浙江至德鋼業(yè)有限公司技術(shù)人員調(diào)研某不銹鋼保溫管道，保溫外用鋁皮防水層，管道已運(yùn)行若干年，地處海洋環(huán)境，維護(hù)時(shí)將鋁皮封套和保溫材料去除，修理后又重新封好，僅半年時(shí)間修理過的管段發(fā)生泄漏，檢查不銹鋼管外表面已發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂。
筆者究其原因是保溫層下腐蝕（corrosion under insulation，CUI）引起。原因是維護(hù)人員未把鋁皮封套和防水層按要求密閉安裝好，達(dá)不到防雨水的要求。雨水浸入，使隔熱材料變濕。雨水中的氯離子和隔熱材料中瀝出的氯離子，在不銹鋼管表面聚集濃縮。加上管道中存在的殘余應(yīng)力的聯(lián)合作用，造成了氯化物應(yīng)力腐蝕破裂，裂縫穿透而引起泄漏。CUI發(fā)生在冷熱管道、設(shè)備的保溫層下。這種腐蝕直到20世紀(jì)50年代才在各種文獻(xiàn)中被提及。
CUI是一種在管道、設(shè)備表面，由外及內(nèi)的腐蝕，由于通常在保溫下發(fā)展，缺乏日常的關(guān)注，成為企業(yè)裝置內(nèi)“隱蔽的角落”。有效管理CUI風(fēng)險(xiǎn)是配管設(shè)計(jì)管理的關(guān)鍵部分之一。
1. 碳鋼管道CUI機(jī)理與防護(hù)措施的工程應(yīng)用
保溫層下碳鋼受到腐蝕原因在于碳鋼和水汽的接觸：①. 管道外壁水和其他腐蝕性介質(zhì)的環(huán)形空間或縫隙；②. 吸水性或浸潤(rùn)性好的保溫材料；③. 保溫材料帶來(lái)的污染物來(lái)加速腐蝕或外界污染。
保溫層下的水汽主要來(lái)自：外界的水汽滲透；冷凝。由于外界保護(hù)材料的設(shè)計(jì)缺陷、安裝施工差、機(jī)械損傷、疏于維護(hù)等原因，都會(huì)使水汽進(jìn)入保溫層。當(dāng)金屬表面溫度低于環(huán)境露點(diǎn)溫度時(shí)，水汽也會(huì)凝結(jié)在金屬表面。
設(shè)備的運(yùn)行溫度同樣也會(huì)很大程度影響到腐蝕的發(fā)生：溫度越高，水汽停留在碳鋼表面的時(shí)間就越短；但是溫度越高，越會(huì)加速腐蝕，并降低防護(hù)涂料、黏結(jié)劑的使用壽命。
在一個(gè)開放的系統(tǒng)下，水中的氧含量隨著溫度升高而降低。對(duì)于碳鋼來(lái)說，當(dāng)溫度高于80℃時(shí)，腐蝕速率開始下降。但是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的保溫層下腐蝕卻類似于封閉系統(tǒng)下的腐蝕情況，水汽中的氧含量卻是飽和的。這樣的話，Oxygen cell corrosion會(huì)在一個(gè)密閉的系統(tǒng)中發(fā)生。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的數(shù)據(jù)比實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)還會(huì)更高。水汽中溶解的鹽分更會(huì)加速腐蝕。
現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)顯示，碳鋼溫度在-4～175℃之間在保溫層下發(fā)生CUI。當(dāng)溫度低于-4℃時(shí)，一般沒有腐蝕；當(dāng)溫度高于175℃時(shí)，表面可以有足夠的熱量來(lái)保持表面的干燥，也很少發(fā)生腐蝕。但是一旦當(dāng)設(shè)備因停機(jī)檢修等問題，溫度區(qū)間一到這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，腐蝕會(huì)很快發(fā)生。
為什么CUI的發(fā)生一直強(qiáng)調(diào)水汽的存在，其實(shí)這其中唯一的原因是由于保溫層的存在，保溫層材料對(duì)CUI的發(fā)生起著至關(guān)重要的作用。①. 保溫層中可溶性鹽的殘留，例如阻燃劑中的氯化物、硫化物等酸性物質(zhì)可以加速腐蝕；②. 水的滲透，保溫層材料就是吸水性的；③. 保溫層泡沫中的殘留物質(zhì)可以與水反應(yīng)生成氯化氫或其他酸。
2. 奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼管道CUI機(jī)理與防護(hù)措施的工程應(yīng)用
18-8不銹鋼易發(fā)生應(yīng)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(duì)保溫層下的應(yīng)力腐蝕開裂會(huì)相對(duì)耐受力高一些，但是，雙相不銹鋼管道在保溫層下依然會(huì)受到外界應(yīng)力腐蝕開裂的影響。
外部應(yīng)力腐蝕開裂（ESCC）在氯化物或其他鹵鹽存在下會(huì)發(fā)生，當(dāng)水汽穿過保溫層到達(dá)管道、設(shè)備的熱表面時(shí)，鹽類在水汽進(jìn)行蒸發(fā)的過程中濃度會(huì)變大。保溫層在這個(gè)過程中起到了一個(gè)運(yùn)輸和留存水汽的介質(zhì)作用，使得金屬表面的氯鹽濃度變大，會(huì)使得ESCC發(fā)生。
氯化物來(lái)自兩個(gè)方面：①. 保溫材料。例如，保溫層，黏結(jié)劑，填縫劑，水泥等；②. 外部。例如，雨水、海岸鹽霧、滅火測(cè)試溶液、系統(tǒng)泄漏等。保溫層在運(yùn)行一段時(shí)間（約5年）后的破壞也會(huì)引人這些污染物，外部的這些污染是CUI氯鹽的大部分來(lái)源。不銹鋼大多數(shù)的ESCC發(fā)生溫度區(qū)間在50～175℃。在溫度循環(huán)的作用下，水汽凝結(jié)／蒸發(fā)，使得氯化鹽的濃度升高聚集在金屬表面。
3. CUI有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范
NACE RP0198 Control of Corrosion Under Thermal Insulation and Fireproofing Materi--A Systems Approach對(duì)CUI進(jìn)行了規(guī)定。
國(guó)內(nèi)針對(duì)保溫層的施工、設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)較少，多集中在隔熱層的設(shè)計(jì)上，基本未涉及油漆涂裝系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行防腐。GB／T 8175《設(shè)備及管道絕熱設(shè)計(jì)導(dǎo)則》規(guī)定，凡碳鋼和鐵素體合金鋼管道、設(shè)備及其附件的外表面，在清凈后應(yīng)涂刷防銹層。不銹鋼、有色金屬及非金屬材料的管道、設(shè)備及其附件的外表面，在清凈后不需涂刷防銹層。
GB/T 50264將絕熱結(jié)構(gòu)分為保冷結(jié)構(gòu)和保溫結(jié)構(gòu)，分別隔絕高溫和低溫。其中保冷結(jié)構(gòu)應(yīng)由防銹層、絕熱層、防潮層和保護(hù)層組成。
GB/T 4272規(guī)定，絕熱結(jié)構(gòu)應(yīng)由防腐層、絕熱層、防潮層／防水層和外保護(hù)層構(gòu)成。其中對(duì)防腐層規(guī)定，凡需進(jìn)行絕熱的碳鋼設(shè)備、管道及其附件應(yīng)設(shè)防腐層；不銹鋼、有色金屬及非金屬材料的設(shè)備、管道及其附件則不需要設(shè)防銹層。
