电弧喷涂防腐在污水处理钢制设备中的应用研究
徐国华，徐灏龙，陆建海等
全面腐蚀控制
引言
污水处理环境是自然条件下金属腐蚀最严酷的环境之一，污水处理工程设备中大量使用低碳钢和低合金钢，这类钢在污水环境最不耐腐蚀，非常容易发生电化学腐蚀、微生物腐蚀[1-4]。随着电弧喷涂设备和技术的发展成熟，电弧喷涂长效防护涂层的应用和研究逐渐占据了重要地位,并在不同行业的长效防腐过程中取得非常好的效果[5-7]。电弧喷涂涂层的防护作用主要基于隔离作用和阴极保护作用两个方面。为了深入研究电弧喷涂涂层在污水处理中防腐效果，本文通过实验室模拟污水处理的腐蚀环境，研究了电弧喷涂铝涂层、锌涂层及锌铝涂层在污水处理中的腐蚀过程和失效机制。
摘 要：采用电弧喷涂技术在Q235钢基体上制备了锌、铝防腐涂层样片,并用样片在城镇污水中进行了半年的腐蚀模拟试验。试验结果显示：环氧封闭处理的锌涂层与铝涂层表面几乎不发生变化，涂层与基体的结合力不变；而不经封闭处理的铝涂层样片产生白色析出物，锌涂层样片能起到阴极保护作用，但腐蚀速率较快。
关键词：污水处理 电弧喷涂 铝涂层 锌涂层 耐腐蚀
1实验过程及方法
1.1试样制备
涂层的制备严格按照GB/T 9793-1997《金属和其他无机覆盖层热喷涂锌、铝及其合金》及其他相关标准的要求进行。试样规格为100mm×40mm×4mm的Q235钢，分别采用国产PS-3A喷砂机与QD8－LA－400型电弧喷涂设备对试样进行预处理及喷涂操作。预处理工艺参数为：25目刚玉砂，压送式送砂，喷砂距离200mm，喷砂压力0.6MPa左右，喷砂时间10s。喷涂工艺参数为：喷涂电压34 V，喷涂电流150 A，喷涂距离150 mm，雾化空气压力0.6MPa左右。
喷涂材料选用φ2mm的铝丝和锌丝，纯度均大于99.7%。分别制作150微米厚的铝涂层、150微米厚的锌涂层、75微米厚锌再75微米厚铝涂层、75微米厚铝再75微米厚锌涂层及其环氧树脂封闭的8种样片，分别标号为A、B、C、D、E、F、G、H。
1.2实验室模拟浸泡实验
根据现场腐蚀环境，决定采用模拟浸泡法评定涂层体系的有效性，重点考察涂层体系在污水中的耐老化和防腐蚀性。水样选取未经处理的城市污水，在实验室连续曝气，每天换水一次，试验详细水质见表1。试样完全浸泡在相同水质的3个反应器中，试验时间半年，每隔一个月观测一下试样的表面变化及测试试样的结合强度变化。按照GB8642-2002《热喷涂－抗拉结合强度的测定》的规定在电子拉伸试验机上测定涂层的结合强度，拉伸速度为1mm/min。
2实验结果及分析
2.1防腐效果
试验样片在模拟污水中的防腐效果见表2。从表2中可看出，单纯涂层只有先喷涂锌再喷涂铝具有防腐效果，其它样片均出现表面白色析出物或者脱落现象，说明不宜单独用于污水处理设备的防腐。但锌涂层与铝涂层的机理完全不一样，铝涂层的电极电位较碳钢约正200mV，难以对钢铁形成阴极保护作用；锌涂层主要受氧化还原反应的阴极控制及水流的磨损，涂层表面的腐蚀产物膜和锌的氧化物被冲刷掉，加速腐蚀发生。而采用环氧树脂做封闭处理，半年后表面基本没变化，只是涂层颜色稍微变深，这是因为喷涂过程中产生的孔隙被环氧树脂封闭剂封闭，环氧树脂完全阻断了污水与金属基体的接触，而环氧树脂在污水中不发生腐蚀。同时喷涂产生的孔隙为环氧树脂提供了着力点，不会产生环氧树脂单独使用时起泡的情况。
2.2结合力变化
结合力是影响涂层防腐蚀性能的主要指标，通过对结合力的测量，可从侧面了解涂层体系的防腐蚀性能。不同环境下不同的防腐蚀体系结合力随时间变化情况见表3.从表3的试验数据可看出，纯铝和先喷涂铝再喷涂锌的喷涂层结合力随试验的进行而减少，只是纯铝喷涂层变化更快，而另外几种情况结合力变化不明显。
结合力的变化与防腐的效果直接相关，纯铝涂层难以形成阴极保护作用，基体发生腐蚀，从而造成结合力的降低，而纯锌涂层形成了阴极保护层，发生的是牺牲阳极作用，试验时间不足以影响到锌涂层与基体的结合强度。各种涂层做环氧封闭处理后，在试验时间内不发生腐蚀，其结合力也不会发生变化。
3工程应用效果
根据试验室的模拟试验效果，选择先喷涂100微米锌再喷涂100微米铝，最后做50微米的环氧封闭处理的防腐方案用于5000t/d成套城镇污水处理钢制设备内表面防腐。
5.3缓蚀剂残余浓度分析
缓蚀剂在返排过程中绝大部分随产出水返出地面，水相中的缓蚀剂残余浓度与腐蚀速率的变化直接相关，因此，只要检测出产出水中的残余缓蚀剂浓度，就能确定油气井中的缓蚀剂含量，进而可知井下油套管是否受到保护。中石油西南油气田分公司天然气研究院针对川渝气田常用的缓蚀剂结构特征，研究建立了含氮类缓蚀剂残余浓度可见光分光光度法，该方法适用于含氮类水溶性缓蚀剂和油溶水分散型缓蚀剂的残余浓度分析。
6总结
本文总结出了空气驱现场应用中缓蚀剂的加注工艺、加注量、加注周期以及监测措施。但是，目前关于缓蚀剂用于注空气驱方面的资料很少，因此，我们应该根据空气驱现场的生产条件，不断的对各方面的参数进行调整，使其达到最佳的缓蚀效果。为此，我们应做到以下几个方面：（1）加强缓蚀剂的监测手段。特别是在加注缓蚀剂前后对井下油套管的防腐效果进行监测以便掌握缓蚀剂的使用周期和使用效果。（2）建立正常的缓蚀剂加药制度。（3）专人负责防腐设备的操作和维护。注意防腐设备的自身腐蚀和堵塞以免引起不必要的事故。（4）定期对油套管及地面管线清洗，及时消除管内脏物堵塞和积液。（5）建立注气井和生产井的腐蚀资料，定期对数据进行总结分析。
图略
参考文献略
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