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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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，空冷器運(yùn)行中極易發(fā)生腐蝕問題，降低了設(shè)備運(yùn)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(jìn)行了分析，旨在為石油煉化企業(yè)的安全運(yùn)行提供一定的借鑒價(jià)值。

關(guān)鍵詞：石化空冷器；防腐蝕；工藝條件；措施

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(yùn)行狀況會(huì)對(duì)企業(yè)的整個(gè)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(zhǎng)時(shí)間的沖刷作用，必須承受高溫高壓的特點(diǎn)，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(jìn)行腐蝕物的檢測(cè)，積極采取科學(xué)方法進(jìn)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(qiáng)空冷器設(shè)計(jì)、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(jià)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，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(shí)耐有機(jī)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(duì)Q345R鋼進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化，提出Q345（HIC）、15CrMoR（HIC）材料。對(duì)應(yīng)材料中硫元素、磷元素的控制含量較低，同時(shí)為了提高鋼材的綜合性能，還添加了部分微量元素。對(duì)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(qiáng)度、疲勞度、屈服強(qiáng)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(jī)械性能高、強(qiáng)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(jìn)行處理。包括爆炸復(fù)合、堆焊等，基材多為價(jià)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(chǎng)合不同，復(fù)合層的選擇和用量有所差異，這對(duì)降低提高材料奶腐蝕效果等起到了明顯促進(jìn)作用。

2防腐涂覆技術(shù)分析

2.1有機(jī)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(huì)冷凝成液態(tài)，進(jìn)而腐蝕性顯著增強(qiáng)，若是空冷器采用的是碳鋼結(jié)構(gòu)，會(huì)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(huì)出現(xiàn)一定程度的腐蝕狀況。面對(duì)這種狀況，國際上通用的方式是在空冷器管道內(nèi)進(jìn)行有機(jī)涂層的涂抹，這樣可以有效的抑制腐蝕作用。我國的有機(jī)涂層防腐技術(shù)引進(jìn)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(shí)產(chǎn)權(quán)的有機(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)涂層具有較強(qiáng)的抗腐蝕性、優(yōu)質(zhì)的傳熱性、較低的造價(jià)成本等優(yōu)點(diǎn)，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(jià)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(jìn)而形成致密的鍍層，可發(fā)揮有效的防腐效果。但是因?yàn)榭绽淦鞯慕Y(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(shí)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?yàn)楹茈y保證鍍層的均勻性，防腐性能也很難達(dá)到應(yīng)有的效果。面對(duì)這樣的情況，人們采取內(nèi)腔循環(huán)流鍍的模式對(duì)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(yàn)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(jìn)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(huì)出現(xiàn)數(shù)量龐大的焊縫，因?yàn)椴煌Y(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(duì)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(qiáng)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(duì)性的焊接工藝開展作業(yè)。在焊接過程中，需要對(duì)焊接處進(jìn)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(qiáng)化管端防護(hù)工作

在空冷器進(jìn)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(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，這就需要采用更為先進(jìn)的連接方式，以提升空冷器的使用年限。現(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(jìn)口端加襯管，襯管的長(zhǎng)度需要控制在300mm以內(nèi)，在端部進(jìn)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(jìn)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(yùn)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(shí)也是防腐工作需要重點(diǎn)關(guān)注的區(qū)域。空冷器的加工制造中，需要及時(shí)進(jìn)行焊縫缺陷處理；針對(duì)表面涂覆其他材料的管段則要及時(shí)進(jìn)行保護(hù)，避免外界碰撞引發(fā)劃傷問題，降低點(diǎn)蝕幾率。當(dāng)下行業(yè)內(nèi)部規(guī)范尚未對(duì)表面控制做出強(qiáng)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(jìn)行酸洗、鈍化處理。倘若鈍化后仍需要進(jìn)一步進(jìn)行焊接操作，則焊縫位置必須引起重視，一般還需單獨(dú)進(jìn)行酸洗、鈍化，保證表面形成致密的氧化薄膜，這對(duì)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(qiáng)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(zhǎng)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(jìn)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(shí)提高了設(shè)備使用壽命，對(duì)整個(gè)工藝操作長(zhǎng)期連續(xù)安全運(yùn)行提供了保障。

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作者:侯欣妍 單位:哈爾濱空調(diào)股份有限公司