浙江至德鋼業有限公司技術人員調研某不銹鋼(gang)保溫管道，保溫外用鋁皮防水層，管道已運行若干年，地處海洋環境，維護時將鋁皮封套和保溫材料去除，修理后又重新封好，僅半年時間修理過的管段發生泄漏，檢查不銹鋼管外表面已發生應力腐蝕破裂。
筆(bi)者(zhe)究其原因(yin)是保溫層(ceng)下(xia)腐(fu)(fu)蝕（corrosion under insulation，CUI）引(yin)起。原因(yin)是維護人員未把鋁皮封(feng)套和(he)防(fang)水(shui)層(ceng)按要求密(mi)閉安(an)裝好，達不(bu)(bu)到防(fang)雨水(shui)的(de)(de)要求。雨水(shui)浸入，使(shi)隔熱(re)材料變濕。雨水(shui)中的(de)(de)氯(lv)離子和(he)隔熱(re)材料中瀝出的(de)(de)氯(lv)離子，在不(bu)(bu)銹(xiu)鋼管表面(mian)聚集濃縮。加(jia)上(shang)管道(dao)中存(cun)在的(de)(de)殘(can)余應(ying)力的(de)(de)聯合作用，造成了氯(lv)化物(wu)應(ying)力腐(fu)(fu)蝕破裂，裂縫穿透而(er)引(yin)起泄漏。CUI發生在冷(leng)熱(re)管道(dao)、設(she)備(bei)的(de)(de)保溫層(ceng)下(xia)。這種腐(fu)(fu)蝕直(zhi)到20世紀50年代(dai)才在各種文獻(xian)中被提及。
CUI是一(yi)種(zhong)在管(guan)道(dao)、設(she)備表面，由外(wai)及內的(de)(de)腐蝕(shi)，由于通常(chang)在保溫下發展，缺(que)乏日常(chang)的(de)(de)關注，成為(wei)企業裝置內“隱蔽(bi)的(de)(de)角落”。有效管(guan)理(li)CUI風(feng)險(xian)是配管(guan)設(she)計管(guan)理(li)的(de)(de)關鍵部分之(zhi)一(yi)。
1. 碳鋼(gang)管道(dao)CUI機(ji)理與防護(hu)措施的(de)工程應用
保溫(wen)(wen)(wen)層(ceng)下碳鋼受到腐(fu)(fu)蝕(shi)原因在于碳鋼和(he)水(shui)汽的(de)(de)接觸：①. 管道外壁水(shui)和(he)其他腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)介(jie)質(zhi)的(de)(de)環形空間或(huo)縫隙；②. 吸水(shui)性(xing)(xing)或(huo)浸潤性(xing)(xing)好的(de)(de)保溫(wen)(wen)(wen)材料；③. 保溫(wen)(wen)(wen)材料帶(dai)來的(de)(de)污染(ran)物來加速腐(fu)(fu)蝕(shi)或(huo)外界污染(ran)。
保(bao)(bao)溫層下的(de)水(shui)汽(qi)主(zhu)要來自(zi)：外界的(de)水(shui)汽(qi)滲透；冷凝(ning)。由于外界保(bao)(bao)護(hu)材(cai)料的(de)設計缺陷(xian)、安裝施工(gong)差、機械損傷、疏于維(wei)護(hu)等原因，都(dou)會使水(shui)汽(qi)進(jin)入保(bao)(bao)溫層。當(dang)金(jin)屬表面(mian)溫度(du)低于環境露點溫度(du)時，水(shui)汽(qi)也(ye)會凝(ning)結在金(jin)屬表面(mian)。
設備的(de)運(yun)行溫(wen)度(du)(du)同樣也會很(hen)大程度(du)(du)影響到腐蝕的(de)發生(sheng)：溫(wen)度(du)(du)越(yue)高，水汽(qi)停留在碳鋼表面的(de)時間就越(yue)短；但是(shi)溫(wen)度(du)(du)越(yue)高，越(yue)會加速腐蝕，并降低(di)防護涂料、黏(nian)結(jie)劑的(de)使用壽命。
在一個開放的(de)(de)系統下，水中(zhong)的(de)(de)氧含量隨(sui)著溫(wen)(wen)度(du)(du)升高(gao)而降低。對于(yu)碳鋼來說，當溫(wen)(wen)度(du)(du)高(gao)于(yu)80℃時，腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速率開始下降。但是現(xian)場測(ce)得的(de)(de)保(bao)溫(wen)(wen)層(ceng)下腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)卻(que)(que)類似于(yu)封閉系統下的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)情(qing)況，水汽(qi)中(zhong)的(de)(de)氧含量卻(que)(que)是飽和的(de)(de)。這樣(yang)的(de)(de)話，Oxygen cell corrosion會在一個密(mi)閉的(de)(de)系統中(zhong)發生。現(xian)場測(ce)試的(de)(de)數據(ju)比實驗室(shi)數據(ju)還會更(geng)高(gao)。水汽(qi)中(zhong)溶解的(de)(de)鹽(yan)分更(geng)會加速腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。
現場經驗顯示，碳鋼溫(wen)度在-4～175℃之間在保溫(wen)層下(xia)發生CUI。當溫(wen)度低(di)于(yu)-4℃時(shi)，一般(ban)沒有腐蝕(shi)；當溫(wen)度高于(yu)175℃時(shi)，表(biao)面(mian)(mian)可以有足(zu)夠(gou)的熱(re)量來保持表(biao)面(mian)(mian)的干燥，也很少發生腐蝕(shi)。但(dan)是一旦當設備(bei)因停機(ji)檢修(xiu)等(deng)問題，溫(wen)度區間一到這個范圍(wei)內時(shi)，腐蝕(shi)會很快發生。
為什么CUI的(de)發生一(yi)直強調水汽的(de)存在(zai)，其實(shi)這其中唯一(yi)的(de)原因(yin)是由于保溫(wen)(wen)層(ceng)的(de)存在(zai)，保溫(wen)(wen)層(ceng)材料對(dui)CUI的(de)發生起(qi)著至關重(zhong)要的(de)作用。①. 保溫(wen)(wen)層(ceng)中可溶性鹽的(de)殘留(liu)，例如阻燃劑(ji)中的(de)氯化(hua)(hua)物、硫化(hua)(hua)物等酸性物質(zhi)可以加速(su)腐蝕；②. 水的(de)滲透，保溫(wen)(wen)層(ceng)材料就是吸水性的(de)；③. 保溫(wen)(wen)層(ceng)泡沫中的(de)殘留(liu)物質(zhi)可以與水反應生成氯化(hua)(hua)氫或其他酸。
2. 奧氏體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)和雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)管道CUI機理(li)與防護(hu)措施的工程應用
18-8不銹鋼易發生應力腐蝕開裂（SCC）。高鎳、鉻、鉬含量的奧氏體不銹鋼，低鎳、高鉻含量的雙相不銹鋼對保溫層下的應力腐蝕開裂會相對耐受力高一些，但是，雙相不銹鋼管(guan)道在保溫層下依然會受到外界應力腐蝕開裂的影響。
外(wai)部應力腐蝕(shi)開裂（ESCC）在(zai)氯化物或其他鹵鹽存(cun)在(zai)下會(hui)發(fa)(fa)(fa)生，當(dang)水汽(qi)穿過保(bao)溫層到達管道、設備(bei)的(de)(de)熱表面(mian)時(shi)，鹽類在(zai)水汽(qi)進行蒸發(fa)(fa)(fa)的(de)(de)過程中(zhong)濃度會(hui)變(bian)(bian)大(da)。保(bao)溫層在(zai)這個(ge)過程中(zhong)起(qi)到了一個(ge)運輸和(he)留存(cun)水汽(qi)的(de)(de)介質作用，使得金屬表面(mian)的(de)(de)氯鹽濃度變(bian)(bian)大(da)，會(hui)使得ESCC發(fa)(fa)(fa)生。
氯(lv)化物來(lai)自兩(liang)個方面：①. 保溫(wen)材料(liao)。例(li)如，保溫(wen)層，黏結劑，填縫劑，水泥等；②. 外(wai)部(bu)。例(li)如，雨水、海岸鹽(yan)霧(wu)、滅火測(ce)試(shi)溶液、系統泄(xie)漏(lou)等。保溫(wen)層在(zai)運行一段時間（約5年）后的(de)(de)(de)破壞也會引(yin)人這些(xie)污(wu)染物，外(wai)部(bu)的(de)(de)(de)這些(xie)污(wu)染是CUI氯(lv)鹽(yan)的(de)(de)(de)大(da)部(bu)分來(lai)源。不(bu)銹鋼大(da)多數的(de)(de)(de)ESCC發(fa)生溫(wen)度(du)區(qu)間在(zai)50～175℃。在(zai)溫(wen)度(du)循環的(de)(de)(de)作用下，水汽凝結／蒸發(fa)，使(shi)得氯(lv)化鹽(yan)的(de)(de)(de)濃度(du)升(sheng)高(gao)聚集在(zai)金屬(shu)表(biao)面。
3. CUI有關標準規(gui)范(fan)
NACE RP0198 Control of Corrosion Under Thermal Insulation and Fireproofing Materi--A Systems Approach對(dui)CUI進(jin)行了(le)規定。
國內針對保溫層的施工、設(she)(she)計規范標(biao)準較少，多集中在(zai)(zai)隔熱層的設(she)(she)計上，基本未涉及(ji)(ji)(ji)油漆(qi)涂裝系統來(lai)進行防(fang)腐。GB／T 8175《設(she)(she)備及(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)道(dao)(dao)絕(jue)熱設(she)(she)計導則(ze)》規定，凡碳鋼(gang)和鐵素體合金鋼(gang)管(guan)(guan)道(dao)(dao)、設(she)(she)備及(ji)(ji)(ji)其(qi)附件的外(wai)表(biao)面，在(zai)(zai)清凈后(hou)應涂刷(shua)防(fang)銹層。不銹鋼(gang)、有(you)色金屬及(ji)(ji)(ji)非金屬材料(liao)的管(guan)(guan)道(dao)(dao)、設(she)(she)備及(ji)(ji)(ji)其(qi)附件的外(wai)表(biao)面，在(zai)(zai)清凈后(hou)不需涂刷(shua)防(fang)銹層。
GB/T 50264將絕熱結構(gou)分為保冷結構(gou)和保溫(wen)結構(gou)，分別隔絕高溫(wen)和低溫(wen)。其(qi)中保冷結構(gou)應由防銹層(ceng)、絕熱層(ceng)、防潮層(ceng)和保護層(ceng)組成。
GB/T 4272規定，絕熱(re)結構(gou)應由(you)防(fang)(fang)(fang)(fang)腐層(ceng)、絕熱(re)層(ceng)、防(fang)(fang)(fang)(fang)潮層(ceng)／防(fang)(fang)(fang)(fang)水(shui)層(ceng)和外保護層(ceng)構(gou)成(cheng)。其(qi)(qi)中對(dui)防(fang)(fang)(fang)(fang)腐層(ceng)規定，凡(fan)需(xu)進行絕熱(re)的碳鋼(gang)設備(bei)(bei)、管道(dao)及其(qi)(qi)附件應設防(fang)(fang)(fang)(fang)腐層(ceng)；不銹鋼(gang)、有色金屬及非金屬材料(liao)的設備(bei)(bei)、管道(dao)及其(qi)(qi)附件則不需(xu)要設防(fang)(fang)(fang)(fang)銹層(ceng)。
