[讨论] 如何做好换热器管束防腐蚀技术？

     据不完全统计，现代大型生产装置，特别是石油炼制、化工、化肥、化纤等成套生产工程中，各类换热器时刻在履行热能转换和传递的功能。据统计，换热器占整个设备投资的20-40％。石油炼制、化工、化肥等每年因腐蚀结垢报废的换热器多达上万台。换热器损坏不仅使维修更新作业频繁，原材料和产品跑冒滴漏，有毒有害物资侵害人身安全、污染环境，而且其造成的装置事故停车带来惊人的停产损失。
     换热设备是生产装置的关键设备之一，多数材质为碳钢，一般占全部换热设备30％左右。日常大量的故障及事故抢修，约60％左右是由于冷换设备管束腐蚀泄漏所至。严重影响了生产装置的安全、稳定、满负荷运行。另外，腐蚀形成锈垢层，增加了热阻，使换热效率严重下降，满足不了生产的需要。所以说，合理选用冷换设备管束材料及控制方法，减少腐蚀，是我们科技人员一直关注的问题。
到目前为止, 石油化工、煤化工、化工等企业的碳钢水冷器、冷凝器及部分换热管束的腐蚀还没有很好的解决。近些年虽然出现了一些防腐的方法，对管束的腐蚀有所缓解。应该寻找一种新的防护方法，用来      解决管束内外壁的金属腐蚀与结垢问题，延长管束的使用寿命与换热效率。如果这个问题能解决将为石油化工解决了一个大难题，市场的潜力是很大的。
    我想通过这一讨论，可以把大家所掌握的换热器管束防腐技术技术进行交流，推动我国换热器防腐蚀技术进一步发展。

换热器的防腐蚀，不知是否可以参考锅炉
1 加入药剂减少结垢
2 pH调节
3 缓蚀剂

       是的没错，换热器防腐蚀一种方法是工艺在整套装置上在工艺介质上进行考虑的，在生产的流体中加入缓蚀剂等手段控制产品中对设备腐蚀的几项指标。实践证明确实起到了抑制金属的腐蚀，但是有些设备的腐蚀还是控制不好，远远低于设备的设计年限，换热器管束就是存在这样的问题。
       所以，换热器管束的腐蚀人们始终寻找一种表面涂层来解决这一问题。以下两图是石油化工使用后的管束（汽油冷却器）。

描述:换热器表面腐蚀

图片:DSC09957.JPG

描述:换热器表面腐蚀

图片:DSC09961.JPG

目前有一种涂料，用于炊具的锅内表面，最终的状态和陶瓷类似，而且具有不粘锅的效果，个人认为值得一试，不过这需要在设备制造厂来完成这个涂装。维修过程中如果涂装，涉及酸洗和后期的涂料热固化，250度温度的烘烤。

这样的涂料可以分析研究一下。

        开发换热器用常温固化耐热防腐涂料，换热器需要耐热、导热效率高的防腐涂层，目前使用的环氧氨基涂料需在120℃固化，并需多道涂装，在大型装置上无法使用。开发可常温固化，而且施工方便的涂料，是至今尚未完全解决的问题。其关键是要在涂料的防腐性能、传热性能和可施工性三者之间求得最佳平衡点。

                                                                            换热器防腐蚀方法
       换热器是化工生产的重要设备，占工艺设备总重的40%，石化行业每年需要更换整体换热设备2500台，耗钢材13000t，直接损失2亿元。
防蚀方法：
       1、耐蚀材料：采用不锈钢、钛、铝黄铜等耐蚀材料。
       2、电化学保护：碳钢换热器造价低、耐蚀性差，一般大型换热器采用外加电流阴极保护，小型换热器多用牺牲阳极的阴极保护，可减缓换热器的腐蚀。
       3、Ni-P化学镀、涂料：对换热器进行整体化学镀，形成镍磷镀层，为阴极性镀层，可起到机械隔离腐蚀介质作用。涂料保护作用有限，维修进程中易发生剥落。
       4 、渗铝：将铝元素渗入工作表面层，包括粉末法、气相法和料浆法，可提高钢铁、非铁金属及合金的抗高温氧化和燃气腐蚀能力，对大气、H2S、CO2、海水介质具有良好耐蚀性。以渗铝为基础的铝铬共渗、铝硅共渗、铝铬硅共渗均有广泛应用。
       5、渗锌涂层：是最经济最普遍的防腐蚀方法之一。渗锌法温度较低，约400～500℃，换热器不容易变形，渗层均匀，不易剥落，作为阳级保护层，渗锌层有更好的保护效果，可大幅度提高使用寿命

                                                   化学镀镍磷合金可以提高换热器管束防腐性能
      摘要：通过对稳定塔重沸换热器管束腐蚀分析，采用镍磷镀对碳钢管束进行防腐，解决了管束的使用寿命。
      关键词：管束，腐蚀，镍磷镀，效果。    
1、前言
     某石化公司稳定塔重沸器芯子（Ф800 20号钢）常因腐蚀发生泄露，最短的一次新芯子只用了近1个月，一年换芯子达4次。对换热器芯子进行整体一次性镍磷化学镀处理。提高了换热器管束的使用寿命。
2、腐蚀原因分析
     稳定塔重沸器管程为分馏塔二层中段回流油，操作温度310℃，压力0.6Mpa，管程腐蚀不严重；壳程为稳定塔二层出来的汽油、液态烃、瓦斯、少量水和空气等混合物，压力1.0Mpa，温度103℃，分别采样分析见表1和表2。

                      表1    壳程上部瓦斯分析结果
                组分      空气      氢             CO     CO2    H2S    石油烃类
             体积%    16.31    21.97    3.51    5.89    10.12    42.20

                   表2    壳程底部水质分析结果
            组分    石油类    硫化物    挥发酚    氰化物    悬浮物
          体积%      80      11030      15           0．005     30
    
      从稳定塔进来的汽油、液态烃等液体混合物经与重沸器管程高温油换热到150℃，轻组分迅速汽化，在壳程上部充满H2S、空气、瓦斯等气体混合物，形成重沸器管子及壳体上部的腐蚀环境①。水分与硫化物结合经加热后浓缩析出并沉淀壳程下部，使重沸器低部形成浓度较高的稀硫酸腐蚀环境。肉眼检查损坏的重沸器发现管束下半圆全部出现大面积均匀腐蚀减薄，表面残留粒状铁锈物质，经X光结构分析，腐蚀产物是Fe2O3+FeSO4+不可知物，说明硫化氢和氧是造成重沸器管子外表面腐蚀的主要原因。由于管子外表面温度较高，液体不断汽化，因此在管子周围自下而上形成了硫化氢、空气、瓦斯混合物的高速气流，加剧了管束管子下部的腐蚀减薄速度。
3、镍磷镀的基本原理
         按照化学沉积的原理，在包括主盐、还原剂、络合剂、稳定剂的镀液中发生如下反应：
        （1）亚磷酸根与初生态的产生
         H2PO2-    ----   PO2-+2[H]
         PO2-+H2O     ---- HPO32-+H+
     亦即：          
        H2PO2-+H2O   ----  HPO32-+H++2[H]

        (2)活化与沉积
     氢原子吸附于金属表面，通过其还原作用，使镍原子沉积在活化的金属表面上。
          Ni2++2[H]  -----   Ni+2H+
     (3)次磷酸盐分解磷还原并进行沉积
          H2PO2-+[H]  ----   H2O+OH-+P
          Ni2++2H2PO2-+2H2O ------    2HPO32-+H2 +4H++Ni
     (4)Ni-P-S(合金元素)共同沉积形成饱和了的固溶体非晶态合金。
         Ni+P+S为多元非晶态合金
4、镍磷镀工艺流程
        （1）前处理：包括喷砂、脱脂、酸洗活化。
        前处理的主要目的是为镍磷化学镀作准备，喷砂主要是针对用过的换热器管的内外表面去掉管内表面附着物、腐蚀产物、锈蚀、垢物等，通过喷砂使之具有平滑干净的表面。脱脂主要是用化学的办法清除内外表面油污，使换热器内外表面不含油污等。酸洗活化主要是去除管内外表面锈，使之露出金属表面，而且使管内外表面具有一定的活性，为镍磷化学镀做好表面准备。
        （2）镍磷化学镀
         在一定浓度、一定温度的处理液中恒温一定时间（一般为3小时），使换热器内外壁形成一层30—35Um厚度的镍磷合金保护层，镀层的硬度可达HV450—550，这样即可提高换热器管的防腐性能，又可提高管的防冲刷和防腐性能，大大提高换热器管束的使用寿命。
        （3）后处理
        为了进一步提高镍磷化学镀保护层的防腐性能还要进行封闭或钝化处理，采用重铬酸盐封闭或钝化，经后处理的换热器管的耐腐蚀性进一步提高。
5、结论
       采用镍磷镀在换热器管束内外表面形成一层均匀、致密、与基体结合力强的非晶态保护层，提高了稳定塔重沸器芯子抗腐蚀性能。涂镀后使用四年未发生腐蚀泄漏。