所以海上結構浪濺區和潮汐區是陸上潮濕或者干濕交替潮濕表面鋼質設備和管道腐蝕環境的一個極端。

由于聚氨酯面漆固化劑異氰酸酯是一種水溶解性較強（20℃時6.7%）、易于與水反應的物質，因此在這類環境中選用材料時，聚氨酯并非是最外面一道涂層的最佳選擇（量產極少的特種聚氨酯除外），容易引起起泡等缺陷。于是，環氧涂層成為潮濕表面的面漆最佳選擇。需要注意的是，在保光保色性能方面，環氧涂層比聚氨酯涂層表現稍顯遜色。

綜合分析表明，在干濕交替的潮濕表面上，防護涂料體系要達到15-25a的設計年限，兩個典型配套分別為：（一）環氧富鋅底漆+環氧樹脂面漆（體系總干膜厚度360-450μm）；（二）環氧樹脂底漆+環氧樹脂面漆（體系總干膜厚度380-450μm）。

3.2 干濕交替類型的潮濕表面涂料類產品技術要求

由于干濕交替表面不時會有水汽冷凝，根據ISO 12944，兩種典型產品（環氧富鋅底漆、環氧樹脂面漆）及其涂料體系需要具有一系列良好的性能，從而在苛刻腐蝕環境下滿足高耐久性要求。

具體到產品種類，則需要考慮更多因素，除了能夠耐受長時間浸泡外，還需要達到盡量減少維護的目的。在干濕交替的潮濕鋼質設備和管道運營過程中，很容易出現部分位置未按設計要求涂裝，從而較早出現如起泡等表面缺陷。

分析認為，干濕交替表面選用的環氧涂料需要具有以下幾個特性，才能應對瞬息萬變的潮濕鋼質表面，具體如表4所示。

表4 干濕交替類型的潮濕表面涂料產品最低技術要求

通過綜合研究涂層缺陷與防護的情況，結合國際標準，分析界定了潮濕表面腐蝕環境，基于潮濕表面服役環境中出現的問題，提出涂料產品選擇依據、施工注意事項，重點介紹了典型涂料體系（環氧樹脂富鋅底漆，環氧樹脂面漆）的技術要求與其他防護體系的優劣性。

參考文獻（略）

詳細內容請見《涂層與防護》2019年第3期

原題目：大氣暴露環境下潮濕表面選用涂料的技術要求 

作者：馬建華（廣州資寶科技有限公司，廣州 510510）