开架式气化器表面防腐工程研究

李晟，王延枝，段天应，景宝全，李培跃，张明辉

(中国船舶重工集团公司第七二五研究所，河南 洛阳 471023)

0 引言

全球能源清洁化、低碳化发展成为大趋势，天然气作为清洁高效能源，已成为全球能源转型和应对气候变化的必然选择。LNG作为增长最快的天然气供应来源，正发挥越来越重要的作用。随着天然气需求的不断增加，国内LNG接收站的需求日趋增长。LNG开架式气化器(open rack vaporizer，以下简称“ORV”)是以海水作为热源，将液态LNG转化为气态NG的设备，具有运行成本低、安全可靠的特点。ORV设备主体通常选用具有一定耐蚀性的铝合金材料，但在长期的海水冲刷和腐蚀下，也会出现冲刷腐蚀和电化学腐蚀的问题，影响设备的安全运行。本文针对ORV表面防腐蚀工程进行了分析和研究。

1 ORV表面腐蚀控制方法的选择

目前结构件防腐蚀的主要类型包括：(1)正确选用材料及合理设计结构和加工工艺；(2)腐蚀环境处理与合理使用缓蚀剂；(3)电化学保护；(4)采用表面涂(镀)层与表面改性技术[1]。

ORV作为换热设备，针对其表面腐蚀控制，一是要提高设备的耐蚀性，二是要避免影响ORV的换热效率。根据各类型的防腐蚀方法，结合ORV设备的运行工况和国外设备供应商的制造经验，采用表面涂(镀)层的方法较适合ORV表面腐蚀控制。涂层采用较铝合金电位低的金属(镁、锌)或其合金，可对设备起到阴极保护的作用，不仅有效提高设备的耐蚀性，同时金属涂层与设备本身材料的导热性能相当，不会影响设备本身的换热性能。目前国内外ORV生产厂家采用的金属涂层多为Al-Zn合金。Al-Zn合金在海水环境下的防腐蚀工作原理如图1所示，涂层在海水环境中的电极电位低于ORV铝合金基材，因此会作为牺牲阳极被优先腐蚀[1]，化学反应式如下：

图1 ORV表面涂层工作原理

2 ORV表面防腐涂层制备方法的选择

常用的表面防腐涂层制备方法有普通火焰喷涂、气体爆炸喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂等，其技术特点[2]对比如表1所示。

表1 常用热喷涂技术的特点

ORV设备采用铝合金材料，且属于板式结构，火焰温度过高易造成ORV板片的变形，影响设备的正常运行；设备安装在有限空间，板片间的距离小，同时需要设备在不拆卸的情况下具有可维修性，因此宜选用设备简单，操作灵活的制备方法。

综合以上因素，ORV表面防腐涂层制备一般选用普通火焰喷涂。

3 ORV表面防腐涂层制备和现场维护

3.1 ORV表面防腐涂层制备

ORV涂层制备一般包括如下工序：表面预处理(喷砂)—喷涂—封孔处理。

(1)表面预处理：ORV表面预处理采用喷砂的方式，使其表面粗糙度应达到Rz80～120 μm。

(2)喷涂：可根据常用热喷涂技术的特点，如表1所示，选用针对性强的热喷涂技术。

(3)封孔处理：喷涂完成后，采用环氧树脂或同等材料对涂层进行封孔处理。封孔作业后表面应色泽均匀一致，有光泽、无漏封、无杂质、无鼓泡、无流挂。

(4)关键控制点：加强表面粗糙度和涂层厚度的检测控制；封孔作业的作业环境应清洁、干燥，保证作业空间的湿度低于85%RH。

3.2 ORV表面防腐涂层现场维护

目前国内早期建设的LNG接收站，如大连LNG接收站、唐山LNG接收站、江苏LNG接收站、福建LNG接收站、大鹏LNG接收站都经过了多年的运行，所使用的ORV涂层也出现了不同程度的腐蚀情况，主要表现在涂层的减薄、点蚀、脱落等，导致ORV涂层减薄脱落的主要原因有电化学腐蚀、海水冲蚀。

ORV表面防腐涂层现场维护一般按照如下工序进行：施工前检查-遮蔽防护-设备清洗-旧涂层去除-表面预处理(喷砂)-喷涂-封孔处理-清扫整理。

(1)施工前检查：施工前对换热板片外观、修复区域涂层厚度、翅片管圆管段直径、修复区域腐蚀情况进行检查记录。

(2)遮蔽防护：在ORV设备顶部搭建遮雨棚，制造相对密闭的空间；对非维修区域进行遮蔽防护，并留出过渡段。

(3)设备清洗：按照设备厂家提供的设备操作/维修手册，使用高压水枪对每个板片清洗，直至板片表面氯离子含量低于25 mg/L，清洗作业使用纯净水或者去离子水。设备清洗合格后，自然风干至板片及作业空间干燥。

(4)旧涂层去除：采用磨削和喷砂的方式将维修区域涂层去除。

(5)表面预处理(喷砂)：ORV表面预处理采用喷砂的方式，使其表面粗糙度应达到Rz80～120 μm。

(6)喷涂：按照厚度要求采用分遍多道次喷涂，防止涂层厚度超标和涂层表面温度过高造成残余应力过大；喷涂后的涂层表面颜色应均匀、无目视可见的裂纹、翘曲、鼓泡、起皮、脱落等，应无夹杂外来材料。

(7)封孔处理：喷涂完成后，采用环氧树脂或同等材料对涂层进行封孔处理；封孔作业后表面应色泽均匀一致，有光泽、无漏封、无杂质、无鼓泡、无流挂。

(8)清扫整理：维修完成后，拆除换热管板、墙体等遮蔽保护物以及顶部防雨棚；用压缩空气对ORV所有区域进行吹扫，并清扫整理现场。

(9)关键控制点：旧涂层应尽可能地完全去除；加强表面粗糙度和涂层厚度的检测控制；喷涂和封孔作业的作业环境应清洁、干燥，保证作业空间的湿度低于85%RH。

4 技术应用

ORV表面防腐涂层现场维护是ORV售后服务的重要内容，该技术长期被国外气化器生产厂家控制，国内仅有一家外资公司掌握，国内各接收站对该技术的突破需求迫切，项目团队发挥自身在船舶和海洋腐蚀防护方面的技术优势，通过研发，彻底掌握了ORV表面防腐涂层现场维护技术。于2020年完成了江苏LNG接收站3台进口ORV涂层修复现场施工，目前设备运行良好，有效保障了江苏LNG接收站冬季“保供”任务的顺利开展。

5 ORV设备运行维护建议

结合目前国内接收站运行情况，便于ORV设备的安全运行和维护，本文为ORV用户提出以下建议：

(1) ORV设备运行过程中需进行日常检查，检查内容包括换热板片上的结冰高度、海水分布情况、设备外观、LNG、NG和海水的流量、温度和压力。特别需要关注板片上结冰高度是否均匀，确认板片上没有因局部缺水导致的局部结冰高度突增。

(2)在设备日常检查中应检查板片上的海水分布情况，确认板片表面上没有附着较大的海生物；检查海水槽溢流堰与板片间是否有异物阻塞，如有需及时清理。

(3)应每年定期对涂层腐蚀情况进行详细检查，对涂层厚度进行测量，并记录在案。

(4)如海水供应管线上设置有次氯酸钠发生器装置，建议每3个月对换热管板、海水槽内部的海生物清洗一次。如海水供应管线上未设置次氯酸钠发生器装置，设备日常维护周期取决于海水的水质情况，用户应根据设备海生物附着情况确定清洗周期。

(5)应根据设备定期检查的结果提前制定涂层维修计划。

6 结语

LNG接收站ORV表面防腐是一项涉及专业多，技术含量高的工程。本文分析了ORV表面防腐的方法、涂层制备的方法，阐述了涂层制备和维护的流程和控制点，最后为ORV用户设备运行和维护提出了建议。