石化工藝空冷器的防腐分析

（哈爾濱空調(diào)股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

0 引言

在石化行業(yè)中，為了保證設(shè)備長期穩(wěn)定高效運(yùn)轉(zhuǎn)，必須加強(qiáng)換熱設(shè)備的合理設(shè)計(jì)?？绽淦魇鞘髽I(yè)中常見換熱設(shè)備，在工業(yè)中具有廣泛應(yīng)用范圍。但是考慮到空冷器運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性，易受到物料結(jié)垢的影響，同時(shí)由于石油產(chǎn)品高溫裂解、分解等反應(yīng)影響，易發(fā)生腐蝕作用，設(shè)備使用壽命大打折扣[1]。為此，必須加強(qiáng)空冷器防腐技術(shù)的研究和分析，充分發(fā)揮防腐技術(shù)的價(jià)值。

1 管束材料的合理選擇

結(jié)合石化空冷器的應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r分析，石化產(chǎn)業(yè)高硫原油的比例越來越高，碳鋼、低合金鋼材料已經(jīng)逐漸無法滿足空冷器要求，腐蝕現(xiàn)象越發(fā)明顯，針對(duì)該種狀況，需及時(shí)進(jìn)行新材料的選擇。

1.1 抗硫化氫材料應(yīng)用

國內(nèi)設(shè)計(jì)院及大型石化企業(yè)陸續(xù)研究出12Cr2AlMoV、09CrCuSb、08Cr2AlMo 等抗?jié)馠2S 應(yīng)力腐蝕材料，具有良好的耐腐蝕效果，可抵抗?jié)窳蚧瘹洵h(huán)境，價(jià)格相比于10 號(hào)鋼略高[2]。該材料在石化空冷器的應(yīng)用中，已經(jīng)取得了較好的抗腐蝕效果。當(dāng)下，國內(nèi)諸多空冷器廠家在進(jìn)行管束抗硫性分析中，已經(jīng)將08Cr2AlMo 材料當(dāng)做高硫分原油的首選換熱器原料。

1.2 抗氫誘導(dǎo)裂紋材料

抗誘導(dǎo)裂紋材料，該材料的創(chuàng)新性主要表現(xiàn)在硫、磷含量的控制，有可能還會(huì)增加部分微量合金元素，使得該材料在濕硫化氫環(huán)境中得到有效應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)抗氫作用，避免裂紋、氫鼓泡現(xiàn)象的發(fā)生[3]。如Q345R（HIC）鋼或15CrMoR（HIC）便是當(dāng)下較為常見的抗氫裂紋材料。

1.3 超級(jí)不銹鋼

超級(jí)不銹鋼的抗腐蝕效果良好，具相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，超級(jí)不銹鋼的耐受性極大，可抵抗點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕等常見現(xiàn)象。此外，400℃以下進(jìn)行該材料的使用可避免晶間腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。如若工藝介質(zhì)中含有氯離子，其耐應(yīng)力腐蝕作用也會(huì)相對(duì)較高，比一般的Cr-Ni 合金不銹鋼抗腐蝕性高。因此超級(jí)不銹鋼已經(jīng)成為石化空冷器未來發(fā)展的常見材料。

1.4 雙相鋼的應(yīng)用

國內(nèi)雙相鋼應(yīng)用中，一般含鉻雙相鋼具有耐孔腐蝕性高的特點(diǎn)，尤其是鉻含量在25%狀況下的雙相不銹鋼，更具有較為穩(wěn)定的抗腐蝕效果，耐腐蝕性較316L 更加突出。部分設(shè)計(jì)人員可能會(huì)考慮該材料是否會(huì)發(fā)生奧氏體不銹鋼析出碳化現(xiàn)象，是否會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕問題。工程實(shí)踐表明：雙相鋼在高溫狀況下也未析出碳化物，不會(huì)發(fā)生明顯的晶間腐蝕。綜上，雙相鋼具有綜合力學(xué)性能突出的特點(diǎn)，其強(qiáng)度、抗疲勞效果、耐腐蝕效果等均較為突出，在石化空冷器中具有良好的發(fā)展前景。

2 石化空冷器的輔助防腐蝕技術(shù)

除了從管束材料進(jìn)行防腐控制外，還可考慮其他技術(shù)來提高設(shè)備的防腐性能。以普通材料的石化空冷器為例，可借助鎳磷鍍、有機(jī)涂層等進(jìn)行防腐，相關(guān)方法較管束材料的更新相比，更具價(jià)格優(yōu)勢(shì)，即制造成本、采購成本大幅降低。

2.1 鎳磷鍍防腐法分析

化學(xué)鍍一般是將基體放于鍍液中，經(jīng)由氧化還原反應(yīng)，將鍍液金屬沉積到管內(nèi)表面，從而實(shí)現(xiàn)鍍層防腐處理。實(shí)踐表明鎳磷鍍已經(jīng)成為較為成熟的防腐措施，其工藝性能、價(jià)格成本等均具有一定優(yōu)勢(shì)。但需引起重視的是，石化空冷器在進(jìn)行鍍層處理中，必須考慮鍍層厚度、致密性等要求，一般傳統(tǒng)鍍層可能無法滿足高強(qiáng)度腐蝕環(huán)境。考慮到石化空冷器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可借助該工藝實(shí)現(xiàn)鍍層緊密性的控制，從而實(shí)現(xiàn)排氣、排液等相關(guān)要求，保證工藝操作等滿足預(yù)期要求。當(dāng)下空冷器內(nèi)防腐中，常規(guī)鎳磷鍍流程包括下述幾大方面：堿洗——熱水洗——酸洗——水洗——活化——化學(xué)鍍——水洗——鈍化。此外，鎳磷鍍形成后，還需進(jìn)行銼刀、彎曲試驗(yàn)等操作，從而考察鍍層貼合效果，實(shí)現(xiàn)防腐性能的提升和有效控制。

2.2 有機(jī)涂層

在石化企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)作中，原油需要經(jīng)由高溫分解、裂解等過程，逐漸形成氯化氫、硫化氫等物質(zhì)，然后相應(yīng)的氣體、液體或氣液混合物需進(jìn)行冷卻冷凝，反應(yīng)物可能會(huì)轉(zhuǎn)化成液態(tài)，整體具有較高的腐蝕性，空冷器流出物可用于其他工藝流程。對(duì)部分特殊物質(zhì)而言，普通碳鋼材質(zhì)的空冷器無法抵抗強(qiáng)烈的腐蝕作用，即使采用不銹鋼材質(zhì)，也有可能出現(xiàn)點(diǎn)腐蝕。從避免上述情況發(fā)生的角度出發(fā)，石化空冷器可積極引入發(fā)達(dá)國家經(jīng)驗(yàn)，引入德國空冷器的有機(jī)涂層防腐技術(shù)。有機(jī)涂層在國內(nèi)已經(jīng)取得了階段性研究成果，國內(nèi)自主研發(fā)的有機(jī)涂層具有種類多、適應(yīng)范圍廣的優(yōu)勢(shì)，很大程度上提高了石化空冷器的應(yīng)用效果。工程實(shí)踐結(jié)果表明，有機(jī)涂層具有較高優(yōu)勢(shì)，如抗腐蝕性突出、傳熱效果好、成本低廉等。為了充分發(fā)揮涂層價(jià)值，空冷器有機(jī)涂層必須加強(qiáng)工藝流程的合理規(guī)劃，具體細(xì)節(jié)操作如下，依次為：酸洗─中和─磷化─烘干─底漆─烘烤─面漆─烘烤。

3 生產(chǎn)時(shí)期的防腐處理分析

綜合上述活動(dòng)可以看出，石化企業(yè)的運(yùn)行中，必須合理進(jìn)行空冷器防腐處理，加強(qiáng)防腐工作的完善，從而有效提高石化空冷器防腐性能，促進(jìn)其長期高效運(yùn)行。該文針對(duì)防腐工作進(jìn)行了下述分析。

3.1 焊接工藝的優(yōu)化

石化空冷器設(shè)備具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形式多樣的特點(diǎn)，制造環(huán)節(jié)中涉及焊縫數(shù)量多，因此其焊接工藝可能會(huì)對(duì)焊縫質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。生產(chǎn)制造中，焊接工藝問題極易引發(fā)焊接質(zhì)量缺陷，焊接效果無法滿足預(yù)期要求。為了避免上述狀況的發(fā)生，保證焊接質(zhì)量，必須加強(qiáng)焊接工藝有效控制，即及時(shí)進(jìn)行焊縫力學(xué)性能、防腐性能的完善。為此，焊接操作中，相關(guān)作業(yè)人員必須及時(shí)進(jìn)行材料的優(yōu)化和選擇，一般需要以高質(zhì)量、抗腐蝕性良好的材料為主要形式；焊接人員需嚴(yán)格遵守相關(guān)流程、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等機(jī)械能有序焊接，以期維持焊接質(zhì)量；此外，焊接人員還要在焊接前后加強(qiáng)熱處理方面的控制，最大程度地降低焊接引發(fā)的焊接應(yīng)力，避免應(yīng)力作用下引發(fā)的腐蝕問題。

3.2 加強(qiáng)管端防護(hù)

石化空冷器運(yùn)行中，經(jīng)常發(fā)生空冷器進(jìn)口端管子和管板連接處發(fā)生腐蝕的狀況，一般為沖刷腐蝕。因此，從提高石化空冷器抗腐蝕性能的角度出發(fā)，必須加強(qiáng)管端保護(hù)。即空冷器的設(shè)計(jì)、制造環(huán)節(jié)中，優(yōu)先選用先進(jìn)連接方式進(jìn)行管、板連接。結(jié)合目前狀況分析，脹焊結(jié)合是常用方式，且效果良好，具體操作中必須嚴(yán)格遵守相關(guān)流程，合理進(jìn)行相關(guān)工序的順利開展。

3.3 設(shè)計(jì)時(shí)采取的防腐措施

以工藝空冷的高壓空冷為例，采用絲堵形式的集合管箱，可及時(shí)進(jìn)行暴露問題的有效處理。此外，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中對(duì)空冷器進(jìn)行對(duì)稱安裝，避免出入口處發(fā)生死區(qū)現(xiàn)象，即進(jìn)行對(duì)稱化處理，也可起到防腐作用。盡量參考圖1 所示的形式進(jìn)行空冷器的布置，具有更加穩(wěn)定良好的運(yùn)行效果。

從圖1 中可以看出，其中TI 為溫度測(cè)試儀表，對(duì)稱布置形式的空冷器，在進(jìn)行注水操作中，為多點(diǎn)注水（傳統(tǒng)方式為單點(diǎn)注水，極易引發(fā)偏流現(xiàn)象），新型設(shè)計(jì)體系的設(shè)置中，水管道前還會(huì)設(shè)置截止閥，此時(shí)可根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行注水量的調(diào)節(jié)和控制，包括手動(dòng)、自動(dòng)調(diào)節(jié)，操作方式更具靈活性，且出入口總管道、空冷支路管道方面，一般還可進(jìn)行熱偶計(jì)量裝置的安裝，從而實(shí)現(xiàn)溫度顯示，可提高空冷器溫度監(jiān)測(cè)效果；但是該方法將會(huì)增加高壓系統(tǒng)的開口數(shù)量，氣密保護(hù)方面必須引起重視，避免發(fā)生漏點(diǎn)現(xiàn)象。

圖1 某煉油廠分公司高壓空冷器布置圖

4 結(jié)語

在空冷器運(yùn)行過程中，受流體沖刷、物料結(jié)垢、熱量傳遞等多方因素影響，極易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，同時(shí)近年來硫化物介質(zhì)越來越多，增加了管子腐蝕程度。為了有效降低腐蝕問題引發(fā)的缺陷，可加強(qiáng)新材料的合理應(yīng)用，從縮減成本的角度出發(fā)可借助鎳磷鍍、有機(jī)涂層等實(shí)現(xiàn)防腐，從而提高空冷器防腐性效果。相比之下，空冷器防腐蝕技術(shù)更加合理，及時(shí)加強(qiáng)管端防護(hù)、焊接工藝的優(yōu)化，也是提高石化空冷器防腐性能的必要舉措。工程實(shí)踐表明，制造廠商積極落實(shí)各項(xiàng)防腐措施，起到了良好的保護(hù)效果，大部分石化企業(yè)、煉油廠在進(jìn)行防腐材料使用、防腐工藝落實(shí)后，其空冷裝置均實(shí)現(xiàn)了長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。