煤矿立井井筒装备防腐蚀技术规范

'煤矿立井井筒装备防腐蚀技术规范MT/T5017-961 总则1.0.1 本条阐明了制订《煤矿立井井筒装备防腐蚀技术规范》的依据及目的。一、煤炭是我国现阶段的主要能源。煤炭生产建设中每年需要大量的钢材。由于煤矿井下环境恶劣，金属材料的腐蚀问题相当严重，不仅直接影响安全生产，而且造成重大的经济损失。而煤矿立井井筒则是关系全局的咽喉部位，因井筒装备锈蚀更换停产所造成的经济损失相当严重，因此，立井井筒装备的防腐蚀尤为重要。二、1998年煤炭工业部颁发了《煤矿井筒装备防腐设计、施工及验收规范（试行）》，对煤矿立井井筒装备的防腐蚀具有指导、促进作用，本规范即是在试行稿的基础上修改而成的。三、自《煤矿井筒装备防腐设计、施工及验收规范》试行之后，矿山防腐蚀工作在煤炭行业普遍得到重视。设计、科研院所、大专院校、各矿务局和施工单位在井筒装备防腐蚀方面做了大量工作，采用了防腐新材料、新技术、新工艺、这些都在本规范中得到反映、体现。1.0.2 本条明确了《煤矿立井井筒装备防腐蚀技术规范》的适用范围。本规范着重规定了新建、改建、扩建和老井延深及维护的立井井筒装备、管道等钢构件的防腐蚀设计、施工及验收的具体条款。斜井的有关装备、立井井架、提升容器、井口、井底、装卸载硐室，其腐蚀环境亦较为恶劣，所用的钢构件亦可参照本规范采取长效防护。1.0.3 本条提出了《煤矿立井井筒装备防腐蚀技术规范》的原则要求。本规范规定：立井井筒装备必须采取防腐蚀措施#这条规定明确了今后立井井筒装备防腐蚀设计的原则。由于煤矿的工作环境大部分都在地下深处，环境潮湿是其主要特点之一。煤矿井下空气的相对湿度常年都在90%以上，在井筒中，淋水大的矿井每小时的淋水量可达到10m3以上；煤矿井下风速大是其另一个特点，由于风速大，空气随时都能得到更新，供氧充足。这样，煤矿井下环境中充分具备了金属发生电化学腐蚀的两个基本因素____氧气和水分。因而在煤矿环境中金属材料的腐蚀是相当普遍而严重的。 根据煤炭部对部分矿井腐蚀情况的调查结果，钢铁在井下的单侧年平均腐蚀深度为0.2~1.2mm，在腐蚀严重的矿井中，钢铁的腐蚀速度为海洋环境中的2~3倍，其井筒装备的使用寿命不到十年。腐蚀除了造成金属构件损坏而产生的直接经济损失外，还会因停产维修造成更大的间接损失。例如，一个年产百万吨的矿井更换一次井筒装备需要几百吨钢材，除了造成几百万元的直接经济损失外，还要停产几十天，少出几十万吨的煤炭，这将造成更大的间接损失。因此，本规范要求凡是采用碳钢加工的装备，不包括钢轨罐道及钢丝绳罐道，必须采用防腐蚀措施。2 设计2.0.1 腐蚀给煤炭生产带来的损失是显而易见的，要重视和加强防腐蚀工作，必须在编制矿井设计时，就具体对井筒装备的钢构件提出技术可行的防腐蚀措施，提出防腐蚀应达到的技术要求。2.0.2 我国幅员辽阔，各地区的地质条件及腐蚀因素相差很大。一般情况是沿海地区高于内陆地区，南方高于北方，酸性水或含盐量高的矿井的腐蚀状况更为严重，而各种耐腐蚀材料也都有其一定的适应性：如目前矿山普遍采用的环氧沥青矿用涂料和氯化橡胶防腐涂料，它们都是防腐性能较好的适应矿山环境下使用的防腐涂料，但它们又有各自的特点：在中、碱性条件下，环氧沥青类涂料应用效果更好些；在酸性水质和含盐量高的地区，氯化橡胶类涂料更可取。因此，在编制防腐蚀设计时，必须依据井筒的水质分析、阴阳离子类型及煤质等内容，提出符合矿区实际情况、技术可行、经济合理的防腐蚀设计。2.0.3 防腐蚀材料的选择包括：（1）选择耐蚀性能好的金属材料（主要为合金材料）、非金属材料（例如玻璃钢和其他增强塑料等）代替普通碳钢；（2）选择防护涂层（一般涂料防护层、金属镀层或金属镀层加有机涂层的复合防护层等）。施工工艺是指实现所选定的防腐蚀涂层而应采取的工艺条件和措施。2.0.4 钢铁构件防腐涂装前的表面预处理对涂层的附着力和防护效果至关重要。只有高质量的表面预处理，才能有效地提高涂层的质量，延长钢构件的使用寿命。因此，必须认真搞好钢铁构件防腐涂装前的表面预处理。当前，大型钢铁构件经常采取的表面预处理方法有手工除锈，机械除锈、喷射除锈、酸洗除锈、火焰除锈等多种形式。井筒装备的钢构件在地面进行防腐蚀处理时，宜采用喷砂除锈和酸洗除锈，不允许采用人工除锈和带锈底漆等表面预处理方法。因为无论是人工除锈或是带锈底漆，都不能有效地除去锈蚀，达到良好的防腐蚀效果。带锈底漆能直接涂刷在带有一定锈蚀的钢铁表面上，由于使用方便，曾于80年代初期在煤炭行业的井筒装备防腐蚀施工中得到推广。但实践证明：其防腐蚀效果不好。因为新钢材表面的氧化皮属惰性物质，不论采用哪种带锈涂料，均不能将其稳定或转化，并且氧化皮的热膨胀系数与漆膜和钢铁相差十几倍，遇到温度变化，漆膜将与之脱离。上海冶金研究所曾应用穆斯堡尔谱学对带锈涂料与铁锈反应生成物的分子结构进行分析，结果表明，目前的带锈涂料都没有完全达到预期的目的。2.0.6 当采用涂料防护时，本规范推荐使用两大类涂料：即环氧沥青类防腐涂料和氯化橡胶类防腐涂料。这两类防腐涂料都具有优异的物理机械性能和耐化学腐蚀性能，用于煤矿井筒装备防腐蚀是经过时间考验、大面积推广使用证明的，其防腐蚀性能良好，使用寿命长。 根据实验室试验的结果和长期应用的实践证明，环氧沥青类涂料较适合中、碱性淋水的矿井；而氯化橡胶类涂料更适合条件苛刻的酸性水矿井或含盐量高的矿井；富锌底漆具有电化学保护作用，作井筒装备的第一道底漆，能更有效地发挥面漆的防护作用。防腐涂料涂刷前必须对被涂表面进行严格的表面预处理，通常要求喷砂（丸）除锈或酸洗除锈、钝化处理，表面预处理质量达到瑞典标准Sa2.5级以上。这也是达到长时期保护必不可少的第二个重要因素。厚涂层是长效防腐蚀的第三个重要因素。防腐界有一个共识：长效防腐蚀涂料的涂刷厚度不应小于200μm，并要求3遍以上的涂刷遍数，这样才能达到有效防护的目的。但是，对于维护方便的其他矿用设备，其涂层厚度可根据实际情况而定，但涂刷遍数应达到3遍或以上，以保证防腐蚀质量。煤矿井筒装备属永久性工程，使用期间维护困难，选用长效防腐蚀涂料。认真进行表面预处理，并达到所要求的涂刷厚度及涂刷遍数，这些都是必须和应该做到的。2.0.7、2.0.8 随着矿山防腐蚀新材料、新工艺、新技术的不断推广，在长效防腐涂料的基础上，矿山防腐蚀又推出了金属镀层和金属镀层加有机涂层的复合涂层。复合涂层在国际上又称为“2+2=5”体系，即体系的防护时间大于单一金属镀层和有机涂料防护层寿命之和。这将使钢构件的寿命又大大地提高了一步。目前矿山主要采用的金属镀层有热喷涂锌（铝）及热浸镀锌。这两种金属镀层都能对钢构件起到有效的保护作用。热喷涂：是利用压缩空气将熔融的金属雾化，高速喷至预先经喷砂处理的钢铁构件表面，形成具有较好结合力的金属保护层，常用的热源有电弧喷涂和火焰喷涂两大类。热喷涂层孔隙率较高，需采用有机涂料封闭，以提高其耐腐蚀性能。热浸镀：是将钢铁基体浸在熔融状态的金属液中，在钢铁表面形成一层金属保护膜，目前常采用热浸镀锌。热浸镀锌涂层致密，与基体金属结合力强，镀层厚度只能达到100μm以下。热浸镀锌外加有机涂料的复合防护体系，在国内外多个领域中广泛采用。金属镀层加有机涂层的复合涂层，是腐蚀控制的一个极为重要的进步，在使用得当的环境中，能够获得最佳协同作用，为了不过多地增加工程造价，并获得最佳的防护效果，本规范推荐的金属镀层加有机涂层的复合涂层，其总厚度不应小于250/μm，有机涂层至少需经3次涂刷完成。2.0.9 我国的井筒装备防腐蚀最早采用的是技术落后的煮沥青，涂红丹漆、调和漆的方法，其防腐蚀效果很差，个别矿区不到一年钢构件均已锈蚀。对于已安装的没有采用很好防腐蚀措施的锈蚀严重的井筒，本规范推荐一套现实可行的生产矿井井筒装备防腐蚀施工工艺。工艺要求：在井筒现场采取人工除锈的办法除去松动的锈皮、旧漆膜及一切污物，涂刷1道干湿两用带锈底漆，2道干湿两用面漆，漆膜总厚度应大于150μm。该涂料在有淋水的环境下能方便地涂刷在钢结构上，形成封闭的漆膜，有效地保护钢结构免遭腐蚀。对于有较大冲击性淋水的部位，刷漆时应进行遮挡，防止落水直接冲击未固化的漆膜。 进行生产矿井井筒装备防腐蚀维护时，必须搞好安全防护。以提升罐笼或箕斗的顶部作施工基地，搭设架板，挂安全网，施工人员戴安全帽，系安全带。3 施工3.0.1 1976年以前矿山防腐蚀没有引起必要的重视，70年代后期矿山设备防腐蚀日益受到重视，尤其是井筒装备的防腐蚀质量不断提高。自1988年煤炭工业部颁发了《井筒装备防腐设计、施工及验收规范（试行）》后，各基建单位和矿务局普遍重视了防腐蚀施工，多数施工单位能根据防腐蚀设计要求编制防腐施工工艺及质量控制内容，使防腐蚀施工质量有了明显的提高。为了确保防腐蚀质量，本规范把编制防腐施工工艺和施工组织措施纳入条文。4.0.3 防腐蚀质量分为合格、优良二个等级。根据测试结果，对工程防腐蚀质量进行评定。如抽检结果不合格，必须在安装前采取补救措施，直至合格。防腐蚀质量的评级标准见本规范附录F。4.0.4 防腐蚀施工期间，应在现场检查是否符合防腐蚀施工条件及防腐蚀施工质量。4.0.5 地面防腐蚀处理结束后的验收主要检查涂层厚度和附着力，并应符合下列规定：a）检查数量：1）涂层厚度抽检总件数的5%，但不得少于5件，每个工件均匀取10个点进行测试。2）涂层附着力抽检总件数的1%，但不得少于3件，每个工件测一个点。如抽检结果不合格，此时再抽取总工件的10%进行检查。b）测试方法见本规范附录E。4.0.6 采用玻璃钢复合材料加工制作的立井井筒装备，其构件质量的检查及验收，应符合复合材料构件质量检查评定标准。4.0.7 井筒装备防腐蚀工程竣工时，防腐蚀验收主要检查涂层损坏部位的修补情况，及玻璃钢复合材料构件的安装及连结情况。若发现质量不合要求，必须进行处理，直至合格。 附录A 推荐使用的耐蚀材料A.1 推荐使用的耐蚀材料名称用途效果玻璃钢栅栏代替梯子间原金属网防腐蚀效果好梯子间复合玻璃钢梁代替梯子间的钢梁 玻璃钢梯子、平台板代替梯子间原金属纹钢板、水泥板和钢结构梯子A.2玻璃钢制品的机械安全性能指标项目单位指标试验方法优良合格机械性能抗拉强度玻纤纱MPa140120GB3354玻纤布160130GB1447抗压强度玻纤纱5035GB1448玻纤布6040GB1448弯曲强度玻纤纱9070GB33560玻纤布10080GB1449安全性能表面电阻Ω≤3×108MT113酒精喷灯火焰燃烧试验有焰燃烧时间s当酒精喷灯移走后，每组6条试件的有焰燃烧时间总和不得超过18，其中任何试件的续燃时间不得超过10MT113试件置于酒精喷灯火焰中燃烧时间为30无焰燃烧时间当酒精喷灯移走后，每组6条试件的无焰燃烧时间总和不得超过120，其中任何一条试件的续燃时间不得超过60附录B 金属表面预处理等级金属表面预处理等级采用瑞典标准SIS055900除锈质量等级标准，该标准共分六个除锈等级，其中手工机械除锈分为二个等级，喷射除锈分为四个等级。每个等级的质量要求如下：St2级，手工机械除锈。要求除去钢铁表面松动的氧化皮，疏松的铁锈和其他污物。St3级，动力机械除锈。要求除去钢铁表面松动的氧化皮，疏松的铁锈和其他污物，钢铁表面呈现明显的金属光泽。Sa1级，轻度喷射除锈。应除去疏松的氧化皮、锈蚀及污物，在基底金属上显露大量均匀散布的金属斑点。Sa2级，工业喷射除锈。应除去几乎所有的氧化皮、锈蚀及污物，最后用干燥的压缩空气清理表面，表面稍呈灰色。Sa2.5级，接近出白级喷射除锈。金属表面清除到仅有轻微的点状或条纹痕迹的程度，并用干燥的压缩空气或其他工具清理表面，表面呈银灰色。 Sa3级，出白级喷射除锈。应完全除去金属表面的氧化皮、锈蚀及污物。用于燥的压缩空气或其他工具清理表面，其外观具有均匀一致的金属光泽。附录C 推荐使用的矿山防腐蚀涂料种类涂料名称色泽防腐蚀性能适用条件底漆环氧富锌底漆银灰优良适用于中、碱性水质的矿井，5℃以上的气温条件施工氯化橡胶富锌底漆各种水质的矿井，-20℃以上的气温条件施工无机富锌底漆各种水质的矿井，10℃以上的气温条件施工，须喷砂除锈防护涂料环氧沥青厚浆型防腐涂料环氧玻璃鳞片防腐涂料黑色及深褐色 优良中、碱性水质的矿井中使用，5℃以上的气温条件施工低温固化环氧（沥青）涂料适用于中、碱性水质，-5℃以上的气温条件施工氯化橡胶系列防腐涂料黑色、深褐色及其他颜色在各种淋水的矿井中均可使用，-20℃以上的气温条件下施工维护修补涂料干湿两用系列防腐涂料棕褐色及其他颜色优良在潮湿、有水的现场使用表D推荐使用的防腐蚀施工工艺涂层名称表面处理方法底部涂层防护涂层涂层总厚（μm）涂装时间间隔（h）施工环境涂层涂装方法涂装遍数涂层厚度（μm）涂装涂装方法涂装遍数涂层厚度（μm）有机涂层酸洗除锈钝化处理或喷砂除锈富锌底漆刷 涂1~230~70氯化橡胶系列防腐涂料刷涂或喷涂3~4150~180≮200>6-20℃以上的气温条件下施工3180~220≮2508~245℃以上气温条件下施工 环氧沥青厚浆型防腐涂料低温固化环氧沥青涂料3180~220≮25024-5℃以上的气温条件下施工金属镀层喷砂除锈热喷镀锌热喷1~2100~200氯化橡胶类涂料刷涂或喷涂2——>6-20℃以上气温条件下施工环氧类涂料2—>85℃以上气温条件下施工酸洗除锈热浸镀锌热浸160~100———————复合涂层喷砂除锈热喷镀锌热喷1~2100~200氯化橡胶类涂料刷涂或喷涂3150~200≮250>6-20℃以上的气温条件下施工环氧沥青类涂料3150~200≮250>85℃以上的气温条件下施工复合涂层酸洗除锈热浸镀锌热浸160~100磷化底漆刷涂110~20≮2508~245℃以上的气温条件下施工环氧沥青涂料刷涂或喷涂2~3150~200低温固化环氧沥青涂料2~3150~200≮25024-5℃以上的气温条件下施工焊缝或漆膜损坏部位修补干湿两用系列防腐涂料刷涂2>150—>6淋水或干燥环境均可附录E 涂层质量测试方法 E.1 涂层厚度涂层厚度是保证防腐蚀效果的一项重要质量指标，在施工中必须严格控制涂层厚度的测定，一般采用涂层测厚仪。井筒装备防腐蚀涂层测试宜用磁性测厚仪。测试时，具体操作方法可参考产品使用说明书。E.2 有机涂层附着力附着力是考核漆膜性能的最重要指标之一。有机涂层附着力，现场测试用划格法。划格法规定，在已防腐蚀处理好的钢构件上，在离开边沿20mm以上的立置，用单面刀片划1mm×1mm小格100个以上，然后用手轻轻擦抹漆膜。若85%以上的漆膜不脱落为合格，95%以上不脱落为优良。E.3 金属镀层附着力E.3.1 热浸镀层附着力金属镀层附着力采用弯曲试验法测定。用碳钢制作试片，其厚度为a，宽度b=2a±2mm，且不得小于10mm，长度l=5a+150mm，按规定进行表面处理和涂装金属镀层。然后在台钳、压力机或弯曲试验机上进行附着力的测试，具体测试方法如下：首先将试样放在支撑辊上，两辊距离等于d+2.1a，用弯曲辊（宽度为d）下压，使试样的弯曲角达到一定角度后，再用弯曲机或台钳使试样弯曲到180°。试样弯曲到180°后，用肉眼检查弯曲的外沿，若金属层既无脱落，也没出现B8显的裂纹，则为优良；若距试样边缘5mm以上的地方出现金属镀层脱落，或出现了露出钢基体的大裂纹，则认为附着力不合格。E.3.2 热喷涂层附着力现场按划格法试验，划格刀具刃口与涂层表面保持90°切割后，涂层基体须完全切断，划痕间距3mm，在格子状涂层表面贴上粘胶带，用500g负荷辊子或手指压紧，以手持粘胶带一端，按与涂层表面垂直方向，以迅速又突然方式将粘胶带拉开，涂层不剥落为合格。若要定量测涂层结合力，应按相应的国家标准执行。附录F 防腐蚀质量的评级标准F.1 防腐蚀质量的评级按防腐蚀涂层及金属镀层，工件防腐蚀和防腐蚀工程三部分进行。F.2 防腐蚀涂层的质量标准主要包括涂层厚度质量标准和涂层附着力质量标准。并应符合下列规定： a）涂层厚度的质量标准应符合下列规定：1）合格：80%以上测试点的涂层厚度的测试数据大于或等于规定厚度，且最小厚度不低于规定厚度的75%。2）优良：95%以上测试点的涂层厚度的测试数据大于或等于规定厚度，且最小厚度不低于规定厚度的90%。3）20%及以上测试点的涂层厚度测试数据低于规定厚度，或有10%以上测试点涂层厚度较规定厚度低25%以上，则评为不合格。b）涂层附着力的质量标准应符合下列规定：1）合格：80%以上测试点用划格法测试出的附着力数据大于95%，且没有低于85%的测试数据。2）优良：所有测试点用划格法测出的附着力数据均大于95%。3）若出现低于85%的测试数据，则要求加倍复测，若仍有低于85%的数据，则定为不合格。F.3 金属镀层的质量标准金属镀层的质量标准主要包括镀层厚度质量标准和镀层附着力质量标准。其镀层附着力测试在现场做试件，依照相应的测试方法进行。镀层厚度和附着力质量标准的评定依照F.2的规定进行。F.4 工件防腐蚀的质量标准工件防腐蚀质量的等级按涂层厚度和附着力所评定等级的最低等级确定。F.5 防腐蚀工程的质量标准应符合下列规定：a）合格：所检测各类工件的防腐蚀质量全部合格。b）优良：所检测各类工件的防腐蚀质量全部合格，其中50%及其以上为优良。附录G 名词解释      1.腐蚀：材料在周围环境的作用下所引起的破坏或变质称为腐蚀。腐蚀对象包括各类材料，但习惯上往往只把金属材料的破坏称为腐蚀。对于非金属材料则有另外的称呼。例如：橡胶、塑料、玻璃钢等称为“老化”，砖石、混凝土称为“风化”，木材等称为“腐烂”……。 2.防腐蚀：人们采取许多不同的手段或方法来防止或减轻腐蚀的发生，称防腐蚀。主要包括采用耐蚀金属或合金材料，发展耐蚀非金属材料，进行表面保护和电化学保护，进行介质处理，改善和控制腐蚀环境等。3.防腐涂料：是指一系列涂在金属表面上能防止或延缓金属腐蚀的涂料。4.pH值：介质酸碱度的表示方法。其值为溶液中H+浓度的负对数，-1g[H+]其大小为1~14，数值越小，酸性越强。5.表面预处理：为提高防护涂层的质量，在防腐涂装前，需采取适当措施和工艺清除工件表面的锈蚀、氧化皮和各种污物，或转化成稳定的形式，称表面预处理。6.磷化处理：使钢铁工件表面获得一层不溶于水的磷酸盐薄膜的表面处理工艺，磷化膜厚约5~15μm，与基体结合牢固，多孔，适于作涂料的底层。7.喷砂（丸）除锈：利用压缩空气作动力，将砂石（金属丸）等磨料喷向金属表面，靠磨料的冲击和摩擦作用，除去表面的锈层、氧化皮、旧漆膜及其他污物，可得到高质量的金属预处理表面。8.酸洗除锈：利用酸溶液与金属锈层发生化学反应而除去金属表面锈蚀、氧化皮的表面预处理方法。9.钝化处理：酸洗后的钢铁构件需立即放入含有氧化剂和成膜物质的碱性溶液中，中和除去残酸，并在钢铁表面生成一层具有保护作用的膜，可防止构件发生二次锈蚀，称为钝化处理。10.粗糙度：是指预处理后工件表面的粗糙程度，用RZ表示，有些被涂装的表面既要求表面的清洁度，又要求表面的粗糙度，以提高涂层的附着力。11.涂层附着力：是指保护涂层在被涂物体表面的粘结力，它直接关系到涂层的使用寿命和防护效果。12.金属镀层：是指在容易锈蚀的金属表面上覆镀一层耐腐蚀的金属保护膜，可保护内部金属不再生锈。常用的涂装方法有电镀、热喷涂、热浸镀、化学镀等。13.玻璃钢复合材料：煤炭系统讲的玻璃钢复合材料是指以钢结构为基本骨架，以合成树脂为粘结剂，玻璃纤维及其制品为增强材料，按不同的配方及成型方法而制成的玻璃钢包覆钢结构的材料。14.富锌底漆：是指干漆膜中超细锌粉含量达到85%（重量比）以上的高效防锈底漆，具有牺牲阳极的电化学保护功能。富锌底漆可分为有机富锌底漆和无机富锌底漆两大类，有机富锌底漆一般是采用环氧树脂、氯化橡胶和聚氨酯等作粘合剂，无机富锌底漆一般以硅酸盐或硅酸酯作粘合剂。 15.氢脆：是指在酸洗除锈过程中，酸与金属分子反应产生的氢原子很容易向金属内部扩散，当渗入到金属内部的夹层、孔隙和位错等缺陷部位的氢原子复合成氢分子时，将会产生极大的压力，有时甚至达到几十万个大气压，从而使金属材料的机械性能受到严重损害。例如，使金属的韧性、延展性和塑性降低，硬度、脆性提高，有时甚至会造成细微的裂纹。这种由于渗入金属内部氢的作用而使金属材料机械性能下降的现象叫氢脆。在酸洗液中添加适量缓蚀剂，可防止氢脆的发生。 附录H 本规范用词说明一、为便于在执行本规范条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：1.表示很严格，非这样做不可的：正面词采用“必须”；反面词采用“严禁”；2.表示严格，在正常情况下均应这样做的：正面词采用“应”；反面词采用“不应”或“不得”。3.表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的：正面词采用“宜”或“可”；反面词采用“不宜”。二、条文指定应按其他有关标准、规范执行时，写法为“应按……执行”或“应符合……规定”。 '