摘 要：空冷式换热器是石油炼化企业中的关键设备，实践经验表明，空冷器运行中极易发生腐蚀问题，降低了设备运行的安全性、稳定性。文章结合当下石化空冷器防腐蚀现状、防腐技术等进行了分析，旨在为石油炼化企业的安全运行提供一定的借鉴价值。
关键词：石化空冷器；防腐蚀；工艺条件；措施
中图分类号：TQ050.3 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）01-0113-02
Abstract： Air-cooled heat exchanger is the key equipment in petroleum refining and chemical enterprises. The practical experience shows that the corrosion of air cooler is easy to occur in operation， which reduces the safety and stability of equipment operation. This paper analyzes the present situation of anticorrosion and anticorrosion technology of petrochemical air cooler in order to provide some reference for the safe operation of petroleum refining and chemical industries.
Keywords： petrochemical air cooler； anticorrosion； process condition； measure
前言
空冷器是石化企業中较为关键的设备，空冷设备运行状况会对企业的整个生产工艺产生影响。结合空冷器换热原理分析，设备需要经流体长时间的冲刷作用，必须承受高温高压的特点，部分物流具有易结垢、易腐蚀的现象。此外部分石油产品需要裂解、分解后的产物极具腐蚀性，如盐酸、硫化氢等。近年来，高硫分原油的比例逐渐增加，石化空冷器腐蚀问题日益严重。空冷器防腐处理主要包含两方面要求，一是结合石化产业工艺流程等进行腐蚀物的检测，积极采取科学方法进行监控，监控内容包括氯离子、硫化氢、酸碱度等，避免腐蚀物浓度过高引发空冷岛的泄露；二是加强空冷器设计、工艺要求方面的管理，最大程度提高设备抗腐蚀效能。
1 新材料的应用
1.1 抗湿硫化氢应力腐蚀材料
从提高材料抗硫化氢腐蚀的角度出发，上海材料研究所、江苏兴澄等陆续推出ND钢、08Cr2AlMo等材料，这些材料比常规Q345R等价格略有增加，但是材料抗腐蚀效果大幅提高。腐蚀问题危害巨大，图1为某炼化厂腐蚀后的管端照片。在硫化氢含量较高的条件下，具有明显抗开裂性能，同时耐有机酸效果突出。当下国内高硫原油化工装置中类似材料的应用逐渐增多。
1.2 抗氢诱导裂纹材料
这一材料的开发主要以舞阳钢厂为代表，针对Q345R钢进行升级优化，提出Q345（HIC）、15CrMoR（HIC）材料。对应材料中硫元素、磷元素的控制含量较低，同时为了提高钢材的综合性能，还添加了部分微量元素。对应硫化氢介质中具有良好的抗氢诱发裂纹功能。
1.3 双相钢和825材料的应用
首先，双相钢的应用，含铬双相钢在地应力作用下可表现出较高的耐腐蚀性能，尤其是耐穿孔方面的效果。与316L相比，铬含量为25%的钢材在耐孔腐蚀、缝隙腐蚀方面性能优异。以炼化企业工艺流程分析，双相不锈钢在力学方面综合性能突出，强度、疲劳度、屈服强度等较奥氏体不锈钢显著增加，使用环境最高温度为300℃。
其次，825合金是镍基合金的代表，机械性能高、强度高、抗侵蚀效果良好。在酸环境、海水腐蚀中具有较好的应用效果，是当今石化产业中较为常见的抗腐蚀材料其他镍基合金还包括哈氏合金等，在氯气、硫酸等环境下应用广泛，防腐效果突出。
此外，从缩减空冷器加工制造成本的角度出发，也可采用复合材料进行处理。包括爆炸复合、堆焊等，基材多为价格低廉的碳钢、低合金钢，复合层包括316L、410S等材料，根据应用场合不同，复合层的选择和用量有所差异，这对降低提高材料奶腐蚀效果等起到了明显促进作用。
2 防腐涂覆技术分析
2.1 有机涂层
低温环境下，如果介质环境中存在硫化氢气体、HCl气体，会冷凝成液态，进而腐蚀性显著增强，若是空冷器采用的是碳钢结构，会发生严重的腐蚀反应，即便是空冷器的材质选择为不锈钢材料，也会出现一定程度的腐蚀状况。面对这种状况，国际上通用的方式是在空冷器管道内进行有机涂层的涂抹，这样可以有效的抑制腐蚀作用。我国的有机涂层防腐技术引进于德国，并且随着我国科学技术水平的提高，具有自主知识产权的有机涂料也相继被开发出来，表征着我国在石化空冷器防腐领域取得了显著的提升。国内换热器涂料种类较多，最为常用的是TH-847、TH-901两种。前者归属于耐水性涂料，工作温度一般低于150℃，在海水、弱酸性、弱碱性环境中可降低设备腐蚀速度，其他介质中也可起到一定的防腐效果，但是整体使用效果一般，近年来应用程度略有下降。后者为耐油涂料，其抗腐蚀性能、耐热效果良好，300℃以下的轻质油品中应用范围广阔，在250℃蒸汽吹扫中也具有较高的应用频率。
空冷器有机涂层制备方式如以下所示：酸洗-中和-磷化-烘干-底漆-烘烤-面漆-烘烤，其中，底漆和面漆的涂覆层数不得少于6层，总厚度需要控制在200-250mm之间，最后的烘烤环节可以将材料进行充分固化，以便致密涂层的形成，可以充分隔绝金属基体与各种流体之间的接触。有机涂层具有较强的抗腐蚀性、优质的传热性、较低的造价成本等优点，特别是在空冷器低温区轻油气侧表现的最为突出，是现阶段性价比最高的石化空冷器防腐措施之一。
2.2 化学镀Ni-P合金镀层
化学镀的基本原理是将基体放置于镀液中，在化学反应的作用下，镀液中的金属被还原并沉积在基体表面，进而形成致密的镀层，可发挥有效的防腐效果。但是因为空冷器的结构稍显复杂，若是采用传统的浸镀工艺，技术上很难实现，在施镀的过程中，废液、废气、废渣的排出也不容易解决，而且因为很难保证镀层的均匀性，防腐性能也很难达到应有的效果。面对这样的情况，人们采取内腔循环流镀的模式对空冷器开展化学镀，采用的是Ni-P镀层，这种封闭式的循环施镀模式，可以有效的解决传统施镀方式所带来的问题。其工艺流程主要为碱洗-热水洗-酸洗-水洗-活化-化学镀-水洗-钝化，镀层厚度要求较为严格，最低为30μm、最高为50μm，在镀层定型后，通过锉刀和弯曲试验确定镀层与基体之间是否结合充分，并保证镀层致密均匀，这样才能够实现基体与外界环境之间有效的隔离。
化学镀Ni-P合金镀层具有良好的耐高温性、导热性和耐磨性，硬度较高并且不易结垢，可以有效防止硫离子和氯离子的腐蚀作用。相关数据显示，经化学镀Ni-P合金镀层处理后，空冷器使用年限较处理前显著提升，但是需要较高的资金投入，所以，该种方法适合应用在防腐性要求较高的领域。
3 制造工艺防腐技术分析
3.1 焊接工艺的改进和优化
空冷器具有较为复杂的结构，所以在生产过程中，会出现数量庞大的焊缝，因为不同结构采用的焊接工艺不同， 因此焊缝的性质也不尽相同，为了能够保证空冷器的使用年限，需要从以下方面开展焊接工作：第一，需要保证焊缝具有良好的力学性能，对各种负荷的冲击作用可以有效的抵抗；第二，需要保证焊缝具有较强的抗腐蚀性，这就要求选择具有抗腐蚀性的焊接材料，并采取有针对性的焊接工艺开展作业。在焊接过程中，需要对焊接处进行热处理，最大限度的消除或者较少焊接应力的产生，从而保证焊缝的抗冲击性和抗腐蚀性。
3.2 强化管端防护工作
在空冷器进口端的换热管与管板连接的位置，各种介质的冲刷作用显著，也成为受腐蚀作用影响最为显著的区域。若是采用传统的焊接工艺，则空冷器的使用年限往往达不到设计标准的要求，这就需要采用更为先进的连接方式，以提升空冷器的使用年限。现阶段，应用较多的是胀-焊结合连接方式，具体的工作原理是先在空冷器进口端加衬管，衬管的长度需要控制在300mm以内，在端部进行翻边作业，将焊缝包裹起来，采用耐高温耐腐蚀的密封胶将衬管与换热管之间的空隙进行密封，最后开展胀接作业。
3.3 提升空冷器的介质面的有效处理
在空冷器的运行过程中，与介质直接接触的表面质量很大程度上影响着空冷器的使用年限，同时也是防腐工作需要重点关注的区域。空冷器的加工制造中，需要及时进行焊缝缺陷处理；针对表面涂覆其他材料的管段则要及时进行保护，避免外界碰撞引发划伤问题，降低点蚀几率。当下行业内部规范尚未对表面控制做出强制性规定，但以奥氏体不锈钢为例，该材料接触热流体介质的部分必须进行酸洗、钝化处理。倘若钝化后仍需要进一步进行焊接操作，则焊缝位置必须引起重视，一般还需单独进行酸洗、钝化，保证表面形成致密的氧化薄膜，这对空冷设备后续抗腐蚀、抗冲击效果等具有重大意义。
4 结束语
石化空冷器作为炼化企业较为重要的换热设备，管束抗腐蚀问题已经引起了业内专家的关注，必须加强新材料、新工艺和制造方法方面的优化，在保证换热效果的基础之上，充分延长设备使用寿命。从空冷器制造厂家方面分析而言，可采用防腐性能优异的制造材料进行加工，提高表面处理、焊缝处理等工艺流程的优化程度，从而最大程度的降低空冷设备腐蚀危害。从石油炼化企业厂家的防腐技术分析可以看出，新型防腐方法确实提高了设备使用寿命，对整个工艺操作长期连续安全运行提供了保障。
参考文献：
[1]唐晓旭，于凤昌，高芒來，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.
[3]姜悦.石化空冷器的防腐蚀技术分析[J].中国新技术新产品，2017（03）：68-69.
