绝缘罐、工艺设备和管道的好处，以减少能源使用和人身伤害的风险烧伤不能被夸大。然而，不幸的是，如果底层钢结构开始腐蚀，通常会在未被发现的情况下进行，直到出现危险的壁厚损失，或者更糟糕的是，发生灾难性的故障，导致密封失效。因此，绝缘下的腐蚀(CUI)是设施维护工程师关注的主要问题。
钢在接触水和氧气时会腐蚀，所以如果水能穿透绝缘层，就可能会产生腐蚀。可能的原因包括:
- 绝缘材料的选择不当，如矿棉、玻璃纤维和硅酸钙会吸收雨水、洪水系统或系统泄漏的水。此外，某些绝缘材料中含有氯化物，会加重电偶腐蚀，诱发奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂。
- 绝缘设计或安装不良，特别是在有问题的区域，如喷嘴、阀门和法兰的切口等。
- 机械损坏绝缘作为工厂操作或维护活动的一部分
- 在检查或维护活动后绝缘未正确更换
- 密封胶通过自然风化、热氧化或紫外线(UV)降解
- 水的凝结，特别是在有温度循环的冷冻或冷冻水系统和热表面上
- 在以蒸汽为主要加热介质的工厂中，空气中水分的吸收
此外，其他因素也可能影响腐蚀的可能性，例如大气中盐的污染，特别是在海洋环境中，或工艺流体和酸的泄漏。
幸运的是，市场上的许多涂层系统可以通过提供有效的腐蚀或化学攻击屏障来帮助防止CUI。热喷涂铝(TSA)或聚合物涂层是常用的，也可以是有效的，但产品选择以满足特定的工艺条件是重要的。
在高分子涂料的情况下，环氧树脂和环氧树脂是最常用的，因为它们提供了最大的配方灵活性。通过适当选择树脂、硬化剂和填料，可以创建涂层材料以满足广泛的设计标准，例如应用于制备不良或潮湿表面的能力、耐高温性、低温灵活性、耐化学性等，同时保护钢基板免受腐蚀。环氧树脂和环氧酚醛树脂被广泛认为具有优异的附着力，通常可在-4华氏度/-20摄氏度的温度下使用，在酚醛树脂的情况下，具有热稳定性，并且在适当的配方下，可在高达446华氏度/ 230摄氏度的温度下保持高比例的性能。最常见的是，它们被配制成双组分体系，但也可用单包热激活潜伏固化剂体系。最近，在低温(-76至-112华氏度/-60至-80摄氏度)和高温(932至1112华氏度/500至600摄氏度)情况下，越来越多地使用硅胶系统。此外，最近的发展已经看到了新型低导热涂层的引入，不仅降低了表面温度和热损失，而且还提供了对CUI的保护。根据性能和设计要求，这些材料可以在更薄的涂层厚度下作为CUI涂层使用，这将提高传统绝缘系统的性能，或者可以在更高的厚度下作为独立系统使用，以减少热损失和表面温度。
涂层厚度对降温的影响如图2所示，图2比较了涂有不同厚度隔热屏障涂层的钢板在热板上加热时的表面温度。
结果表明，该材料能够有效降低涂层板的表面温度。当接触时间较短时，一级(轻微)烧伤通常被认为发生在140华氏度/60摄氏度，当接触时间较长时发生在122华氏度/50摄氏度。因此，即使在热板温度高达302 F/150 C时，使用适当的涂层厚度，涂层板的表面温度也可以降低到140 F/60 C以下。然而，实验材料的低热容意味着，即使在较低的涂层厚度和较高的表面温度下，接触表面仍然是安全的，不会燃烧。
这是因为涂层中所含的热量过低，不足以引起燃烧，涂层的低导热性确保了它不能足够快地传递，以充分补充传递到皮肤的任何热量。例如，在该测试中发现，当样品放在302 F/150 C的热板上时，即使触摸3毫米(mm)的涂层部分，即使在接触几秒钟后，也没有检测到皮肤不适。测量温度和触摸温度之间的这种差异是独立研究的主题，由于这种能力，在许多情况下，如果安全是唯一考虑因素，使用这种涂层可以消除绝缘或安全笼的需要。
然而，随着能源成本和相关环境因素的不断增加，减少热损失是工业的另一个重要考虑因素，也是以这种没有CUI风险的方式进行设备绝缘的关键驱动力。通过使用这种材料，所节省的能源通常可以在设备的生命周期内多次支付系统的安装费用。
利用有限元分析(FEA)，量化了使用隔热屏障涂层系统所节约的潜在能源。这项研究还将温度和热量损失与更传统的绝缘材料岩棉进行了比较。
在这个例子中使用了8英寸的棚40不锈钢(304)管。为了比较绝缘和非绝缘管道，设计了三种独立的管道模型，并将其置于相同的热约束下:
- 热负荷:356 F/180 C应用于每三个管道的内表面
- 对流损失:7瓦每平方米开尔文[W/(m2K)]在68 F/20 C的环境温度下应用于三个管道的外表面
- 辐射损失:假设所有三个管道具有相同的外表面发射率(0.95)，周围温度为68 F/20 C
图3显示了三管道系统和有限元网格表示。每个管道被离散为用于每个计算点的子元素。
图4显示了分析结果。使用5毫米的隔热屏障涂层，表面温度降低105.1华氏度/58.4摄氏度，总热量损失几乎减半。正如预期的那样，当使用10倍厚度的岩棉时，表面温度和热损失更低，但薄层的热障涂层仍然几乎减半管道的热损失，同时提供了腐蚀保护，消除了CUI风险。
此外，将隔热屏障涂层厚度从5 mm增加到15 mm，表面温度和热流分别降低了34.3%和45.3%。
此外，岩棉会吸收环境中的水分，导致其导热性更强，更有可能引发CUI问题。多项研究表明，“湿”岩棉的热导率可提高至0.125 W/(m)2K)。
图5中的图表显示了一项研究的结果，其中岩棉的热导率从干燥(0.044 W/(m)2K))变湿(0.125 W/(m2K))。
在这里，随着岩棉含水率的增加，热损失和表面温度也会增加，而无孔环氧基热障涂层则没有这种缺点。
综上所述，环氧基涂料是一种有效的钢结构保温防腐方法。此外，低热导率屏障涂料的出现意味着在某些情况下可以消除对额外绝缘的需求。如果需要的话，它的性能得到了增强，并且基板可以免受CUI问题的影响。环氧基涂料的配方灵活性意味着这种材料可以量身定制，以满足各种应用和服务条件，并且正在进行的开发旨在进一步增强热障保护。
鸣谢
作者要感谢EnerTherm工程公司的Francois Pierrel博士的有限元分析。