空气冷却器防腐蚀工艺研究

陈朔

摘 要：石化空冷器在石油化工生产中发挥着至关重要的作用，应用数量较多，约占设备总量的三分之一以上。在空冷器的运行过程中，不仅需要实现热量的传导，而且还会受到流体的冲刷与腐蚀作用，油品在高温和高压的条件下，会发生加氢、裂解等反应，所以，做好设备的防腐蚀工作对于保证其正常运行有着重要的意义。文章就空气冷却器防腐蚀工艺研究进展进行了详细的讨论。

关键词：空气冷却器；防腐蚀工艺；研究进展

中图分类号：TE986 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）24-0052-02

1 应用新材料

现阶段，石化用空气冷却器的材质大部分为碳钢或者低合金钢，只有少数设备采用不锈钢材质。但是，随和石化生产的开展，设备中的介质含硫量逐渐增加，其腐蚀性作用不断增强，对空冷器的本体材质产生了较为不利的影响。为了避免介质对空气冷却器设备本体产生严重的损坏，可以采取下述防腐处理方法。

1.1 抵御湿硫化氢的抗腐蚀材质

湿硫化氢对金属材料具有极强的腐蚀性作用，为了使材料抗硫化氢腐蚀作用的能力得到提高，我国四家科研单位或制造厂联合推出了新型材料，以抵抗湿硫化氢极强的腐蚀性。与普通碳钢材质相比较，资金投入量略高，但是，抗腐蚀性能却得到了大幅度的改善。这些材料不仅可以抵御湿硫化氢所造成的腐蚀，还可以抵御H2S-HCN-H2O、H2S-H2O所导致的设备腐蚀开裂。就08Cr2AlMo这种新型材料来说，硫化氢在这种材料上的腐蚀速率约为0.15毫克/厘米.小时。在氯化氢溶液内部的腐蚀速率明显低于溶液中的腐蚀速率，约为碳钢的腐蚀速率的百分之二十三。

1.2 抗氢诱导裂纹材料

在材料生产中，必须对材质中的合金含量严格管控，控制硫元素与磷元素处于一个相对较低的水平，磷元素含量不大于1.5%，硫元素含量不大于4‰，为了使钢材的抗腐蚀能力得到有效的提高，还可以在钢材中增加一些含量极小的微量元素，必须控制各种元素的含量，避免由于含量不合理，使材料的抗腐蚀性能下降，当硫化氢介质经过时，导致诱发裂纹或者产生鼓泡。

1.3 超级不锈钢

为了解决点蚀作用对设备的影响，可以应用超级不锈钢，应用较多的抗腐蚀性超级不锈钢为904L，这种材质可以很好地抵御点蚀的影响以及晶间腐蚀、裂缝腐蚀，对于普通的腐蚀具有极强的抵御力。如果介质的温度不大于四百摄氏度，则不会发生晶间腐蚀、所以将超级不锈钢应用于抵御氯离子腐蚀中的效果优于抵御其他离子的腐蚀效果。

1.4 双相不锈钢

双相不锈钢通常在应力较低的条件下具有极好的抗腐蚀能力，可以抵御氯化合物的应力腐蚀，抵御孔蚀的作用也极佳。大部分的双向不锈钢的抗腐蚀能力都优于不锈钢材质，比如：约为百分之二十五的含铬以及含氮的双向不锈钢抵御孔蚀和点蚀的能力都好于316L，这种双相不锈钢在受到腐蚀作用时，表现出来的特点与不锈钢由于腐蚀作用而表现出来的特点有所不同，不锈钢在温度较高的条件下会析出碳化物，进而导致晶间铬元素的缺失而发生晶间腐蚀，但是双相不锈钢即使在高温的条件下，也不会析出碳化物。具有极佳的力学性能，以及较高的抗疲劳強度，屈服强度数值是不锈钢材料的2倍以上。但是，双相不锈钢的缺点是仍然存在着各种脆性倾向，所以只能在小于300摄氏度的介质中使用。

1.5 镍基合金

石化空冷器所用材质中的镍基合金最为常用的就是incoloy825，这种材料的性能极好，但是成本高。材料的强度较高，机械性能极好，具有较强的抵御腐蚀的能力。尤其对于氯离子、硫化物、磷酸以及氨元素具有极好的抗腐蚀效果。由于这种材料自身的优良性能以及极好的抗腐蚀能力，所以被应用于海水腐蚀中或者酸性物质的强腐蚀作用下，是防腐蚀性能最佳的材料之一。现阶段，已经在石化空冷器中具有较多的应用。主要应用于含氯湿环境、不同种含氧氯化物、氯化盐类、硫酸和氧化盐类溶液中的条件下，具有极强的抵御腐蚀的能力。所以，近些年，对于腐蚀性极为严重的环境，一般会应用镍基合金，比如：化工制造厂或者石油化工领域中。但是，基于镍基材料较高的价格，使其在应用中受到了较大的限制。

1.6 复合材料

为了控制空气冷却器的制造资金投入量，一些使用单位在订货时，选择了复合型材料。应用复合型材料具有极为明显的优势，又可以将复合型材料进行进一步的细化分类，分为两个大类，一大类为堆焊，另一大类为爆炸型复合材料。通常将低碳钢作为母材，也可以选择合金钢或者复合材料，甚至于incoloy825。基于不同地点的环境条件不同，设备内部的介质不同，所以选择的材料也就有所不同。应该根据实际状况进行材料的合理选择。随着技术的进步与更新，不锈钢材料的成本显著降低，所以，技术人员结合生产实际状况，将其较多的应用于不同地点以及不同条件的设备中，以增强设备的抗腐蚀能力。

2 防腐蚀涂覆技术

为了解决设备的腐蚀性问题，采用较多的方法就是使用具有极好的抗腐蚀作用的材料，但是，这样必然会导致设备资金投入量的增加，为了在不大量增加资金投入的同时，又能获取良好的防腐效果，可以通过表面处理的方法来实现。现阶段，在我国应用较多的表面处理防腐蚀技术为涂覆有机涂层防腐与镍磷镀防腐。

2.1 有机层

当温度较低时，如果系统中存在具有腐蚀性的介质，比如：硫化氢和氯化氢，初始时以气体的状态存在，如果温度降低，则被冷凝为液体。这部分液体具有极强的腐蚀性作用。当设备的母材选取普通碳钢时，必然会对设备造成严重的形态相对均匀的大面积腐蚀。还可能会发生晶间腐蚀或者应力腐蚀等现象。上世纪七十年代，我国从德国公司引入换热器表面涂覆技术开始，一直到现在，经过几十年的发展，我国的换热器已经成功应用了多个品种涂料，来对设备发挥妥善的防腐蚀作用。有些材料尽管具有极好的防腐蚀效果但是寿命较短，不能够起到长时间的防腐作用，所以这类材料，在空气冷却器中的应用并不多。endprint

涂料采用空气冷却器内部的循环方式来进行涂覆，按照确定的工艺顺序进行涂覆工作。底漆与面漆共有6层到8层。总厚度尺寸约为200um～250um之间。采用有机涂层进行涂覆以后，空气冷却器通常可以极好的阻隔污垢，抵御腐蚀作用的能力强，附着力较大。具有稳定的传热效果，应用防腐涂层以后，空气冷却器的使用寿命得到了显著地提高。传热性能的稳定程度更高，应用镍磷镀涂层以后，空气冷却器的使用寿命得到了显著地提高。就低温部分的油气来说，应用有机涂层进行防腐是一个相对合理的防腐蚀措施。结合我国国内的石化单位多年的运行经验进行分析，涂层防腐效果的重要影响因素之一就是施工的质量。必须满足对涂层厚度的要求，使其固化良好，将有机涂层与阳极组合起来，形成联合保护，更好的发挥防腐效果。

2.2 化学镀镍磷镀

石化空气冷却器早就应用了化学镀镍磷镀的防腐蚀方法，但是基于设备内部结构的原因，不能够运用传统的工艺，在技术和施工上的难度加大，不能采用传统的工艺，在技术层面上和工艺层面上均有较大的难度。技术人员进过反复的调研和长期的实验，解决了镀层均匀程度不高的问题，同时可以在电镀操作的过程中进行排气、排液和排查，可以在封闭的系统内部采用循环镀的工艺。上世纪以来，我国的多个空冷器均采用这种工艺，在设备上电镀镍磷镀。镀层厚度控制在30um～50um的范围之内。镍磷镀技术与其他防腐涂层技术相比較，具有明显的优势，主要在于第一，具有极好的耐温性能，最高的运行温度约为380℃，可以长期在240℃的条件下正常运行。第二，镀层的硬度数值较高，抵御冲刷以及磨损的能力较强。第三，传热性能以及抵御结垢的能力强；第四，防腐蚀性能良好，对含有硫离子以及氯离子的溶液具有很好的抗腐蚀能力。

3 制造过程中的防腐蚀控制

空气冷却器的结构设计情况和制造工艺对其抗腐蚀性能具有较大的影响，必须合理的开展结构设计工作，以充分发挥材料的抗腐蚀能力，保证设备处于一个极好的试用状态。在制造过程中，做好焊接质量控制。焊缝组织状态受到焊接方案的影响，焊缝组织形态不同，对介质所发挥的防腐蚀作用也有所不同，在制造过程中应该合理选取。如果选择不合理，极有可能影响焊接质量，以及焊缝的防腐蚀能力。依据产品的状况和材质选择适合的焊接参数。焊接参数的选择应该按照焊接工艺评定的标准执行，保证焊缝质量，焊接之前做好清理工作，合理预热，保证层间温度的合理性，进行必要的焊缝热处理。无论设备材质为普通碳钢、还是不锈钢、铬钼钢，如果焊接操作不合理，参数调整的不正确，都有可能由于焊接应力而导致设备受到腐蚀性损坏。所以，在焊接之后，需要进行必要的焊后热处理以消除焊接应力。就普通碳钢和合金钢来说，在湿硫化氢环境中运行时，必须进行消除应力的焊后热处理，保证焊缝、热影响区以及母材的硬度满足要求。

综上所述，做好空气冷却器的防腐蚀工作，对于保证设备的正常运转，延长使用寿命有着积极的意义。制造厂需要从设备的材质选择、表面处理以及生产制造等多个环节，进行防腐蚀处理，使设备具有较强的抗腐蚀能力。

参考文献：

[1]唐晓旭，于凤昌，高芒来，等.炼油行业空冷器防腐蚀的CFD研究进展[J].石油化工腐蚀与防护，2012，29（06）：1-3.

[2]吴永海.石化空冷器的防腐蚀技术探析[J].科技创新与应用，2013（22）：296.endprint