万金鸣　刘东俭　陈伟

【摘 要】分析了工业火炬塔在高温腐蚀环境中所面临的防腐难题，介绍了热喷铝技术的防腐机理，耐高温机理，工艺流程和技术难点。为工业火炬塔防腐工艺的制定提供了有价值的信息。

【关键词】工业火炬塔;热喷铝;防腐蚀;耐高温;工艺

中图分类号： TG174.4 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）10-0051-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.10.019

Application of Thermal Spray Aluminum on Industrial Flare Tower

WAN Jin-ming LIU Dong-jian CHEN Wei

（CATARC Yancheng Automotive Proving Ground， Yancheng Jiangsu 224000， China）

【Abstract】The anti-corrosion problem of industrial flare tower in high temperature corrosion environment was analyzed. The anti-corrosion and high temperature resistance mechanism， application process and technological difficulty of hot spray aluminum technology are introduced. It provides valuable information for the formulation of the anti-corrosion technology of the industrial flare tower.

【Key words】Industrial flare tower; Thermal spray aluminum; Anti-corrosion; High temperature resistance; Process

0 引言

腐蚀和磨损是材料的两大失效形式，其造成的损失是十分巨大的。目前涂装和电镀技术已经广泛应用于大气环境下钢铁的防腐处理，使得钢铁材料的腐蚀情况得到有效的控制。但是诸如化工厂的火炬塔、海洋工程装置的火炬塔等，这类面临特殊腐蚀环境的工业钢结构，其防腐处理一直是一项难题。

由于火炬塔顶端会长期点火燃烧各类工业废气，因此受热辐射影响，火炬塔顶端点火平台下方一定范围内的钢结构将处于约450℃的持续高温腐蚀环境中，在这种持续的高温腐蚀环境下，涂层和镀层容易发生失效而失去防腐作用。此外，工业火炬塔多服役于工业腐蚀区或海洋腐蚀区，长期经受酸雨或海洋大气环境的侵蚀，对于涂层的防腐蚀性能也有更高的要求。因此诸多此类结构都采用防腐蚀和耐高温性能优良的热喷铝涂层体系。

1 热喷铝的防腐和耐高温机理

热喷铝是金属热喷涂的一种形式，利用某种热源（如电弧、等离子弧、火焰等）将丝状或粉末状的金属铝加热至熔融或半熔融状态，再借助热源的焰流或外加的高速气流，将熔融或半熔融状的铝喷射到经过处理的金属底材表面上，在表面形成一层具有防腐保护作用的金属铝涂层[1]。

热喷铝的铝纯度在99.6%以上，密度为2.72g/cm3，铝的熔点为660℃高于腐蚀环境的温度，所以铝涂层应用于450℃的腐蚀环境中不会受到高温的影响。

铝涂层在大气中极易形成致密的氧化铝薄膜，这层氧化膜在各种大气、海水和淡水中具有很高的化学稳定性和耐蚀性，因此适用于各种大气、淡水和海水环境以及pH值为4.5-8.5的溶液及其它氧化性环境中。铝涂层对金属表面起隔离保护作用，较好地将金属基体与空气、水及其他介质隔离[2]。热喷铝施工完成后采用有机硅耐高温漆进行覆盖，可以排出多孔表面的空气，起到封闭涂层并增强附着力和耐高温性能的作用。

2 工艺流程

首先根据火炬塔的温度场分布情况确定出火炬塔“高温区域”、“过渡区域”和“常温区域”的范围。具体分布情况如图1火炬塔区域分布图所示：

高温区域的温度范围：180≤t≤450℃;常温区域的温度范围：t<180℃;过渡区域指高温区域和常温区域之间预留300mm作为涂层体系过渡搭接区域。

具体工艺流程如下：

（1）火炬塔整体表面处理后在高温区域和过渡区域施工热喷铝涂层，铝涂层干膜厚度200～250μm;

（2）在高温区域的热喷铝涂层上施工一道有机硅耐高温漆，干膜厚度30～40μm，作为封闭漆，兼顾耐高温作用。同时，考虑涂层搭接问题，有机硅耐高温漆需要向下延伸施工至过渡区域和常温区域的分界线处;

（3）最后在常溫区域施工两道酚醛环氧漆，每度干膜厚度125～150微米。同样考虑到涂层搭接问题，酚醛环氧漆需向上延伸施工至过渡区域和高温区域的分界线处，即需要覆盖到封闭漆上。

按照以上工艺流程施工后，各区域的最终涂层系统如表1所示：

3 热喷铝的技术难点

（1）热喷铝方法的选择：热喷铝的施工方式主要有线材火焰喷涂和电弧喷涂两种方法，线材火焰喷涂采用氧-乙炔焰作为热源，其特点是轻便、灵活、机动性好。电弧喷涂生产效率高，生产效率正比于喷涂电流。一般情况，电弧喷涂的生产效率是火焰喷涂的3倍以上。同时，电弧喷涂的涂层附着力，一般是火焰喷涂的2倍。结合火炬塔施工面积大、腐蚀环境特殊和涂层附着力要求高的特点，选用电弧喷涂更为合适。

（2）底材的表面处理：热喷铝施工为铝颗粒堆积、重叠的过程，涂层的附着力是物理结合，因此对底材的表面处理要求很高，表面处理质量直接影响铝涂层的附着力进而影响防腐性能。一般情况下，底材在施工热喷铝涂层前，所有边缘、拐角和焊缝应至少打磨至半径为2mm的倒角。火焰切割区域和焊接飞溅应按照标准ISO 8501-3 P3等级要求进行打磨[3]，之后整体冲砂至ISO 8501-1的Sa3.0级，表面粗糙度为75μm以上。

（3）热喷铝的施工效率较低，一般只有20-30m2/h。同时，火炬塔类钢结构的构造复杂，施工面积大，并且冲砂处理后的底材表面需在出现任何返锈前进行喷涂，所以对施工方式和计划的把控要求很高。一般情况下，热喷铝的施工由上至下逐层进行，冲砂、喷铝、封孔和涂装连续交替进行。

4 结束语

自20世纪40年代热喷铝涂层在英国首次应用以来，得到了世界各国的高度重视并开展了广泛的研究[4]。加之现代计算机技术、传感器技术、自动化及机器人技术与热喷铝技术的结合和渗透，使得它的深入发展和规模化施工均有大幅度的进步和提高。因此，在不远的将来，热喷铝在工业和海洋工程领域一定会有更加广泛的应用空间。

【参考文献】

[1]高国强，陈龙富，梁羽等.导管架腿内热喷铝施工工艺[J].新技术新工艺，2013，（5）：77-81.

[2]邓津林.自升式钻井平台桩腿腐蚀分析及防护措施[J].石油和化工设备，2014，17（5）：68-71.

[3]易桂虎，孙德光等.热喷铝技术在模块化工厂中的应用[J].涂层与防护，2018，39（9）：1-4.

[4]张忠礼.钢结构热喷涂防腐蚀技术[M].北京：化学工业出版社，2004：5-7.