柔性防腐蝕涂料在水冷器上的應(yīng)用與評價(jià)

(中國石油天然氣股份有限公司廣東石化分公司,廣東 揭陽 515200 )

1 水冷器防腐蝕技術(shù)發(fā)展歷程

上世紀(jì)50年代中后期，國內(nèi)石化行業(yè)開始采用環(huán)氧改性酚醛涂料對水冷器管束進(jìn)行防腐蝕。環(huán)氧改性酚醛涂料是將環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂通過物理混合后，依靠其特有的互為固化劑的特征，進(jìn)行水冷器的內(nèi)外防腐蝕。由于環(huán)氧改性酚醛涂料保存時(shí)間較短，需要配套做反應(yīng)釜，隨時(shí)用隨時(shí)合成，易產(chǎn)生失效結(jié)塊，質(zhì)量不穩(wěn)定。另外，環(huán)氧改性酚醛涂料需要做升溫固化，對操作要求較高，帶來質(zhì)量節(jié)點(diǎn)較多、不易管控等問題。但其良好的耐溫性能(120 ℃)及優(yōu)良的耐蝕性在當(dāng)時(shí)是比較先進(jìn)的，在石油化工水冷器防腐蝕領(lǐng)域風(fēng)行了近20余年。

上世紀(jì)70年代末，國家海洋局下屬的天津淡化水研究所在國內(nèi)研制出以環(huán)氧樹脂為基礎(chǔ)的代號7910樹脂防腐蝕涂料，以成品形式推廣到市場。該產(chǎn)品性能穩(wěn)定，耐溫可達(dá)到100 ℃，由于使用過程中其耐溫性較低，附著力有限，因此，沒有得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)，國內(nèi)煉化企業(yè)曾嘗試采用滲鋁技術(shù)應(yīng)用于水冷器防腐蝕，經(jīng)過5年投入使用，證明“不可用于含有電解質(zhì)”系統(tǒng)的防腐蝕。

上世紀(jì)80年代中期，國內(nèi)研制出代號為TH847的海水冷卻器專用防腐蝕涂料，其最大特點(diǎn)是附著力有了顯著提高，耐溫性可以達(dá)到150 ℃，導(dǎo)熱系數(shù)2.857 W/(m·K)，其良好的導(dǎo)熱性不會影響冷卻器的傳熱效率。

隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速增長，能源需求暴增，國內(nèi)煉化企業(yè)大量加工中東、南美高硫及含鹽原油。換熱器檢修及裝置停工后需要進(jìn)行蒸汽吹掃，蒸汽吹掃溫度在160～190 ℃，最高溫度甚至達(dá)到270 ℃。TH847防腐蝕涂層經(jīng)高溫蒸汽吹掃后，出現(xiàn)脫皮、碳化等現(xiàn)象。脫落的防腐蝕涂層進(jìn)入水冷器管箱、浮頭以及裝置系統(tǒng)中，造成管線、機(jī)泵堵塞。TH847涂層碳化后團(tuán)聚在設(shè)備內(nèi)部，造成了一定的危害。

為解決這一問題，天津海水淡化研究所采用漆酚改性，并添加導(dǎo)熱性較好的添加劑，在涂料的耐溫方面做了大量的工作，研制出代號為TH901的防腐蝕涂料，該涂料可以耐受200 ℃蒸汽吹掃，TH901防腐蝕涂料被國內(nèi)煉化企業(yè)大量采用。使用期間發(fā)現(xiàn)TH901防腐蝕涂料耐蝕性、耐水性、耐化學(xué)品及抗蒸汽吹掃能力比TH847涂料有明顯提高；但其固化升溫后的涂料質(zhì)脆，在防腐蝕、吊裝、運(yùn)輸及安裝過程中,管束上的涂層易產(chǎn)生裂紋及脫皮[1]。

09Cr2AlMoRe和08Cr2AlMo低合金鋼等材料在海水及循環(huán)水水冷器上使用證明,其性能與普通碳鋼相比沒有優(yōu)勢，甚至比碳鋼更易產(chǎn)生晶間腐蝕[2]。

中石油某石化公司連續(xù)重整裝置預(yù)加氫進(jìn)料冷凝冷卻器，設(shè)備規(guī)格型號為BJS800-2.5-170-6/25-2II，材質(zhì)08Cr2AlMoRe，管程入口溫度5～20 ℃，出口溫度30～40 ℃，介質(zhì)為海水，經(jīng)過加壓、氯化處理，旋轉(zhuǎn)過濾工作壓力0.3 MPa;殼程溫度100 ℃，介質(zhì)為汽油、氫氣，殼程工作壓力2 MPa,該設(shè)備使用9個(gè)月即告報(bào)廢。某石化公司在2011年至2013年期間，使用08Cr2AlMo制作的水冷器管束,有20余臺投用10至18個(gè)月也報(bào)廢。

2 柔性EFT涂料特點(diǎn)

從國內(nèi)水冷器防腐蝕技術(shù)發(fā)展歷程分析，水冷器防腐蝕涂料應(yīng)具有以下性能：

(1)穩(wěn)定的耐蝕性能，尤其是耐水性、抗?jié)B透性。

(2)良好的耐溫性能，具有耐200 ℃以上的高溫性能，目前樹脂類柔性EFT涂料耐溫性最好的為漆酚涂料。

(3)具有抗變形性能，改善其脆性。

柔性EFT聚硅氧烷改性漆酚涂料是在代號TH901防腐蝕涂料基礎(chǔ)上研究開發(fā)的，該涂料繼承了TH901涂料的耐蝕性、耐溫性及抗磨性等優(yōu)良特性，并在柔韌性、附著性及低溫固化性等方面有所改善,適用于煉化企業(yè)水冷器防腐蝕。

3 柔性EFT涂料的問題及解決辦法

早期使用過程中，在個(gè)別煉化企業(yè)檢修期間蒸汽吹掃后發(fā)現(xiàn)管板EFT涂層出現(xiàn)鼓泡現(xiàn)象，針對這個(gè)問題，專門定制了EFT涂料來增加管板部位涂層硬度。

造成管板EFT涂層鼓泡現(xiàn)象的原因主要有以下3個(gè)方面：

(1)水冷器停工檢修期間，蒸汽吹掃在管箱和浮頭中產(chǎn)生大量的泥沙顆粒，蒸汽在該部位發(fā)生射流及部分液相氣化，泥沙擊打在涂層表面，產(chǎn)生針孔，在蒸汽吹掃環(huán)境條件下液相變氣相體積膨脹，導(dǎo)致涂層發(fā)生局部鼓泡現(xiàn)象。

(2)水冷器管束在回裝時(shí)，采用千斤頂?shù)扔操|(zhì)工具回裝管束，造成管板涂層破壞。

水冷器防腐蝕涂層總厚度是決定其防腐蝕效果和使用壽命的重要因素之一。國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)備與結(jié)構(gòu)的涂層總厚度有各自的規(guī)定。如SH/T 3022—2011《石油化工設(shè)備和管道涂料防腐蝕技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：強(qiáng)腐蝕環(huán)境、重要和維修困難部位的涂層厚度不小于250 μm。

4 結(jié)論及建議

(1)柔性EFT涂料涂裝前處理采取堿洗除油→酸洗除銹→中和鈍化基本工序。由于難以達(dá)到噴砂后的粗糙度和潔凈度，柔性EFT涂料使用壽命難以和噴砂處理后涂裝的防腐蝕涂料相比。另外外壁涂料多采用淋涂方式，淋涂后的質(zhì)量缺乏檢查手段，所以柔性EFT的管束涂層質(zhì)量需要改善。建議采取磷化表面處理，管束全浸或半浸滾動涂裝工藝以解決此項(xiàng)問題。

(2)柔性EFT涂料不如噴紗處理后的防腐蝕涂料使用壽命，建議減少或降低管板部位焊口的應(yīng)力腐蝕開裂，以及管束安裝過程中可能因磕碰造成的涂層破損，并在水冷器管箱及浮頭應(yīng)輔以陰極保護(hù)。循環(huán)水采用鎂陽極，循環(huán)水混用中水建議采用鋁陽極和鎂陽極兩種陽極搭配。水冷器使用循環(huán)水或中水采用“鎂包鋁”復(fù)合型犧牲陽極防護(hù)效果更佳。