王向?qū)?，程紹杰，王金昌

(海工英派爾工程有限公司，山東 青島 266061)

隨著天然氣需求的不斷增加，國(guó)內(nèi)液化天然氣(LNG)產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)LNG 接收站的需求量也日趨增加。LNG 接收站均分布在我國(guó)東部和南部海岸線上［1］。海水氣化器是LNG 接收站中的關(guān)鍵設(shè)備，是以海水為熱源的換熱設(shè)備，通過(guò)海水不停的對(duì)汽化器的換熱管不停的沖刷從而實(shí)現(xiàn)低溫LNG 換熱，使液態(tài)LNG 氣化。由于開(kāi)架式海水氣化器(ORV)的介質(zhì)是LNG 和海水，而換熱管又是長(zhǎng)期處于流動(dòng)海水的包覆中，對(duì)換熱管的防腐是至關(guān)重要的。介紹195 t/h 開(kāi)架式海水氣化器(以下稱海水氣化器為ORV)科研項(xiàng)目中ORV 換熱管的防腐情況。

1 ORV 換熱管的設(shè)計(jì)條件及結(jié)構(gòu)

介質(zhì) NG/LNG

介質(zhì)流量/(kg·h-1) 195 000

設(shè)計(jì)壓力(內(nèi)部)/MPa 12.0

設(shè)計(jì)溫度/℃ 65

操作壓力(內(nèi)壓)/MPa 10.5

操作溫度/℃ -162 至3

材料 6063-T5 鋁合金

結(jié)構(gòu)型式 星型翅片

2 ORV 換熱管材料特性

6063-T5 鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬材料，6063-T5 鋁合金密度低，但強(qiáng)度比較高，接近或超過(guò)優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用，使用量?jī)H次于鋼。

圖1 開(kāi)架式汽化器

圖2 星型翅片換熱管

2.1 6063-T5 自身特點(diǎn)

6063 鋁合金是AL-Mg-Si 系中具有中等強(qiáng)度的可熱處理強(qiáng)化合金，Mg 和Si 是主要合金元素。該合金加工性能好，具有優(yōu)良的可焊接性、擠出性及電鍍性、良好的抗腐蝕性、韌性，易于拋光、上色膜，陽(yáng)極氧化效果優(yōu)良，是典型的擠壓合金。

6063-T5 鋁合金有一個(gè)致命的缺點(diǎn)，這種材料遇到汞可引起金屬脆化，導(dǎo)致鋁合金材料對(duì)接焊縫處發(fā)生穿壁開(kāi)裂。這種脆裂失效對(duì)5083-O，5083 H112 和6063-T5 鋁合金材料都存在影響。溶液中存在的微量重金屬銅離子(10-9 級(jí))會(huì)在鋁合金表面沉積，使鋁合金自腐蝕電位正移，但卻不會(huì)破壞鋁合金表面自然氧化膜，使點(diǎn)蝕電位保持不變。

2.2 海水對(duì)6063-T5 的腐蝕

海水對(duì)6063-T5 的腐蝕情況是非常復(fù)雜的。該可項(xiàng)目中的ORV 換熱管一直處于流動(dòng)海水的不斷沖刷中，相當(dāng)于處于海水的飛濺區(qū)和全浸區(qū)，這是海水腐蝕比較復(fù)雜的兩個(gè)區(qū)域，腐蝕深度比平均腐蝕速度大2.5～3 個(gè)數(shù)量級(jí)，6063-T5 換熱管會(huì)因點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、剝落腐蝕或應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂等局部腐蝕受到破壞［2］。6063-T5 鋁合金一旦被海水腐蝕，就可能發(fā)生孔蝕，使腐蝕集中到被腐蝕部分從而產(chǎn)生空隙，從而降低材料的強(qiáng)度，使材料產(chǎn)生斷裂或剝離。防6063-T5 換熱管腐蝕的方法有在鋁合金表面噴涂鋁、鋅或鎂(及它們的合金)保護(hù)層，再加密封層。

3 ORV 換熱管在海水中的防腐

在本項(xiàng)目中，根據(jù)換熱管的材質(zhì)特性以及海水對(duì)其的腐蝕特點(diǎn)，主要從兩方面對(duì)換熱管的防腐進(jìn)行處理:

(1)控制海水的質(zhì)量:根據(jù)6063-T5 鋁合金的特點(diǎn)，一般要求所接觸的海水，不能含有汞離子同時(shí)銅離子含量不超過(guò)1 ×10-10。該項(xiàng)目中ORV使用的海水中不能含金屬汞和銅，海水溫度高于5 ℃，海水含沙量應(yīng)小于148 mg/L。這樣能夠有效的減少海水中的汞離子引起的材料本身的脆化以及銅離子電位正移引起的點(diǎn)蝕。

(2)在換熱管表面做防腐涂層:為有效避免因海水不斷沖刷對(duì)換熱管進(jìn)行腐蝕，在換熱管表面熱噴涂防腐層，使用犧牲腐蝕保護(hù)的方法對(duì)浸入海水中的換熱管進(jìn)行腐蝕保護(hù)處理。

3.1 防腐涂層工藝

防腐涂層的質(zhì)量直接決定防腐的效果，從而影響換熱管的使用壽命。

3.1.1 涂層材料

ORV 換熱管防腐機(jī)理為犧牲陽(yáng)極保護(hù)陰極的腐蝕機(jī)理。熱涂層的材料應(yīng)在電化學(xué)上比基材(6063-T5)更活潑，因此可以起到犧牲陽(yáng)極的作用，以阻止基材的腐蝕，Al-2%Zn 可以很好的滿足要求。

3.1.2 噴涂的步驟區(qū)域和厚度

ORV 熱噴涂主要分為三個(gè)步驟:表面處理、熱噴涂和密封。

(1)待噴涂表面用鋁土噴砂打磨，粗糙度滿足SIS Sa3。

打磨完后用壓縮空氣吹掃待噴涂表面，并進(jìn)行目測(cè)不能存在鋁土顆粒及污漬等。

(2)ORV 換熱管應(yīng)該以Al-Zn 為噴涂材料進(jìn)行氧丙烷噴涂。

(3)密封。熱噴涂涂層后金屬表面有微孔，這些微孔應(yīng)用密封物(環(huán)氧樹(shù)脂)灌注;密封物應(yīng)在熱噴涂后用液壓噴槍或手工刷在表面。

3.2 防腐涂層檢測(cè)

3.2.1 噴涂前檢測(cè)

在進(jìn)行噴涂前對(duì)徐噴涂的管件的檢測(cè)主要有:表面處理前用測(cè)其表面是否適合表面處理;表面處理后，用粗糙度儀測(cè)量粗糙度，粗糙度應(yīng)該為7～23 μm/Ra。

3.2.2 噴涂厚度檢測(cè)

管翅上的涂層厚度通過(guò)對(duì)管式和板式傳熱的切片樣品檢驗(yàn)方法來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。管式和板式的切片樣品應(yīng)放在管件邊上并同時(shí)進(jìn)行噴涂。噴涂完成后將管式樣品從中間切開(kāi)，并進(jìn)行放大拍照，通過(guò)測(cè)量照片來(lái)測(cè)量涂層厚度。板式樣品可通過(guò)顯微量尺來(lái)測(cè)量其噴涂厚度。涂層厚度應(yīng)為70～400 μm。

3.2.3 熱噴涂后檢查

(1)目測(cè)噴涂后的外表，看有無(wú)突起、沙眼、缺口及靠近的松散微粒是否都噴涂均勻。

(2)熱噴涂的劃痕測(cè)試。從板式樣品上切下間隔5 mm 的柵格裝的晶體(見(jiàn)圖3);在涂層上面緊粘一層黏性帶;垂直扯去黏性帶;涂層不應(yīng)該剝落。

圖3 熱噴涂的劃痕測(cè)試

3.2.4 密封的視檢

密封后，所有的熱噴涂層表面均應(yīng)進(jìn)行可視檢查。不應(yīng)該有異常狀況，如隆起、起泡、縫隙、脫落及重粘附力的灰塵。

4 結(jié)論

195 t/h 海水汽化器換熱管由于長(zhǎng)期處于海水中容易被海水腐蝕進(jìn)而破壞材料，應(yīng)采取相應(yīng)的防腐措施:

(1)控制海水中不含金屬汞離子和銅離子，海水溫度高于5 ℃，海水含沙應(yīng)小于148 mg/L。

(2)用犧牲陽(yáng)極保護(hù)陰極的腐蝕機(jī)理，采用熱噴涂方法在換熱管表面噴涂70～400 μm Al-2%Zn薄膜。

(3)為保證噴涂層質(zhì)量應(yīng)制定嚴(yán)格的噴涂工藝和檢測(cè)。

［1］張偉成.LNG 接收站開(kāi)架式氣化器在高含沙海水工況下使用的探討［J］.石油工程建設(shè)，2007，33(6):8-10.

［2］朱相榮.金屬材料的海洋腐蝕與防護(hù)［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1999:187-190.