高分子復(fù)合材料在HDPE裝置換熱器防腐中的應(yīng)用

杜佳慶，周雪松，李永良，姜磊，劉振東，于雪梅

中國(guó)石油吉林石化分公司 乙烯廠高密度聚乙烯車(chē)間 （吉林吉林 132022）

中國(guó)石油吉林石化分公司高密度聚乙烯車(chē)間己烷蒸發(fā)器E3102A/B屬于固定管板式換熱器，殼程工作介質(zhì)是中壓蒸汽，設(shè)計(jì)壓力1.2 MPa，工作壓力0.295 MPa，最高工作溫度158.5℃；管程工作介質(zhì)是母液，設(shè)計(jì)壓力1.2 MPa，最高工作壓力0.85 MPa，最高工作溫度160℃。由于E3102A管束腐蝕嚴(yán)重，于2008年11月和2011年10月短停更換管束。為保證生產(chǎn)，于2012年12月增加備用換熱器E3102B。

1 現(xiàn)有蒸發(fā)器E3102A/B腐蝕分析

1.1 蒸發(fā)器E3102A/B腐蝕統(tǒng)計(jì)

E3102A第一次更換管束前檢修堵漏3次，上下管板均有泄漏（圖1），管束運(yùn)行時(shí)間為2年。第二次更換管束前檢修堵漏4次，上管板3次，下管板1次，管束運(yùn)行時(shí)間為3年?，F(xiàn)有管束運(yùn)行時(shí)間為8年，堵漏7次，下管板堵漏2次，上管板堵漏5次。

圖1 蒸發(fā)器E3102A泄漏位置

E3102B換熱器投用時(shí)間6年，累積運(yùn)行時(shí)間不足3年，管束堵漏1次，為管子出現(xiàn)漏點(diǎn)，管板未出現(xiàn)漏點(diǎn)。

1.2 蒸發(fā)器E3102A/B腐蝕原因分析

根據(jù)漏點(diǎn)出現(xiàn)的位置和情況進(jìn)行分析,認(rèn)為出現(xiàn)腐蝕泄漏的原因有幾個(gè)方面[1-2]：

1）鐵在空氣中吸氧腐蝕，在含有氯鹽的條件下形成原電池，加速鐵腐蝕，鐵作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化價(jià)升高，原電池反應(yīng)為：

負(fù)極：Fe→Fe2++2e

正極：2H2O+2e→H2↑+2OH-

反應(yīng)式為:Fe+2H2O→Fe（OH）2+H2↑

2）蒸汽沖刷腐蝕。根據(jù)以往出現(xiàn)泄漏的情況分析，換熱器殼程壓力低的情況下，管板出現(xiàn)泄漏的幾率較低，殼程走中壓蒸汽，上管板距離蒸汽入口較近，易產(chǎn)生沖刷腐蝕。換熱器管束存在溫差應(yīng)力，造成管板與換熱管連接處出現(xiàn)泄漏。

3）垢下腐蝕。懸浮于母液中的聚乙烯蠟在換熱器管束上，形成污垢沉積物，形成垢下腐蝕。管板面雖刷環(huán)氧富鋅漆進(jìn)行陰極保護(hù)防腐，但是母液對(duì)管板面防腐漆的沖刷嚴(yán)重，未能較好地起到防腐作用。管板的垢下腐蝕由于其本身的電化學(xué)腐蝕存在自催化作用，加速了管板的腐蝕，使管板局部金屬減薄，腐蝕穿透管板焊口，造成管面泄漏。

4）制造缺陷。換熱器加工制造過(guò)程中，管束焊接時(shí)存在加工缺陷，個(gè)別換熱管存有應(yīng)力，或換熱管外壁與管板孔內(nèi)壁之間的縫隙較大。

5）流速腐蝕。換熱器管程堵塞后，換熱器熱負(fù)荷和傳熱差，使傳熱熱阻增加，進(jìn)而使總傳熱系數(shù)減小，增加傳熱面積來(lái)彌補(bǔ)堵塞熱阻增大導(dǎo)致的總傳熱系數(shù)減小。

管程結(jié)垢使表面粗糙度增加，內(nèi)徑減小，流速增加，換熱器管程流速控制應(yīng)不大于2 m/s，換熱器在進(jìn)料過(guò)程中流速過(guò)大，腐蝕加快。

2 傳統(tǒng)換熱器防腐措施分析

換熱設(shè)備的管板與管束脹、焊接位置在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，由于介質(zhì)原因極易導(dǎo)致管板表面產(chǎn)生腐蝕，而且脹、焊接位置缺陷更易造成腐蝕滲漏[4]，傳統(tǒng)工藝無(wú)法快速有效解決。

1）在管板上焊接防腐鎂塊，焊接完成后未起到防腐效果。

2）新制作換熱器管束管板面采用堆焊321材質(zhì)耐腐層，并在蒸汽增加L型緩沖擋板。由于制作成本高，制作后在高溫情況下很難達(dá)到理想效果。

3）在管板面上刷涂聚合物陶瓷涂層形成固化形態(tài)保護(hù)涂層，利用防護(hù)涂層提高管板的耐腐性和抗沖刷性能，避免管板腐蝕穿孔，陶瓷涂層在含有氯離子的溶液中脫落[5]。

4）制作換熱器過(guò)程中，管束加裝膨脹節(jié)消除應(yīng)力，同時(shí)加強(qiáng)換熱管與管板內(nèi)壁的貼漲。采取強(qiáng)度漲與強(qiáng)度焊的焊接方式（國(guó)外焊接標(biāo)準(zhǔn)），降低換熱管外壁與管板孔之間縫隙，防止間隙腐蝕，造成焊肉腐蝕，降低焊接應(yīng)力出現(xiàn)。

5）全面檢查換熱器的運(yùn)行情況，并對(duì)管板與管子焊接處進(jìn)行著色檢驗(yàn)，檢查隔板和折流板的腐蝕情況，利用檢修期間對(duì)換熱器泄漏起到預(yù)防作用。

3 蒸發(fā)器E3102A/B腐蝕應(yīng)對(duì)措施

3.1 高分子復(fù)合樹(shù)脂浸泡實(shí)驗(yàn)

1）樣品滿足氯離子溶劑中不脫落。高分子復(fù)合樹(shù)脂進(jìn)行多次20%鹽酸浸泡10天后涂層沒(méi)有脫落，同時(shí)采用對(duì)鹽酸加熱的方式，模擬實(shí)際工況溫度，樹(shù)脂依舊未出現(xiàn)脫落跡象[6]。

2）樣品在模擬工況中對(duì)物料不產(chǎn)生污染。對(duì)樣品進(jìn)行精制己烷多次常溫浸泡后分析，己烷分析結(jié)果：紫外析出0.02，低于合格指標(biāo)0.15；總雜質(zhì)0.05 mol/L，低于合格指標(biāo)1.0 mol/L。又對(duì)浸泡樣品己烷進(jìn)行模擬工況升溫分析，己烷分析結(jié)果：紫外析出0.03，低于合格指標(biāo)0.15；總雜質(zhì)0.06 mol/L，低于合格指標(biāo)1.0 mol/L。樣品需滿足現(xiàn)場(chǎng)工況條件。

3.2 蒸發(fā)器管板面防腐修復(fù)工藝

1）準(zhǔn)備工作：換熱器置換拆卸，保證施工安全，留出可操作空間。

2）打壓試驗(yàn)：進(jìn)行打壓試驗(yàn)確定滲漏位置，并進(jìn)行標(biāo)記。

3）表面處理：表面噴砂處理，將表面附著物清理干凈，露出金屬原色。

4）清潔表面：用壓縮空氣（無(wú)水無(wú)雜質(zhì)）將灰塵吹干，立即噴刷防腐劑預(yù)處理，防止銹蝕。

5）調(diào)和材料：嚴(yán)格按照比例調(diào)和高分子修復(fù)材料，直至無(wú)色差。

6）涂抹材料：將調(diào)和好的高分子材料薄薄涂抹于管板表面滲漏位置，均勻涂抹至整個(gè)表面，保證涂抹一定厚度。

7）加熱固化：碘鎢燈加熱固化或自然固化24 h，固化后確保無(wú)滲漏現(xiàn)象。

8）表面處理：使用砂帶對(duì)材料表面釉質(zhì)進(jìn)行打磨，使表面粗糙。

9）調(diào)和涂抹材料：使用無(wú)水乙醇擦拭后，調(diào)和并涂抹高分子復(fù)合材料，管束內(nèi)壁做適當(dāng)延伸。

10）材料固化：碘鎢燈加熱固化或自然固化24 h，固化后確保無(wú)滲漏現(xiàn)象。

11）厚度及電火花檢測(cè)：使用電火花和厚度檢測(cè)儀，確保材料完全包覆住管板表面[7]。

4 措施應(yīng)用效果

通過(guò)采取的優(yōu)化措施,收到了立竿見(jiàn)影的效果。防腐涂層有較強(qiáng)的耐腐蝕能力，與工藝介質(zhì)不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，具有極強(qiáng)的防滲性能，與管板面有較強(qiáng)的吸附力。

高分子防腐涂層的應(yīng)用，延長(zhǎng)了己烷蒸發(fā)器E3102A/B的使用周期，避免換熱器管束腐蝕泄漏，導(dǎo)致整個(gè)裝置精制己烷中水含量嚴(yán)重超標(biāo)，造成反應(yīng)波動(dòng)，甚至造成裝置停車(chē)。換熱器管板面防腐的完成將會(huì)在后續(xù)的投用過(guò)程中解決換熱器的腐蝕問(wèn)題，使換熱器管束的使用壽命提高到原來(lái)的1～2倍，提高換熱器運(yùn)行時(shí)的安全系數(shù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

換熱器防腐過(guò)程看似比較簡(jiǎn)單，但卻能夠較好地起到防腐作用，保證換熱器長(zhǎng)周期穩(wěn)定地運(yùn)行。必須了解換熱器腐蝕的原因，認(rèn)真分析防腐機(jī)理，這樣既能起到防腐作用，又能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。高分子復(fù)合材料防腐應(yīng)用是高密度聚乙烯裝置己烷蒸發(fā)器防腐攻關(guān)的成功案例，為以后同類裝置換熱器防腐提供了參考，具有一定的推廣意義。