煉油廠換熱器管束鋅鋁稀土共滲防腐蝕技術(shù)

楊延平 陳 軒 陳 雁 秦學(xué)功 高玉奇 王文燦

(中國(guó)石油烏魯木齊石化分公司，新疆烏魯木齊 830019)

煉油廠換熱器管束鋅鋁稀土共滲防腐蝕技術(shù)

楊延平 陳 軒 陳 雁 秦學(xué)功 高玉奇 王文燦

(中國(guó)石油烏魯木齊石化分公司，新疆烏魯木齊 830019)

介紹了某石化公司科技項(xiàng)目鋅鋁共滲防腐蝕技術(shù)的特點(diǎn)，并通過(guò)對(duì)換熱器管束在不同生產(chǎn)裝置近十年的使用效果進(jìn)行分析，認(rèn)為在煉油裝置應(yīng)用鋅鋁共滲防腐技術(shù)是最佳選擇。

換熱器管束 鋅鋁稀土共滲 防腐蝕 抗腐蝕性分析

鋅鋁稀土共滲防腐蝕技術(shù)是某公司的科技開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，該防腐蝕技術(shù)對(duì)于減緩含酸、含硫介質(zhì)引起的換熱設(shè)備及塔內(nèi)件腐蝕有顯著效果。由于酸和硫腐蝕導(dǎo)致?lián)Q熱設(shè)備介質(zhì)竄漏，造成非計(jì)劃停工。而經(jīng)鋅鋁共滲處理的碳鋼具有優(yōu)異的抗腐蝕性能和抗磨蝕性能，如耐大氣腐蝕、耐工業(yè)水和海水腐蝕、耐應(yīng)力腐蝕與腐蝕疲勞、耐高溫氧化和硫化物腐蝕、耐高溫環(huán)烷酸腐蝕以及抗?jié)B碳等。鋅鋁共滲鋼可以取代昂貴的不銹鋼且具有比不銹鋼更好的抗腐蝕性能。

1 鋅鋁稀土共滲防腐蝕技術(shù)特點(diǎn)

試驗(yàn)研究表明，在鋅中加入鋁可提高涂層的耐蝕性能，當(dāng)鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí)，鋅－鋁合金的耐蝕性能最佳。鋅鋁合金鍍層具有比熱浸鍍鋅層更優(yōu)異的耐蝕性和抗氧化性，兼具鍍鋅層和鍍鋁層的良好性能。而鋼鐵構(gòu)件經(jīng)鋅鋁包埋共滲處理后可以獲得一種外層富鋁、內(nèi)層富鋅的雙層結(jié)構(gòu)的共滲層，其中富鋁層較薄，富鋅層較厚。鋁和鋅的電位都比鐵的電位低，能對(duì)鋼鐵基體起犧牲陽(yáng)極的保護(hù)作用。另外，在這兩種滲層中，鋁、鋅都是以與鐵的合金形式存在，降低了鋁、鋅和基體之間的電位差，從而能起到保護(hù)作用。由于加上稀土元素助滲劑的作用，進(jìn)一步提高了鋁、鋅原子的滲透性。滲層中這種與基體成化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)的鋅鋁共滲層與基體有良好的附著力，大大提高了抗腐蝕性能和抗磨蝕性能，與鋅鋁合金鍍層相比防腐蝕效果更加顯著。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室對(duì)鋅鋁共滲鋼的抗腐蝕性能對(duì)比得出的結(jié)果是:鋅鋁共滲鋼其抗硫化物腐蝕性能分別是滲鋅鋼的10倍，不銹鋼的100倍，20號(hào)鋼的250倍。其特點(diǎn)有:

(1)滲層致密，無(wú)孔隙，結(jié)合牢固，滲層與基體之間主要是Fe2Al5相和FeAl相;

(2)鋅鋁共滲處理的鋼鐵在高溫環(huán)境中具有與滲鋁類似的耐高溫腐蝕性能;

(3)鋅鋁共滲層的硬度達(dá)到Hv400～600，比基體提高3倍(一般20號(hào)鋼硬度為Hv100～150)，具有優(yōu)良的耐磨性能;

(4)鋅鋁共滲層的抗腐蝕性能兼顧了滲鋅層和滲鋁層的優(yōu)點(diǎn)，可適用于常溫腐蝕介質(zhì)和高溫腐蝕介質(zhì);

(5)鋼鐵鋅鋁共滲后使得硬度提高并具有很好的抗磨蝕和抗沖刷腐蝕性能;

(6)鋼鐵的鋅鋁包埋共滲在600℃以下進(jìn)行，可以避免滲鋁溫度高易造成構(gòu)件變形的問(wèn)題，特別適用于大型構(gòu)件的滲涂;

(7)鋅鋁共滲的溫度比滲鋁低得多，所以鋅鋁共滲的能耗比滲鋁大幅度下降，可使生產(chǎn)成本顯著下降;

(8)換熱器整體鋅鋁稀土共滲為陽(yáng)極涂層，可提高換熱器的使用壽命3倍以上;

(9)換熱器整體鋅鋁稀土共滲比滲鋁管束換熱器和化學(xué)鍍換熱器的成本低10%～25%。

2 鋅鋁稀土共滲防腐蝕技術(shù)的應(yīng)用

2002年至今，鋅鋁共滲中試裝置共對(duì)78臺(tái)換熱器管束進(jìn)行了滲鋅鋁防腐蝕，碳鋼換熱器管束經(jīng)過(guò)滲鋅鋁后，耐腐蝕性能有顯著提高，在煉油廠使用最長(zhǎng)達(dá)7 a，至今未更換。溶鋅鋁防腐蝕換熱器使用情況見(jiàn)表1。

表1 滲鋅鋁換熱器使用狀況統(tǒng)計(jì)

從表1可見(jiàn)，序號(hào)為1～20的換熱器管束使用鋅鋁共滲后，防腐蝕效果顯著，因此對(duì)以上設(shè)備所處工況以及使用情況進(jìn)行了對(duì)比分析。

同時(shí)，從表1中可看出，序號(hào)為21～29的換熱器管束使用周期平均為3 a，相比而言，未達(dá)到預(yù)期效果，但仍然比未鋅鋁共滲的換熱器管束使用周期增加了1～2 a。其原因有二:一是所使用的換熱器管束規(guī)格基本為φ1 000 mm以上的大直徑換熱器，由于該公司鋅鋁防腐蝕生產(chǎn)裝置為中試裝置，加熱爐偏小，只能對(duì)φ900 mm及以下管束采取整體進(jìn)爐滲鍍處理。對(duì)于φ900 mm以上的換熱器管束，采用先對(duì)單根管子進(jìn)行滲鍍處理，再交安裝公司制作成管束，再對(duì)該管板進(jìn)行防腐蝕處理。由于經(jīng)過(guò)鋅鋁共滲后的管子，制作焊接工藝有別于未經(jīng)處理的管子，不僅在制作過(guò)程中增加了一定的難度，而且折流板和管板，以及管板接頭的角焊縫未滲，不可避免地造成管束整體滲鍍質(zhì)量有所下降，從而換熱器管束防腐效果不理想;二是序號(hào)為21～29換熱器管束所在車間在生產(chǎn)過(guò)程中，為了洗去液態(tài)烴中各種酸和鹽類，加入了堿性助劑，而鋅鋁共滲的產(chǎn)品比較適用于pH值小于7的酸性環(huán)境。在防腐蝕工藝選擇上，還要進(jìn)一步研究。

除此之外，從目前所使用的不同裝置工況來(lái)看，鋅鋁共滲防腐蝕均適用，其防腐效果都很明顯。上述換熱器管束在未采用鋅鋁共滲前，平均每2 a更換一次管束。經(jīng)滲鋅鋁后，使用時(shí)間均超過(guò)4 a以上，并仍在裝置中運(yùn)行。

該項(xiàng)技術(shù)還應(yīng)用于中國(guó)石化集團(tuán)西北石油局雅克拉采氣廠輕烴處理裝置的一臺(tái)換熱器。該換熱器因使用工況較惡劣(介質(zhì)中高含H2S及環(huán)烷酸，工作溫度250℃)，先后使用了碳鋼、雙相鋼、不銹鋼以及碳鋼熱固化、鎳磷鍍等材質(zhì)和防腐工藝，但在裝置生產(chǎn)使用中，最長(zhǎng)未超過(guò)3個(gè)月，就發(fā)生了嚴(yán)重的腐蝕穿孔或堵管現(xiàn)象。2009年8月使用了鋅鋁共滲的換熱器管束后，截止2011年6月底已使用22個(gè)月，運(yùn)行良好。

3 鋅鋁稀土共滲生產(chǎn)工藝的改進(jìn)

針對(duì)φ1000 mm以上管束采取先滲單管而引起的焊接質(zhì)量難保證的問(wèn)題，一是對(duì)單管鋅鋁共滲前管頭的處理工藝進(jìn)行了改進(jìn);二是在制作過(guò)程中，提醒安裝公司調(diào)整焊接工藝，盡可能解決管束制作時(shí)焊接質(zhì)量的問(wèn)題;三是針對(duì)管束所處工況(即主要腐蝕介質(zhì)及工作溫度的不同)，來(lái)調(diào)整滲劑中鋅、鋁粉的比例。通過(guò)上述措施，使防腐效果達(dá)到了最理想的狀態(tài)。

4 結(jié)論

鋅鋁共滲鋼是一種抗腐蝕、抗磨蝕和耐氧化的新材料，可在600℃以下長(zhǎng)期使用，可用來(lái)代替不銹鋼和耐熱鋼。在硫化氫、二氧化硫、三氧化硫、水煤氣、氫氰酸、環(huán)烷酸、煙氣和大氣等介質(zhì)中具有優(yōu)越的抗蝕性能和抗磨蝕性能。通過(guò)對(duì)中國(guó)石化集團(tuán)西北石油局雅克拉采氣廠及中國(guó)石油烏魯木齊石化公司煉化裝置中的換熱器、爐管及塔內(nèi)件工業(yè)試驗(yàn)證明，經(jīng)過(guò)鋅鋁稀土共滲處理的碳鋼其使用壽命是普通碳鋼的4倍以上，不銹鋼的2倍以上，能給用戶帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

Zn－Al－Rare Earth Diffusion Corrosion Protection Technology of Refinery Heat Exchanger Tubes

Yang Yanping，Chen Xuan，Chen Yan，Qin Xuegong，Gao Yuqi，Wang Wencan PetroChina Urumqi Petrochemical Company(Urumqi，Xinjiang 830019)

The characteristics of Zn－Al－Rare Earth diffusion corrosion protection technology applied in the project of a petrochemical company are described.The ten years commercial operation of Zn－Al－rare earth diffused heat exchanger tubes in different process units and operation performance are analyzed.It is concluded that the application of Zn－Al－rare earth diffusion corrosion protection technology is the best selection for refinery process units.

heat exchanger tube，Zn－Al－rare earth diffusion，corrosion protection，corrosion resistance analysis

TE985

B

1007－015X(2011)04－0033－03

2010－11－ 20;

2011－07－17。

楊延平(1962－)，1983年畢業(yè)于吉林工學(xué)院機(jī)械制造工藝與設(shè)備專業(yè)，現(xiàn)在該公司監(jiān)測(cè)中心從事石油化工設(shè)備研究、設(shè)備檢測(cè)工作。E-mail:yangypws@petrochina.com.cn