鈦納米涂料用于脫水塔頂冷凝器

姜 威 王冠勇

作者通聯：大慶石化公司煉油廠催化重整車間 黑龍江大慶市 163711

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一、設備腐蝕狀況

大慶石化煉油廠催化重整裝置，由于石腦油中所含鹵代烷在預加氫時生成HCl-H2S-H2O體系，造成脫水塔頂冷凝器嚴重腐蝕。H203的管束曾多次更換，材料最初使用的是10號鋼，后更換為0Cr18Ni9，2009年仍換為10號鋼，但加鈦納米涂層。

二、腐蝕機理分析

重整脫水塔頂冷凝器H203腐蝕是因高氯石腦油加氫后產生的酸腐蝕所致。氯離子主要來自采油時所添加的減粘劑。在預加氫處理過程中，石腦油在加氫反應器中由于加氫催化劑的作用，主要反應有脫硫反應（C2H5）2S2+3H2=2C2H6+2H2S和脫氯反應C6H13Cl+H2=C6H14+HCl。另外，二氯甲烷沸點96.8℃，剛好在65～145℃的中斷石腦油中。在預加氫反應器中，二氯丙烷等發生這樣的脫氯反應：C3H6Cl2+2H2=C3H8+2HCl↑。

在含有Cl-的水中，由于Cl-所起的電荷轉移作用，鐵原子失去兩個電子，變成二價鐵離子，氧和水得到電子而變成氫氧根離子，二價鐵離子與氫氧根離子結合生成氫氧化亞鐵，具體的反應過程為 Fe-2e→Fe2+，O2+2H2O→4OH-，Fe2++2OH→Fe（OH）2↓，由于Fe（OH）2的不穩定性，在溶解氧存在的情況下，有 4Fe（OH）2+2H2O+O2→4Fe（OH）3，最終產生黑色的四氧化三鐵，其反應為2Fe（OH）3+Fe（OH）2→Fe3O4+4H2O，生成產物多數沉積于金屬設備的內表面，形成了宏觀上的腐蝕物，呈現出大小不等的小鼓包，清除掉腐蝕物后，金屬表面上呈現出大小不等的凹坑，有的呈點狀蝕坑，有的呈潰瘍狀蝕坑，嚴重者出現穿孔泄漏。

通常中段石腦油中氯是以氯的有機化合物形式存在，對設備腐蝕較輕。經過預加氫反應器后，有機氯變成HCl氣體。H203管程介質為循環水，殼程介質經過冷卻，入口溫度為136℃，出口溫度為40℃，氣態HCl很快變成液態，HCl溶水后形成鹽酸，從而對H203碳鋼管束產生嚴重腐蝕（圖1）。

另外，0Cr18Ni9屬于18-8不銹鋼，而18-8不銹鋼在鹽酸、氫氟酸等非氧化性酸中，其腐蝕程度與碳鋼幾乎沒有區別。不銹鋼在含有鹵素離子的鹽溶液中，容易發生孔蝕，特別是含氯離子的中性溶液，幾乎成為不銹鋼產生孔蝕的最主要的腐蝕環境。由于殼程介質中含有大量的氯離子，所以對H203不銹鋼管束產生了嚴重的孔蝕（圖2）。由此可見，管束材料升級并未解決H203腐蝕問題。

圖2 H203白鋼管束腐蝕狀況

三、鈦納米材料的應用

鈦納米材料在涂料中的應用可分為兩種，一種是完全由鈦納米粒子組成的鈦納米涂料；另一種是鈦納米粒子在傳統有機涂料中分散后形成的鈦納米復合涂料。采用鈦納米技術使填料與樹脂界面發生化學鍵合作用，加上鈦本身優越的防腐蝕性能，大大延長了被防護物體的壽命。鈦納米涂層具有以下特點。

（1）鈦納米管束耐蝕性好，管內外表面光潔度高，近管壁流層速度相對提高，管內外垢層的沉積減少，抗銹垢性能好。

（2）導熱性好。鈦納米涂層具有吸熱和導熱雙重功能，導熱系數位于金屬范圍內。從傳熱系數對比和節能計算看出，鈦納米管束比不防腐的管束傳熱效果好，熱效率高，是一種節能的換熱管束。

（3）鈦納米管束維護檢修方便，檢修工人的勞動強度減輕，檢修費用降低。

圖3 H203管板鈦納米涂層狀況

（4）鈦納米管束防腐涂層的施工為常溫固化，解決了管束防腐涂層一般施工工藝需高溫固化的問題，施工成本降低。

H203管束于2009年8月更換，材料為10號鋼，管束外及管板應用鈦納米涂層，2010年8月檢修時，打開換熱器檢查，管束完好無結垢無腐蝕，見圖3、圖4。

圖4 H203鈦納米涂層管束狀況

四、結論

H203預加氫脫水塔頂冷卻器，自從2009年更換鈦納米涂層管束以來，未曾發生泄漏，冷卻效果良好。經一年多使用后打開換熱器檢查，管束無結垢無腐蝕。鈦納米聚合物防腐涂層解決了H203中油氣對碳鋼及不銹鋼管束腐蝕的問題，設備使用壽命延長。