（1.中石化炼化工程(集团)股份有限公司洛阳技术研发中心，河南 洛阳 471032）

摘要：保温材料具有多孔、易吸湿的特点，一旦保温结构破损极易在保温层下形成密闭的潮湿环境，导致保温层下腐蚀的发生，而且保温材料中的硫化物、氯化物、氟化物等可溶性盐类对腐蚀具有促进作用。目前，炼化企业保温材料的采购技术要求中通常仅关注导热系数、密度、加热线收缩率等常规性能，对保温材料的腐蚀性缺乏关注，相关性能指标及要求严重缺失。为了解当前炼化企业保温材料的腐蚀性现状，本文针对13家炼化企业常用的保温材料进行浸出液pH值、浸出液电导率和浸出液离子含量等各项腐蚀性能指标测定，并依据相关标准要求对测试结果进行对比分析。结果表明：炼化企业保温材料以硅酸铝针刺毯为主，其他类型保温材料应用相对较少，其中复合硅酸盐浸出液pH值不能满足标准要求，且存在浸出液电导率和腐蚀性离子含量偏高的情况。

关键字：保温材料，浸出液，pH值，腐蚀性离子

前 言

为满足生产工艺要求、实现节能环保目的，石油化工企业通常在设备、管道表面覆盖保温层以降低生产装置热能损耗、避免工作人员遭受高温烫伤^[1]。现阶段应用较广泛的保温材料主要包括硅酸铝针刺毯、硅酸铝管壳、岩棉和复合硅酸盐等（外观形貌如图1），这四种产品均具有多孔、易吸湿的特点。由于降雨及工艺生产中的喷淋、冷凝等过程导致环境潮湿，具有多孔结构的保温棉极易从环境中吸入水分和污染物且无法及时挥发，保温结构的破损或密封不严会加重吸湿现象；加之弯头、接管等结构不连续处容易渗水，使保温材料与设备、管道之间形成密闭的潮湿环境，从而导致保温层下腐蚀(Corrosion under Insulation，CUI)^[2]。其次，保温材料本身含有的硫化物、氯化物、氟化物等成分溶于潮湿环境中形成酸性腐蚀性电解质溶液，进而加速保温层下腐蚀^[3-4]。

图1  常用保温材料外观形貌

保温层下腐蚀本质是电解质溶液和金属材料之间的电化学反应，反应速率与温度、湿度等因素有关。该电化学反应过程如下，最终生成的腐蚀产物主要为Fe(OH)₃和Fe₃O₄。碳钢、低合金钢在保温层下腐蚀环境主要发生均匀减薄和局部坑蚀，而奥氏体不锈钢则容易发生氯化物应力腐蚀开裂和点蚀^[5-6]。

2Fe+O₂+2H₂O→2Fe(OH)₂

4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O→4Fe(OH)₃

Fe(OH)₂+2Fe(OH)₃→Fe₃O₄+4H₂

通常，由于外部保温结构的存在，CUI监检测难度大且难以及时发现，极易造成设备、管道的腐蚀泄漏。据统计，炼化行业中由CUI引起的管道失效占总数的60%，随之而来的维修费用占总量的10%^[7-8]。目前，各炼化企业保温材料的采购技术要求中通常仅含有导热系数、密度、加热线收缩率等常规性能指标要求，对吸湿性、腐蚀性离子含量等腐蚀性相关的性能指标及要求严重缺失。保温材料中腐蚀性介质超标不仅不利于装置的安全平稳运行，也会导致污染环境，造成经济损失^[9-11]。

因此，为了解目前各炼化企业保温材料的腐蚀性现状，选择13家炼化企业的18种保温材料，开展浸出液离子含量、pH值等性能检测与评价，为炼化企业保温材料的选择及采购技术要求提供技术支撑。

1  试 验

1.1  试验材料

硅酸铝针刺毯、硅酸铝管壳、岩棉和复合硅酸盐。具体企业对应保温材料见表1。

表1  13家企业对应保温材料类型统计

1.2  试验方法

浸出液分析：参照标准GB/T17393-2008《覆盖奥氏体不锈钢用绝热材料规范》进行材料浸出液pH值、电导率和可溶阴离子含量的测定，并对比检测结果是否合格。

1.3  试验仪器

原子分光光度计、pH值检测计、电导率检测仪。

2 试验结果与分析

2.1 浸出液pH值

金属在水相中的腐蚀通常与pH值有关，图2为25℃条件下Fe-H2O体系布拜图，图中主要分为三个区域——腐蚀区、非腐蚀区和钝化区。当pH值为8~13.5时，体系仅存在非腐蚀区和钝化区，因此在该pH值范围内不发生腐蚀。当pH值小于8时将可能发生腐蚀，且随着pH值的降低，当pH值小于4的情况下，腐蚀程度急剧增加。为避免发生不锈钢应力腐蚀开裂，国标GB/T 17393-2008《覆盖奥氏体不锈钢用绝热材料规范》中要求，绝热材料浸出液的pH值应为7.0~11.7（25℃）。

图2  25℃条件下Fe-H₂O体系布拜图

图3为不同企业保温材料浸出液pH值（25℃），可以看出，多数保温材料浸出液的pH值可以满足7.0~11.7的要求，只有三家企业不能满足标准要求，且复合硅酸盐产品全部不合格。整体来看，岩棉产品浸出液的pH值相对较高，均在9.0以上；硅酸铝针刺毯和硅酸铝管壳等产品浸出液的pH值在7.0~9.7之间。

图3  不同企业保温材料浸出液pH值（25℃）

2.2 浸出液电导率

图4为不同企业保温材料浸出液电导率，可以看出各企业产品的电导率差别较大。整体来看，各类保温材料浸出液电导率的大小为：复合硅酸盐＞硅酸铝管壳＞岩棉＞硅酸铝针刺毯。

翁永基等人研究发现，保温材料浸出液的腐蚀类型及严重程度可粗略地用浸出液电导率值来判定，电导率值为10³μs/cm左右时，往往呈现出现点蚀的形态；电导率值为10²μs/cm左右时，常为小面积深坑状的腐蚀；电导率值为10μs/cm左右时，常呈现带浅坑的一般腐蚀^[12]。结合前文中各种保温材料浸出液电导率对比结果，硅酸铝针刺毯产品浸出液的电导率较低，其发生保温层下腐蚀的程度也相对较低。

图4  不同企业保温材料浸出液电导率 μs/cm

2.3 浸出液离子含量

针对13家企业18种保温棉材料的浸出液进行了离子含量检测，检测结果如表2所示。在保温层下腐蚀环境中，Cl^-和F^-的存在可能导致奥氏体不锈钢或双相不锈钢发生应力腐蚀开裂，而溶液中的Na⁺和SiO₃^2-对应力腐蚀开裂的发生起到一定的抑制作用^[13-14]。标准GB/T17393-2008《覆盖奥氏体不锈钢用绝热材料规范》中规定浸出液中可溶出氯化物、氟化物、硅酸盐、钠离子含量应符合表3。此外，标准ASTM C795-08（2018）《Standard Specification for Thermal Insulation for Use in Contact with Austenitic Stainless Steel》中对Cl^-、F^-、Na⁺、SiO₃^2-等离子含量的要求见图5，A~R代表不同企业的所有测试材料，从图中可以看出，各企业保温材料的Cl^-+F^-含量均落在了可以接受的范围中，即满足ASTM C795-08（2018）的要求。

表2  各炼化企业保温材料浸出液离子含量测试结果

表3  对可溶出氯离子和氟离子含量的要求（列到分析讨论里）

图5  各企业保温材料浸出液腐蚀性离子结果对比（ASTM C795）

从表2中各保温材料浸出液的离子含量结果可以看出，仅两家企业的岩棉材料氟离子含量在1mg/L以上，分别为1.6mg/L和1.55mg/L，其余均在1mg/L以下；一般情况下要求用于不锈钢材料的保温材料浸出液中氯离子含量应低于20mg/L，而ASTM C795-08（2018）中要求在当浸出液中Na⁺+SiO₃^2-大于50mg/L时，Cl^-+F^-应小于10mg/L。图6为不同企业保温材料浸出液氯离子含量，可以看出，只有一家石化的复合硅酸盐氯离子含量超过20mg/L，一家石化企业的硅酸铝管壳氯离子含量在10mg/L~20mg/L之间，其余均在10mg/L以下。

图6  不同企业保温材料浸出液氯离子含量 mg/L

如图7为不同企业保温材料浸出液钙离子和镁离子含量，可以看出，复合硅酸盐和岩棉产品的Ca²⁺和Mg²⁺含量相对较高。Ca²⁺和Mg²⁺含量对浸出液腐蚀性影响作用的原理相似，当溶液中不含有可使Ca²⁺沉淀的阴离子时，Ca²⁺对碳钢的腐蚀影响较小，当在碱性环境中存在可使Ca²⁺生成沉淀的阴离子时，沉积在金属表面的CaCO₃微粒可能成为点蚀源而诱发点蚀和局部腐蚀；但当溶液中Ca²⁺较多时，沉积的CaCO₃膜完整度好，可抑制腐蚀的发生^[15]。

图7  不同企业保温材料浸出液钙离子和镁离子含量 mg/L

如图8为不同企业保温材料浸出液碳酸根离子含量，可以看出，硅酸铝管壳的CO₃^2-含量较高，均在100mg/L以上。CO₃^2-对腐蚀的影响与Ca²⁺对腐蚀性的影响原理相关，两者对腐蚀的影响取决于浓度和溶液的pH值。CO₃^2-与金属阳离子（主要是Fe²⁺和Fe³⁺）形成FeCO₃和Fe₂(CO₃)₃沉积膜，阻碍电化学腐蚀的进一步进行^[16]。

图8  不同企业保温材料浸出液碳酸根含量 mg/L

3 结 论

通过针对炼化企业常用保温材料硅酸铝针刺毯、硅酸铝管壳、岩棉和复合硅酸盐进行浸出液腐蚀性测试，结果表明：

（1）各企业倾向于选择一种保温材料，且以硅酸铝针刺毯为主，其他类型的保温材料用量较少。

（2）针对复合硅酸盐保温材料，其产品存在的问题相对较多。两种复合硅酸盐浸出液的pH值均不能满足标准要求，一家企业的复合硅酸盐产品浸出液电导率和腐蚀性离子Cl^-含量均明显高于其他产品（分别为508μs/cm和36mg/L）。建议企业在采购复合硅酸盐时加强对其浸出液的质量检查。

（3）各类保温材料浸出液中的F-离子含量均相对较低，复合硅酸盐和岩棉产品中的Ca²⁺含量相对较高，硅酸铝管壳中的CO₃^2-含量相对较高。企业在采购保温材料时可参考借鉴。

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作者简介：王奕璇（1994-），女（汉族），工程师，硕士，炼油化工腐蚀与防护