紧固件的腐蚀与防护

LNG接收站陆上单元部分往往距离海岸不超过1千米，是典型的沿海腐蚀环境，湿度大、光照强烈、夏季温度高，大气腐蚀环境恶劣。

LNG接收站的法兰连接、锚固件在设计时并不会设置专门防腐蚀措施，往往采用和管体或结构相同的防腐蚀涂层设计。在施工过程时，需要先将管道和设备连接、试压完成后开展防腐蚀涂漆施工，碳钢管道和结构涂漆干膜厚度一般小于320μm。涂漆施工中，往往不能完全覆盖紧固件所有缝隙，结构边缘涂漆质量难以保障，且在连接件或紧固件的缝隙处一般有盐分和水分的积存，缝隙内的氧浓度也与周围环境不同，形成腐蚀微环境。锚固件和法兰需要安装或者拆卸，在机加工面处不再设计涂层防护，在腐蚀微环境中，容易发生缝隙腐蚀，如图２所示。

在场站投产运营后，从经济性和便捷性角度考虑，使用涂有工业润滑脂的无纺布带包缠法兰螺栓或使用带有润滑脂的螺栓帽进行腐蚀防护。应用经验表明，工业润滑脂在高温天气下容易融化流失，无纺布带在包缠时很容易脱落，对紧固件不能形成有效防护，亟待有效技术的开发。

工程建设中螺栓基体材料可采用特殊的耐蚀处理方法进行防护，例如电镀锌处理、热浸锌处理、喷涂达克罗涂层处理、渗锌处理等。

电镀锌是通过电解过程，在材料表面形成一层均匀、致密的金属或者合金沉积层。涂层与螺栓之间为机械结合，锌渗入基体深度小于10μm。电镀锌层作为牺牲阳极对基体起到防腐蚀作用。但这种工艺生产过程污染严重，涂层附着力较低，耐蚀性一般。对于需经常拆卸的紧固件，适用性并不理想。

热浸锌处理是在460℃左右，在镀锌槽中将锌材熔融，螺栓基材表面处理后浸入熔融锌中，使表面形成锌铁合金涂层，涂层厚度一般为15~110μm。热浸镀锌工艺成本低，效率高，处理量大，制备的涂层耐大气腐蚀能力优于电镀锌层的。然而，由于处理温度高，热浸镀锌会影响材料的焊接性能和加工性能，涂层厚度不均匀，涂层厚度可控性差，附着力差，且锌废料过多，生产过程污染严重。

达克罗是一种包含锌粉、铝粉材料和铬酸组成的防腐蚀涂料。该涂层厚度仅为4~8μm，通过片状锌、铝层形成对腐蚀介质的屏蔽作用。铬酸与铝粉、锌粉以及螺栓基体发生反应形成钝化膜，增强基体的耐蚀性。此外，铝粉和锌粉还可以作为牺牲阳极材料对螺栓基体进行阴极保护。但达克罗涂层与基体结合力较电镀锌层的还要低，且其使用过程涉及重金属铬，环境污染严重。

渗锌处理是一种利用加热状态下金属原子的渗透扩散作用，在温度小于亚淬火温度条件下，将锌渗入到螺栓表面，形成不同Zn-Fe比例的合金渗层，改善和提高钢构件的耐腐蚀、表面氧化及机械磨损的性能。形成的合金渗层厚度为20~110μm，厚度可控，渗层均匀连续，附着力强，且无污染。

综合比较以上几种防腐蚀处理技术，渗锌处理在涂层均匀性、耐蚀性、附着力和环境影响方面均具有明显优势，故在海上平台项目上应用广泛，例如螺栓、马脚、U型架紧固件等。工程应用经验表明，该技术可实现螺栓基材的长效防护。

法兰包覆技术是一种阻隔防锈技术，该技术对结构表面除锈等级要求低，且对复杂异形构件具有很好的适应性。该技术包含阻锈成分，同时能够隔绝腐蚀介质，对于海上和沿海大气腐蚀环境中的管道法兰、螺栓连接、阀门等具有很好的防腐蚀作用。类似的技术包括氧化聚合型防腐蚀技术、热喷涂热塑性树脂材料等。

中科院海洋所研发的氧化聚合型防腐蚀技术由三层材料紧密结合而成，由内而外为防蚀膏、防蚀带、外防护剂，特殊的异形部件还有塑型用防蚀胶泥。防蚀膏直接与被保护的金属基体接触，防蚀膏含有的锈转化成分能将表面结构未处理干净的铁锈转化为氧化亚铁致密层，防止基体继续氧化，起到除锈阻锈功能。防蚀带是采用无纺布浸渍防腐蚀树脂，其具有良好的密封性，可将腐蚀介质如盐分、水分、氧等与基材隔绝开来。同时该材料具有阻燃性和耐老化性能。外防护剂是可固化的防护材料，涂覆于防蚀带表面，在氧参与条件下固化成一层坚韧的膜层，具有良好的耐候性和密封性。

氧化聚合防腐蚀技术对法兰表面处理要求低，对复杂结构适应性好，施工简单，结构的防腐蚀寿命大于30年，对环境影响较小，腐蚀防护效果良好，在LNG接收站中应用较多。该技术主要不足是法兰拆卸较为繁琐，材料很难重复利用。

法兰热喷涂技术是采用热泵将特殊热塑性树脂材料加热至熔融态后直接喷至法兰面表面，冷却固化后形成一层1~2ｍｍ厚薄膜，如图3所示。

法兰热喷涂技术对异形构件如法兰、阀门、螺栓、螺母的缝隙腐蚀具有良好的适应性，同时，膜层具有良好的弹性，能适应一定的形变。该膜层能隔绝外界腐蚀介质，同时能释放出阻锈效果的缓蚀剂，阻止锈蚀的缝隙进一步腐蚀。热塑性树脂的另一大优势就是当需要拆卸时，剥离掉的材料可进行回收再利用，节省材料费用。这种材料能耐老化，在严苛的海上腐蚀环境中使用寿命可达10年。工程应用经验表明，该技术在某沿海LNG接收站中具有较好的防护效果。但该技术使用时需要电加热泵，涉及动火作业，且该设备有一定空间和高度的要求，对于高架管廊场景有一定使用难度，另外材料成本较高，对低温管道防护适应性有待评估。