關(guān)于石化空冷器防腐措施的探討

侯欣妍

摘 要：空冷式換熱器是石油煉化企業(yè)中的關(guān)鍵設(shè)備，實踐經(jīng)驗表明，空冷器運行中極易發(fā)生腐蝕問題，降低了設(shè)備運行的安全性、穩(wěn)定性。文章結(jié)合當(dāng)下石化空冷器防腐蝕現(xiàn)狀、防腐技術(shù)等進行了分析，旨在為石油煉化企業(yè)的安全運行提供一定的借鑒價值。

關(guān)鍵詞：石化空冷器；防腐蝕；工藝條件；措施

中圖分類號：TQ050.3 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）01-0113-02

Abstract： Air-cooled heat exchanger is the key equipment in petroleum refining and chemical enterprises. The practical experience shows that the corrosion of air cooler is easy to occur in operation， which reduces the safety and stability of equipment operation. This paper analyzes the present situation of anticorrosion and anticorrosion technology of petrochemical air cooler in order to provide some reference for the safe operation of petroleum refining and chemical industries.

Keywords： petrochemical air cooler； anticorrosion； process condition； measure

前言

空冷器是石化企業(yè)中較為關(guān)鍵的設(shè)備，空冷設(shè)備運行狀況會對企業(yè)的整個生產(chǎn)工藝產(chǎn)生影響。結(jié)合空冷器換熱原理分析，設(shè)備需要經(jīng)流體長時間的沖刷作用，必須承受高溫高壓的特點，部分物流具有易結(jié)垢、易腐蝕的現(xiàn)象。此外部分石油產(chǎn)品需要裂解、分解后的產(chǎn)物極具腐蝕性，如鹽酸、硫化氫等。近年來，高硫分原油的比例逐漸增加，石化空冷器腐蝕問題日益嚴(yán)重。空冷器防腐處理主要包含兩方面要求，一是結(jié)合石化產(chǎn)業(yè)工藝流程等進行腐蝕物的檢測，積極采取科學(xué)方法進行監(jiān)控，監(jiān)控內(nèi)容包括氯離子、硫化氫、酸堿度等，避免腐蝕物濃度過高引發(fā)空冷島的泄露；二是加強空冷器設(shè)計、工藝要求方面的管理，最大程度提高設(shè)備抗腐蝕效能。

1 新材料的應(yīng)用

1.1 抗?jié)窳蚧瘹鋺?yīng)力腐蝕材料

從提高材料抗硫化氫腐蝕的角度出發(fā)，上海材料研究所、江蘇興澄等陸續(xù)推出ND鋼、08Cr2AlMo等材料，這些材料比常規(guī)Q345R等價格略有增加，但是材料抗腐蝕效果大幅提高。腐蝕問題危害巨大，圖1為某煉化廠腐蝕后的管端照片。在硫化氫含量較高的條件下，具有明顯抗開裂性能，同時耐有機酸效果突出。當(dāng)下國內(nèi)高硫原油化工裝置中類似材料的應(yīng)用逐漸增多。

1.2 抗氫誘導(dǎo)裂紋材料

這一材料的開發(fā)主要以舞陽鋼廠為代表，針對Q345R鋼進行升級優(yōu)化，提出Q345（HIC）、15CrMoR（HIC）材料。對應(yīng)材料中硫元素、磷元素的控制含量較低，同時為了提高鋼材的綜合性能，還添加了部分微量元素。對應(yīng)硫化氫介質(zhì)中具有良好的抗氫誘發(fā)裂紋功能。

1.3 雙相鋼和825材料的應(yīng)用

首先，雙相鋼的應(yīng)用，含鉻雙相鋼在地應(yīng)力作用下可表現(xiàn)出較高的耐腐蝕性能，尤其是耐穿孔方面的效果。與316L相比，鉻含量為25%的鋼材在耐孔腐蝕、縫隙腐蝕方面性能優(yōu)異。以煉化企業(yè)工藝流程分析，雙相不銹鋼在力學(xué)方面綜合性能突出，強度、疲勞度、屈服強度等較奧氏體不銹鋼顯著增加，使用環(huán)境最高溫度為300℃。

其次，825合金是鎳基合金的代表，機械性能高、強度高、抗侵蝕效果良好。在酸環(huán)境、海水腐蝕中具有較好的應(yīng)用效果，是當(dāng)今石化產(chǎn)業(yè)中較為常見的抗腐蝕材料其他鎳基合金還包括哈氏合金等，在氯氣、硫酸等環(huán)境下應(yīng)用廣泛，防腐效果突出。

此外，從縮減空冷器加工制造成本的角度出發(fā)，也可采用復(fù)合材料進行處理。包括爆炸復(fù)合、堆焊等，基材多為價格低廉的碳鋼、低合金鋼，復(fù)合層包括316L、410S等材料，根據(jù)應(yīng)用場合不同，復(fù)合層的選擇和用量有所差異，這對降低提高材料奶腐蝕效果等起到了明顯促進作用。

2 防腐涂覆技術(shù)分析

2.1 有機涂層

低溫環(huán)境下，如果介質(zhì)環(huán)境中存在硫化氫氣體、HCl氣體，會冷凝成液態(tài)，進而腐蝕性顯著增強，若是空冷器采用的是碳鋼結(jié)構(gòu)，會發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕反應(yīng)，即便是空冷器的材質(zhì)選擇為不銹鋼材料，也會出現(xiàn)一定程度的腐蝕狀況。面對這種狀況，國際上通用的方式是在空冷器管道內(nèi)進行有機涂層的涂抹，這樣可以有效的抑制腐蝕作用。我國的有機涂層防腐技術(shù)引進于德國，并且隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的提高，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的有機涂料也相繼被開發(fā)出來，表征著我國在石化空冷器防腐領(lǐng)域取得了顯著的提升。國內(nèi)換熱器涂料種類較多，最為常用的是TH-847、TH-901兩種。前者歸屬于耐水性涂料，工作溫度一般低于150℃，在海水、弱酸性、弱堿性環(huán)境中可降低設(shè)備腐蝕速度，其他介質(zhì)中也可起到一定的防腐效果，但是整體使用效果一般，近年來應(yīng)用程度略有下降。后者為耐油涂料，其抗腐蝕性能、耐熱效果良好，300℃以下的輕質(zhì)油品中應(yīng)用范圍廣闊，在250℃蒸汽吹掃中也具有較高的應(yīng)用頻率。

空冷器有機涂層制備方式如以下所示：酸洗-中和-磷化-烘干-底漆-烘烤-面漆-烘烤，其中，底漆和面漆的涂覆層數(shù)不得少于6層，總厚度需要控制在200-250mm之間，最后的烘烤環(huán)節(jié)可以將材料進行充分固化，以便致密涂層的形成，可以充分隔絕金屬基體與各種流體之間的接觸。有機涂層具有較強的抗腐蝕性、優(yōu)質(zhì)的傳熱性、較低的造價成本等優(yōu)點，特別是在空冷器低溫區(qū)輕油氣側(cè)表現(xiàn)的最為突出，是現(xiàn)階段性價比最高的石化空冷器防腐措施之一。

2.2 化學(xué)鍍Ni-P合金鍍層

化學(xué)鍍的基本原理是將基體放置于鍍液中，在化學(xué)反應(yīng)的作用下，鍍液中的金屬被還原并沉積在基體表面，進而形成致密的鍍層，可發(fā)揮有效的防腐效果。但是因為空冷器的結(jié)構(gòu)稍顯復(fù)雜，若是采用傳統(tǒng)的浸鍍工藝，技術(shù)上很難實現(xiàn)，在施鍍的過程中，廢液、廢氣、廢渣的排出也不容易解決，而且因為很難保證鍍層的均勻性，防腐性能也很難達到應(yīng)有的效果。面對這樣的情況，人們采取內(nèi)腔循環(huán)流鍍的模式對空冷器開展化學(xué)鍍，采用的是Ni-P鍍層，這種封閉式的循環(huán)施鍍模式，可以有效的解決傳統(tǒng)施鍍方式所帶來的問題。其工藝流程主要為堿洗-熱水洗-酸洗-水洗-活化-化學(xué)鍍-水洗-鈍化，鍍層厚度要求較為嚴(yán)格，最低為30μm、最高為50μm，在鍍層定型后，通過銼刀和彎曲試驗確定鍍層與基體之間是否結(jié)合充分，并保證鍍層致密均勻，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)基體與外界環(huán)境之間有效的隔離。

化學(xué)鍍Ni-P合金鍍層具有良好的耐高溫性、導(dǎo)熱性和耐磨性，硬度較高并且不易結(jié)垢，可以有效防止硫離子和氯離子的腐蝕作用。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)化學(xué)鍍Ni-P合金鍍層處理后，空冷器使用年限較處理前顯著提升，但是需要較高的資金投入，所以，該種方法適合應(yīng)用在防腐性要求較高的領(lǐng)域。

3 制造工藝防腐技術(shù)分析

3.1 焊接工藝的改進和優(yōu)化

空冷器具有較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，所以在生產(chǎn)過程中，會出現(xiàn)數(shù)量龐大的焊縫，因為不同結(jié)構(gòu)采用的焊接工藝不同， 因此焊縫的性質(zhì)也不盡相同，為了能夠保證空冷器的使用年限，需要從以下方面開展焊接工作：第一，需要保證焊縫具有良好的力學(xué)性能，對各種負(fù)荷的沖擊作用可以有效的抵抗；第二，需要保證焊縫具有較強的抗腐蝕性，這就要求選擇具有抗腐蝕性的焊接材料，并采取有針對性的焊接工藝開展作業(yè)。在焊接過程中，需要對焊接處進行熱處理，最大限度的消除或者較少焊接應(yīng)力的產(chǎn)生，從而保證焊縫的抗沖擊性和抗腐蝕性。

3.2 強化管端防護工作

在空冷器進口端的換熱管與管板連接的位置，各種介質(zhì)的沖刷作用顯著，也成為受腐蝕作用影響最為顯著的區(qū)域。若是采用傳統(tǒng)的焊接工藝，則空冷器的使用年限往往達不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的要求，這就需要采用更為先進的連接方式，以提升空冷器的使用年限?，F(xiàn)階段，應(yīng)用較多的是脹-焊結(jié)合連接方式，具體的工作原理是先在空冷器進口端加襯管，襯管的長度需要控制在300mm以內(nèi)，在端部進行翻邊作業(yè)，將焊縫包裹起來，采用耐高溫耐腐蝕的密封膠將襯管與換熱管之間的空隙進行密封，最后開展脹接作業(yè)。

3.3 提升空冷器的介質(zhì)面的有效處理

在空冷器的運行過程中，與介質(zhì)直接接觸的表面質(zhì)量很大程度上影響著空冷器的使用年限，同時也是防腐工作需要重點關(guān)注的區(qū)域?？绽淦鞯募庸ぶ圃熘?，需要及時進行焊縫缺陷處理；針對表面涂覆其他材料的管段則要及時進行保護，避免外界碰撞引發(fā)劃傷問題，降低點蝕幾率。當(dāng)下行業(yè)內(nèi)部規(guī)范尚未對表面控制做出強制性規(guī)定，但以奧氏體不銹鋼為例，該材料接觸熱流體介質(zhì)的部分必須進行酸洗、鈍化處理。倘若鈍化后仍需要進一步進行焊接操作，則焊縫位置必須引起重視，一般還需單獨進行酸洗、鈍化，保證表面形成致密的氧化薄膜，這對空冷設(shè)備后續(xù)抗腐蝕、抗沖擊效果等具有重大意義。

4 結(jié)束語

石化空冷器作為煉化企業(yè)較為重要的換熱設(shè)備，管束抗腐蝕問題已經(jīng)引起了業(yè)內(nèi)專家的關(guān)注，必須加強新材料、新工藝和制造方法方面的優(yōu)化，在保證換熱效果的基礎(chǔ)之上，充分延長設(shè)備使用壽命。從空冷器制造廠家方面分析而言，可采用防腐性能優(yōu)異的制造材料進行加工，提高表面處理、焊縫處理等工藝流程的優(yōu)化程度，從而最大程度的降低空冷設(shè)備腐蝕危害。從石油煉化企業(yè)廠家的防腐技術(shù)分析可以看出，新型防腐方法確實提高了設(shè)備使用壽命，對整個工藝操作長期連續(xù)安全運行提供了保障。

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