石化铁路专用线配件腐蚀与防护研究

2014-11-29梁国华

石油化工腐蚀与防护 2014年6期

梁国华

(广州工程技术职业学院，广东广州 510075)

国内铁路系混凝土轨枕铺设，扣件与轨枕、岔枕之间过去采用的是硫磺锚固式联结，随着列车提速与运量的提高，这种联结容易导致铁轨钉孔开裂［1］。并且暴露于大气中的铁路配件如扣件、螺栓、鱼尾板、垫板、岔心、拉杆等锈蚀严重。拆卸困难，导致紧固失效。

随着铁路列车运行速度的提高，铁路配件的防腐要求也在逐步提高。铁路配件用量大，且工作环境恶劣，长期暴露于大气中，常年日晒雨淋，风侵雪蚀，加上列车动力作用及列车载运货物中酸、碱、盐、水的浸蚀作用，易使铁路配件发生化学、电化学腐蚀，轻则使配件锈死，影响轨距调整和轨道水平，高低的找正等养路作业，重则使螺栓根部腐蚀以至折断［2］。因此对铁路线路的维修、大修提出了更高的要求。铁路线路特别是石化铁路专用线由于生产运营的需要难以做到每年大批量的防锈、施工，这就要求使用防腐性能更好、使用寿命更长的防锈润滑油脂，具有良好的抗水性、抗氧化性、抗腐蚀性、润滑性、黏附性和气候适应性，对防护对象的配套构件不易产生溶胀作用，涂刷方便，易于维护保养，确保铁路行车的安全。铁路配件使用长效防腐油脂，逐步走向合理化，是铁路配件防腐技术的进步，也是国内铁路配件防腐逐渐与世界先进技术接轨的要求。

1 石化铁路专用线腐蚀防护现状

某大型国企石化公司现有铁路专用线82 km及3 个站场，其中长期受石油化工产品腐蚀的线路主要有炼油厂新、旧硫磺线，焦化南、北线，成品1-4 装车线，滑油台南、北线等约3 km 线路。该地区地处沿海，空气高盐分，温湿多雨，暴露于大气中的铁路配件锈蚀严重。加上该公司产品如硫磺、焦油、油品等在装卸、运输过程中不断掉落在轨枕上，这些腐蚀性介质加剧了铁路配件的腐蚀，造成铁路配件锈蚀严重，螺栓道钉断开、扣件脱落等严重问题，从而导致这部分铁路配件普遍存在使用寿命短、配件使用周期短。由于该公司铁路线路受生产运输的影响，无法长时间封锁停运，造成维修困难、维修成本高等问题。

由于该公司铁路配件的日常维护、保养只是采用简单的黄油涂抹防护，维护周期较长，在高温或雨水冲刷时极易流失，无法隔绝水气及大气中的O2，SO2，H2S，Cl2、盐雾和粉尘的穿透，造成防护能力丧失。短期使用后发现配件锈蚀严重、拆卸困难，导致紧固失效、松动，易造成车辆掉道、脱轨等严重事故，影响机车的行车安全。

基于现状，铁路线路配件腐蚀防护迫切需要防锈效果好、保养期长的长效防腐油脂，以达到延长铁路线路维修周期、节约成本，避免配件在使用周期内因腐蚀而失效，保证铁路的运输生产安全。

2 研究内容

课题组对石化铁路专用线配件腐蚀与防护情况进行了调研和对比分析，选取腐蚀最严重的焦化南线铁路专用线进行研究攻关。根据焦化南铁路专用线的运行工况，对影响铁路配件腐蚀、防护的应用及各种影响因素进行了详细地分析，随后进行了大量研究，研究的主要内容:腐蚀介质的测定、腐蚀机理的计算、防护脂的选用与对比、施工方式及要求等。

2.1 腐蚀介质含量分析

由于炼油工艺安全环保的要求，部分产品如焦炭等在装车时需注水冷却，致使部分铁路配件长期处于高温、积水环境，铁路配件腐蚀严重，对此部分线路的浸泡介质先后三次进行采样，分析了腐蚀介质组分及所处环境的酸碱度。腐蚀介质组分见表1。

表1 冷却水腐蚀介质分析Table 1 Cooling water corrosion medium analysis mg/L

2.2 腐蚀的计算与分析

根据腐蚀介质的含量，借助RBI(Risk Based Inspection，基于风险的检验)技术，选取工况最恶劣的腐蚀介质(pH 值为6.00，Cl-质量浓度为71.19 mg/L，硫化物质量浓度为0.235 mg/L)，模拟对污水浸泡的铁路配件进行腐蚀机理的计算。计算结果见图1 和2。

从图1 和2 得知:当pH 值为6.0 时，铁路配件的腐蚀机理有盐酸腐蚀和外部腐蚀两种，但盐酸腐蚀占主导机理，腐蚀速率为0.508 mm/a，此时运行损伤因子高达1 607.18，风险等级为5A，处于中高风险区域。这与实际是吻合的，在高腐蚀速率下，在一个运行周期内，铁路配件失效的可能性很大，在没有考虑是否会影响机车运行安全的前提下，对环境、成本等的后果影响较低。

在3 次的现场介质含量分析的试验中，有2次的pH 值不是处于5.6～6.0，因此，以pH 值为6.1～6.5 再次进行评估，结果表明，主要腐蚀是盐酸腐蚀，但腐蚀速率下降为0.381 mm/a(详见图3)。

图1 腐蚀的计算(pH 值=6.0 时)Fig.1 Calculation of corrosion (pH=6.0)

图2 风险的计算Fig.2 Calculation of risk

图3 腐蚀模拟计算(6.1≤pH 值≤6.5 时)Fig.3 Corrosion simulation (6.1 ≤pH ≤6.5)

由此可知，污水的酸度对盐酸腐蚀的影响极为敏感，因此日常需加强污水pH 值的监控。

从图1-3 的评估中可知，铁路配件所处的环境无应力腐蚀开裂，但这是在静态无机车运行冲击下的评估。对承压能力高、动态运行的评估，RBI 软件无法识别，根据现场实际应用的经验，在机车运行冲击力大，对于碳含量高的材料，容易造成应力开裂。因此，铁路配件采购的质量与材料的选择对防腐尤为重要，必须重点关注。

2.3 防护润滑脂的试验分析对比

根据石化铁路专用线配件所处的环境及铁路的运营情况，对各类防护防锈产品如防锈油、防锈漆、防锈脂等进行综合性能评价，认为防护润滑脂的应用更为可靠与实用。防护润滑脂可分为三类:烃基、皂基、复合基［3］。烃基以奎克的为代表，主要侧重于一般环境的防护，优点是添加剂是中性广谱型，缺点是低温使用困难，高温防护能力差，价格昂贵;皂基通常为锂钙型居多，主要侧重于改善了烃基的高低温性能不足，缺点是锂皂活性过大，防护时间有限;本课题所研究的改进型复合基，是以脂肪酸锂皂稠化精制矿物油，加入抗氧、防锈、防腐、成膜等添加剂，具有良好的抗水淋性、抗氧化性、抗腐蚀性、润滑性、黏附性、高低温性，与岔枕、轨枕螺纹尼龙套管相容性好，具有良好的附着性和防锈蚀性，并能和已锈蚀的金属基面进行缓慢的络合反应，达到稳锈、防锈的效果，试验对比模拟效果显著。

根据焦化南铁路配件所处的工况及该地区高温、湿热及临海的气候条件，通过已确定的腐蚀介质含量、腐蚀机理等技术指标，选取复合基的改进型防护润滑脂。重点进行润滑脂浸泡、滴点测定、湿热试验、盐雾试验、腐蚀试验、钢网分油、蒸发损失和抗雨淋等试验对比分析，试验指标全部超过《中华人民共和国铁道部运输局(运基线中［2003］124 号)》指标的要求，露天模拟应用效果较好。试验结果见表2。