氯堿化工設(shè)備防腐蝕技術(shù)的應(yīng)用

翁祥根

（上海氯堿化工股份有限公司)

0 前言

在化工設(shè)備設(shè)計和維修的材料選用方面，通常優(yōu)先考慮物料介質(zhì)與所選材料在強(qiáng)度、溫度和耐腐蝕性等方面的匹配。如果在材料選擇方面能結(jié)合可靠的防腐蝕處理，則既可以降低造價，又能提高設(shè)備運轉(zhuǎn)的可靠性。上海氯堿化工股份有限公司在設(shè)備的防腐蝕處理上進(jìn)行了多年的探索和應(yīng)用，并取得了較好的成效。本文將介紹幾種聚合物涂料在氯堿設(shè)備制造和維修中成功應(yīng)用的實例。

1 氯堿設(shè)備與涂層

上海氯堿化工股份有限公司主要產(chǎn)品有燒堿、液氯和聚氯乙烯，還有中間產(chǎn)品如氯化氫、二氯乙烷、氯乙烯、鹽酸等。其中二氯乙烷和氯乙烯是有機(jī)化工產(chǎn)品。在設(shè)備的材質(zhì)方面，既有鈦、鎳、雙相鋼、碳鋼和石墨等材質(zhì)的設(shè)備，也有襯四氟、襯橡膠的設(shè)備。其中用于氯氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的中間冷卻器選用碳鋼材質(zhì)的列管式換熱器，該換熱器采用循環(huán)水與氯氣進(jìn)行熱交換。由于三級換熱器中一級、二級換熱器的氯氣壓力低于循環(huán)水的壓力，一旦換熱器的列管出現(xiàn)泄漏，循環(huán)水將進(jìn)入到氯氣壓縮機(jī)中，直接破壞壓縮機(jī)的葉輪，造成較長期的停產(chǎn)，該公司就有過此教訓(xùn)。后來將循環(huán)水從封閉循環(huán)改成間接循環(huán)并增加在線pH分析儀表，情況有了改善。但由于從檢測到信號再連鎖停車是需要一定時間的，而高速運轉(zhuǎn)的壓縮機(jī) （轉(zhuǎn)速在10 000 r/min左右）當(dāng)含水量體積分率超過50×10-6時，將會在短時間內(nèi)產(chǎn)生較大的破壞。為此，在嚴(yán)格把握換熱器制造過程質(zhì)量關(guān)的同時，如何減緩循環(huán)水對碳鋼的腐蝕問題就顯得很重要。工業(yè)循環(huán)水在運轉(zhuǎn)過程中需要殺菌降藻，因此會定期向循環(huán)水中添加液氯，從而使循環(huán)水中含有的氯離子增多并對碳鋼造成腐蝕，循環(huán)水還易使列管的表面結(jié)垢并降低換熱效果。該公司1989年投產(chǎn)的德國PGW公司生產(chǎn)的氯氣壓縮機(jī)和1990年投產(chǎn)的日本荏原制作所生產(chǎn)的氯氣壓縮機(jī)都在使用了兩年左右時，發(fā)生過因換熱器列管受腐蝕泄漏而致壓縮機(jī)葉輪損壞的案例，由于考慮到此類因素，還備用了整套昂貴的壓縮機(jī)系統(tǒng)。為此，上海氯堿化工股份有限公司與上海金山某設(shè)備防腐有限公司 （該公司在石化行業(yè)較早開展了設(shè)備的涂層工作，對各種涂層材料的使用具有一定的經(jīng)驗）合作，首先開展了在氯氣冷卻器的循環(huán)水側(cè)涂層的試驗。經(jīng)過對涂料的耐腐蝕、耐溫和熱阻等方面綜合考慮，選擇了改型AH-924氨基環(huán)氧涂料進(jìn)行涂層 （在循環(huán)水側(cè)涂層）試驗。首臺做過涂層的換熱器在換熱效果和使用壽命等方面都超過預(yù)期 （使用6年以上仍未見明顯受蝕）。

2 碳鋼設(shè)備涂層的優(yōu)點

碳鋼設(shè)備涂層的優(yōu)點包括以下幾個方面：

（1）防腐性能好。通過涂層的隔離，減輕了含氯離子的工業(yè)循環(huán)水對碳鋼管材的點蝕、垢下腐蝕和細(xì)菌腐蝕。

（2）涂層表面光滑，硬度較高，摩擦系數(shù)小，不易滯留集積污垢，傳熱效果好。

（3）涂層抗沖刷、抗?jié)B透、耐溫變，環(huán)境適應(yīng)性好。

（4）既節(jié)省了維修費用和檢修時間 （經(jīng)統(tǒng)計，做過涂層的設(shè)備可延長使用壽命2～4倍），同時還保證了生產(chǎn)裝置的連續(xù)運轉(zhuǎn)，取得較好的間接效益。

（5）可以替代高價的金屬材料并取得更好的效果。

上海氯堿化工股份有限公司華勝化工廠在二氯乙烷裝置的焚燒單元，有一臺廢氣吸收換熱器，用于冷卻酸性廢氣，冷媒是循環(huán)水。由于控制難度較大，換熱器的使用壽命較短，曾經(jīng)使用過碳鋼和雙相鋼材質(zhì)的換熱器，但使用不超過一年就都受蝕泄漏 （物料側(cè)）而失效。在物料側(cè)做了涂層后使用壽命大大提高，目前使用已經(jīng)超過三年，經(jīng)檢查涂層狀況仍然很好。因此，我們將考慮進(jìn)一步做雙側(cè)涂層。

在確認(rèn)涂層的防腐效果后，對換熱器比較重要的涂層熱阻問題也在設(shè)計和實際的使用過程中得到了很好的解決。經(jīng)過二十多年的實際使用，在換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計未作任何改變的情況下，做過涂層的換熱器其換熱效果在使用初期并沒有明顯的降低，而且由于涂層表面不易結(jié)垢，長期使用換熱效果更佳。經(jīng)檢測，涂層的熱阻R=0.105 m2K/W。涂料的導(dǎo)熱系數(shù) λ=2.875 W/（mK）。

表1 碳鋼換熱器采用涂層與否使用情況對比 （使用1年）

3 常用涂料在氯堿設(shè)備上的應(yīng)用

目前，在氯堿設(shè)備上較常用的有兩種涂料：漆酚酞螯合高聚物防腐蝕涂料和改性AH-924氨基環(huán)氧鱗片涂料。涂刷工藝為底漆兩道，面漆四道，總厚度 160±40μm。

漆酚酞螯合高聚物防腐蝕涂料經(jīng)特殊加工后，其涂層表面光滑，除了具有優(yōu)良的機(jī)械性能、阻垢性能和耐磨性能外，還具有耐高低溫 （-30～300℃）性能，適用于各種鹽類、油類和低濃度無機(jī)酸以及燒堿等環(huán)境。

改性AH-924氨基環(huán)氧鱗片涂料具有好的熱穩(wěn)定性、抗?jié)B透性、化學(xué)穩(wěn)定性和較高的附著力，耐溫不高于120℃，適用于油、稀酸、弱堿和溶劑。

以上兩種涂料，漆酚酞螯合高聚物防腐蝕涂料應(yīng)用范圍廣，但加工成本相對較高。在燒堿裝置中較多采用改性AH-924氨基環(huán)氧鱗片涂料做防腐蝕涂層。

近年來，一些國外的著名制造商也采用高分子樹脂涂層來應(yīng)對設(shè)備的防腐蝕問題。如上海氯堿化工股份有限公司在2005年從日本神戶制鋼公司成套引進(jìn)的氯氣壓縮機(jī)的中間冷卻器，在其冷卻水側(cè)采用了聚氨酯涂層，液氯冷凍機(jī)的蒸發(fā)器 （液氯側(cè)）也采用聚氨酯涂層。這些設(shè)備使用7年多后情況仍良好。

2008年和2012年引進(jìn)并投產(chǎn)的德國西門子公司生產(chǎn)的氯氣壓縮機(jī)，中間冷卻器由國內(nèi)制造，但西門子公司對中間冷卻器的設(shè)計有明確要求，必須在冷卻水側(cè)做涂層處理。

聚氨酯防腐涂層的特點是防腐性能好。涂層具有良好的附著力、韌性、耐磨性和彈性，還具有耐酸、耐堿、耐鹽、耐油、耐石油產(chǎn)品、耐苯類溶劑和耐水、耐沸水、耐海水等的性能。此外，還具有較好的耐溫性 (可耐160℃)以及施工方便、干燥速度快、在0℃時也能正常固化、一次成膜厚、施工道數(shù)少等特點，施工時采用通用施工方法即可。

以上介紹的實例比較適用于無機(jī)化工物料的長期耐腐蝕性環(huán)境。近年來，一種新型的、可耐有機(jī)溶劑的涂料開始得到應(yīng)用。例如，上海某防腐蝕工程有限公司消化吸收國外技術(shù)，自主開發(fā)了Sipolymer高性能陶瓷聚合物涂料。該涂料可粘合在鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)表面，有非常好的耐蝕性，可耐各種酸、堿、鹽和溶劑，尤其可用于二氯乙烷和氯乙烯介質(zhì)中，具有高韌性、強(qiáng)延伸性、高成膜性、優(yōu)良的耐磨性和常溫固化、容易修補、蒸汽清洗等優(yōu)點。大連美德鐵科技有限公司引進(jìn)德國Multimetall公司技術(shù)，也開發(fā)了以聚合材料為主的、用于設(shè)備修復(fù)的涂層技術(shù)。

2011年，華勝化工廠的一臺酸性二氯乙烷換熱器 （雙相鋼換熱器）的管板和列管出現(xiàn)泄漏，采用封堵焊接的辦法解決了問題。但使用不久，又出現(xiàn)熱影響區(qū)泄漏的現(xiàn)象，封堵幾次后，泄漏面反而擴(kuò)大。2012年，采用了高性能陶瓷聚合物涂料在泄漏面上涂刷的方法解決了泄漏問題。一年多后再檢查，未發(fā)現(xiàn)泄漏和腐蝕?，F(xiàn)在，上海氯堿公司已經(jīng)打算在酸性的氯乙烯換熱器中對列管進(jìn)行防腐涂刷處理。此外，在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和二氯乙烷等廢水溝內(nèi)采用高性能陶瓷聚合物涂料進(jìn)行涂刷處理，可以防止化學(xué)品滲入地下。

Sipolymer涂料已經(jīng)具有在以上介質(zhì)中各種溫度下經(jīng)受浸泡和沖刷的成功經(jīng)驗。Sipolymer涂層的厚度：底涂200μm，面涂300μm。

現(xiàn)在，涂層處理的應(yīng)用范圍已經(jīng)越來越廣泛，從設(shè)備制造到設(shè)備維修都取得了良好的效果，并有加快推廣的趨勢。

設(shè)備涂層后需要妥善管理和維護(hù)。安裝吊運時須避免機(jī)械碰撞。檢修時，避免用蒸汽和高壓水槍直接沖洗涂層。運轉(zhuǎn)過程中，須避免冷卻水?dāng)嗨鸲虝r超溫造成涂層焦化脆裂。做過涂層的備用設(shè)備應(yīng)避免長期暴曬而使涂層老化。

[1] 余存燁，沈曉陽.國內(nèi)涂層換熱器防腐涂料及工程應(yīng)用 [J] .化工設(shè)備設(shè)計，1998，35（2）：45-50.

[2] 吳金奎.浮頭式碳鋼水冷器的防腐蝕涂裝 [J] .腐蝕和防護(hù)，2000，21(9)：402-405.

[3] 吳金奎.碳鋼水冷器防腐蝕涂層技術(shù)與應(yīng)用 [J] .石油化工腐蝕與防護(hù)，2003，20(2)：35-38.