空氣冷卻器防腐蝕工藝研究

陳朔

摘 要：石化空冷器在石油化工生產中發揮著至關重要的作用，應用數量較多，約占設備總量的三分之一以上。在空冷器的運行過程中，不僅需要實現熱量的傳導，而且還會受到流體的沖刷與腐蝕作用，油品在高溫和高壓的條件下，會發生加氫、裂解等反應，所以，做好設備的防腐蝕工作對于保證其正常運行有著重要的意義。文章就空氣冷卻器防腐蝕工藝研究進展進行了詳細的討論。

關鍵詞：空氣冷卻器；防腐蝕工藝；研究進展

中圖分類號：TE986 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）24-0052-02

1 應用新材料

現階段，石化用空氣冷卻器的材質大部分為碳鋼或者低合金鋼，只有少數設備采用不銹鋼材質。但是，隨和石化生產的開展，設備中的介質含硫量逐漸增加，其腐蝕性作用不斷增強，對空冷器的本體材質產生了較為不利的影響。為了避免介質對空氣冷卻器設備本體產生嚴重的損壞，可以采取下述防腐處理方法。

1.1 抵御濕硫化氫的抗腐蝕材質

濕硫化氫對金屬材料具有極強的腐蝕性作用，為了使材料抗硫化氫腐蝕作用的能力得到提高，我國四家科研單位或制造廠聯合推出了新型材料，以抵抗濕硫化氫極強的腐蝕性。與普通碳鋼材質相比較，資金投入量略高，但是，抗腐蝕性能卻得到了大幅度的改善。這些材料不僅可以抵御濕硫化氫所造成的腐蝕，還可以抵御H2S-HCN-H2O、H2S-H2O所導致的設備腐蝕開裂。就08Cr2AlMo這種新型材料來說，硫化氫在這種材料上的腐蝕速率約為0.15毫克/厘米.小時。在氯化氫溶液內部的腐蝕速率明顯低于溶液中的腐蝕速率，約為碳鋼的腐蝕速率的百分之二十三。

1.2 抗氫誘導裂紋材料

在材料生產中，必須對材質中的合金含量嚴格管控，控制硫元素與磷元素處于一個相對較低的水平，磷元素含量不大于1.5%，硫元素含量不大于4‰，為了使鋼材的抗腐蝕能力得到有效的提高，還可以在鋼材中增加一些含量極小的微量元素，必須控制各種元素的含量，避免由于含量不合理，使材料的抗腐蝕性能下降，當硫化氫介質經過時，導致誘發裂紋或者產生鼓泡。

1.3 超級不銹鋼

為了解決點蝕作用對設備的影響，可以應用超級不銹鋼，應用較多的抗腐蝕性超級不銹鋼為904L，這種材質可以很好地抵御點蝕的影響以及晶間腐蝕、裂縫腐蝕，對于普通的腐蝕具有極強的抵御力。如果介質的溫度不大于四百攝氏度，則不會發生晶間腐蝕、所以將超級不銹鋼應用于抵御氯離子腐蝕中的效果優于抵御其他離子的腐蝕效果。

1.4 雙相不銹鋼

雙相不銹鋼通常在應力較低的條件下具有極好的抗腐蝕能力，可以抵御氯化合物的應力腐蝕，抵御孔蝕的作用也極佳。大部分的雙向不銹鋼的抗腐蝕能力都優于不銹鋼材質，比如：約為百分之二十五的含鉻以及含氮的雙向不銹鋼抵御孔蝕和點蝕的能力都好于316L，這種雙相不銹鋼在受到腐蝕作用時，表現出來的特點與不銹鋼由于腐蝕作用而表現出來的特點有所不同，不銹鋼在溫度較高的條件下會析出碳化物，進而導致晶間鉻元素的缺失而發生晶間腐蝕，但是雙相不銹鋼即使在高溫的條件下，也不會析出碳化物。具有極佳的力學性能，以及較高的抗疲勞強度，屈服強度數值是不銹鋼材料的2倍以上。但是，雙相不銹鋼的缺點是仍然存在著各種脆性傾向，所以只能在小于300攝氏度的介質中使用。

1.5 鎳基合金

石化空冷器所用材質中的鎳基合金最為常用的就是incoloy825，這種材料的性能極好，但是成本高。材料的強度較高，機械性能極好，具有較強的抵御腐蝕的能力。尤其對于氯離子、硫化物、磷酸以及氨元素具有極好的抗腐蝕效果。由于這種材料自身的優良性能以及極好的抗腐蝕能力，所以被應用于海水腐蝕中或者酸性物質的強腐蝕作用下，是防腐蝕性能最佳的材料之一。現階段，已經在石化空冷器中具有較多的應用。主要應用于含氯濕環境、不同種含氧氯化物、氯化鹽類、硫酸和氧化鹽類溶液中的條件下，具有極強的抵御腐蝕的能力。所以，近些年，對于腐蝕性極為嚴重的環境，一般會應用鎳基合金，比如：化工制造廠或者石油化工領域中。但是，基于鎳基材料較高的價格，使其在應用中受到了較大的限制。

1.6 復合材料

為了控制空氣冷卻器的制造資金投入量，一些使用單位在訂貨時，選擇了復合型材料。應用復合型材料具有極為明顯的優勢，又可以將復合型材料進行進一步的細化分類，分為兩個大類，一大類為堆焊，另一大類為爆炸型復合材料。通常將低碳鋼作為母材，也可以選擇合金鋼或者復合材料，甚至于incoloy825。基于不同地點的環境條件不同，設備內部的介質不同，所以選擇的材料也就有所不同。應該根據實際狀況進行材料的合理選擇。隨著技術的進步與更新，不銹鋼材料的成本顯著降低，所以，技術人員結合生產實際狀況，將其較多的應用于不同地點以及不同條件的設備中，以增強設備的抗腐蝕能力。

2 防腐蝕涂覆技術

為了解決設備的腐蝕性問題，采用較多的方法就是使用具有極好的抗腐蝕作用的材料，但是，這樣必然會導致設備資金投入量的增加，為了在不大量增加資金投入的同時，又能獲取良好的防腐效果，可以通過表面處理的方法來實現。現階段，在我國應用較多的表面處理防腐蝕技術為涂覆有機涂層防腐與鎳磷鍍防腐。

2.1 有機層

當溫度較低時，如果系統中存在具有腐蝕性的介質，比如：硫化氫和氯化氫，初始時以氣體的狀態存在，如果溫度降低，則被冷凝為液體。這部分液體具有極強的腐蝕性作用。當設備的母材選取普通碳鋼時，必然會對設備造成嚴重的形態相對均勻的大面積腐蝕。還可能會發生晶間腐蝕或者應力腐蝕等現象。上世紀七十年代，我國從德國公司引入換熱器表面涂覆技術開始，一直到現在，經過幾十年的發展，我國的換熱器已經成功應用了多個品種涂料，來對設備發揮妥善的防腐蝕作用。有些材料盡管具有極好的防腐蝕效果但是壽命較短，不能夠起到長時間的防腐作用，所以這類材料，在空氣冷卻器中的應用并不多。endprint

涂料采用空氣冷卻器內部的循環方式來進行涂覆，按照確定的工藝順序進行涂覆工作。底漆與面漆共有6層到8層。總厚度尺寸約為200um～250um之間。采用有機涂層進行涂覆以后，空氣冷卻器通常可以極好的阻隔污垢，抵御腐蝕作用的能力強，附著力較大。具有穩定的傳熱效果，應用防腐涂層以后，空氣冷卻器的使用壽命得到了顯著地提高。傳熱性能的穩定程度更高，應用鎳磷鍍涂層以后，空氣冷卻器的使用壽命得到了顯著地提高。就低溫部分的油氣來說，應用有機涂層進行防腐是一個相對合理的防腐蝕措施。結合我國國內的石化單位多年的運行經驗進行分析，涂層防腐效果的重要影響因素之一就是施工的質量。必須滿足對涂層厚度的要求，使其固化良好，將有機涂層與陽極組合起來，形成聯合保護，更好的發揮防腐效果。

2.2 化學鍍鎳磷鍍

石化空氣冷卻器早就應用了化學鍍鎳磷鍍的防腐蝕方法，但是基于設備內部結構的原因，不能夠運用傳統的工藝，在技術和施工上的難度加大，不能采用傳統的工藝，在技術層面上和工藝層面上均有較大的難度。技術人員進過反復的調研和長期的實驗，解決了鍍層均勻程度不高的問題，同時可以在電鍍操作的過程中進行排氣、排液和排查，可以在封閉的系統內部采用循環鍍的工藝。上世紀以來，我國的多個空冷器均采用這種工藝，在設備上電鍍鎳磷鍍。鍍層厚度控制在30um～50um的范圍之內。鎳磷鍍技術與其他防腐涂層技術相比較，具有明顯的優勢，主要在于第一，具有極好的耐溫性能，最高的運行溫度約為380℃，可以長期在240℃的條件下正常運行。第二，鍍層的硬度數值較高，抵御沖刷以及磨損的能力較強。第三，傳熱性能以及抵御結垢的能力強；第四，防腐蝕性能良好，對含有硫離子以及氯離子的溶液具有很好的抗腐蝕能力。

3 制造過程中的防腐蝕控制

空氣冷卻器的結構設計情況和制造工藝對其抗腐蝕性能具有較大的影響，必須合理的開展結構設計工作，以充分發揮材料的抗腐蝕能力，保證設備處于一個極好的試用狀態。在制造過程中，做好焊接質量控制。焊縫組織狀態受到焊接方案的影響，焊縫組織形態不同，對介質所發揮的防腐蝕作用也有所不同，在制造過程中應該合理選取。如果選擇不合理，極有可能影響焊接質量，以及焊縫的防腐蝕能力。依據產品的狀況和材質選擇適合的焊接參數。焊接參數的選擇應該按照焊接工藝評定的標準執行，保證焊縫質量，焊接之前做好清理工作，合理預熱，保證層間溫度的合理性，進行必要的焊縫熱處理。無論設備材質為普通碳鋼、還是不銹鋼、鉻鉬鋼，如果焊接操作不合理，參數調整的不正確，都有可能由于焊接應力而導致設備受到腐蝕性損壞。所以，在焊接之后，需要進行必要的焊后熱處理以消除焊接應力。就普通碳鋼和合金鋼來說，在濕硫化氫環境中運行時，必須進行消除應力的焊后熱處理，保證焊縫、熱影響區以及母材的硬度滿足要求。

綜上所述，做好空氣冷卻器的防腐蝕工作，對于保證設備的正常運轉，延長使用壽命有著積極的意義。制造廠需要從設備的材質選擇、表面處理以及生產制造等多個環節，進行防腐蝕處理，使設備具有較強的抗腐蝕能力。

參考文獻：

[1]唐曉旭，于鳳昌，高芒來，等.煉油行業空冷器防腐蝕的CFD研究進展[J].石油化工腐蝕與防護，2012，29（06）：1-3.

[2]吳永海.石化空冷器的防腐蝕技術探析[J].科技創新與應用，2013（22）：296.endprint