涂料與犧牲陽極綜合保護法在換熱器上的應用

任大同

( 中石化洛陽工程有限公司，河南 洛陽 471003)

摘要:換熱器是石油化工行業的重要設備，它的腐蝕及保護對設備的長周期運行有著重要的意義; 由于近年來加工原油中的硫、酸及雜質含量越來越高，對煉油換熱設備的防腐蝕性能及材料的選擇提出了更高的要求。文章對采用專用涂料與犧牲陽極綜合保護法進行了闡述，該方法工藝方案和特點是: 表面處理要徹底，合理選取保護電流密度，按設計要求確定陽極塊，控制好濕度和溫度，涂料施工嚴格按照SHY － 99 涂料工藝進行，確保綜合防護的效果。
    關鍵詞:換熱器 犧牲陽極 防腐涂料
    中圖分類號:TQ639． 2 文獻標識碼:B 文章編號:1007 － 015X(2012)05 － 0047 － 02
    目前國內石油、化纖、冶金、發電等企業的冷換器設備經常由于水垢、腐蝕產物和腐蝕物黏泥造成冷換器堵塞，致使傳熱系數下降，是冷卻水系統中最常見的問題。由于碳酸鹽垢的導熱系數只有碳鋼的1%左右，直接影響到了換熱效率，增加了系統的壓力降。垢下腐蝕也常常縮短設備的壽命，造成的經濟損失十分驚人。其次，每次停工檢修時還要投入大量的人力物力疏通結垢和腐蝕產物，清洗等一系列的維修工作量十分繁雜，解決碳鋼水冷器的腐蝕問題變得極有必要。
    1· 防腐蝕措施
    目前，冷換設備上應用較多的防腐蝕技術是提高設備的材質和涂敷防腐蝕涂料，但提高設備材質會大幅度提高建設成本。防腐蝕涂層雖具有良好的防腐蝕性能，但單一的防腐蝕涂層由于其在金屬表面的附著能力和涂層厚度的不同，會存在一定的缺陷，而使用涂料與犧牲陽極聯合保護法，能很好的解決此問題。
    1． 1 犧牲陽極保護
    犧牲陽極的陰極保護法是基于電化學腐蝕原理的一種防腐蝕手段。是在金屬構筑物上連接或焊接電位較負的金屬，如鋁、鋅或鎂。陽極材料不斷消耗，釋放出的電流供給作為陰極的被保護金屬構筑物。
    犧牲陽極的陰極保護技術在國內冷換設備中已開始應用并逐漸得到推廣，但單純的犧牲陽極保護，由于電流所能到達的地方有限，其保護面積也有限，只適合于小型換熱器。隨著設備的大型化，一方面要大量的消耗陽極塊，增加成本，影響了保護年限( 這是由于冷換設備安裝陽極塊數量有限的緣故) ; 另一方面由于冷換設備形狀復雜，難以保證電流的保護均勻性及保護深度，從而導致保護失效。如果把涂料防腐蝕與犧牲陽極保護結合起來，就可避免上述現象。這是由于被保護的碳鋼基體形成了大陰極，減弱了冷換設備的形狀復雜性，使得保護電流均勻，保護深度加深，同時即使涂料有局部破損，被保護的面積也較小，所要消耗的陽極塊數量也大大減少。
    1． 2 換熱器綜合防腐蝕保護方法
    對于換熱器筒體防腐蝕，如果只采用涂料防護或者鎳磷鍍防護。在裝換熱器芯子時，很容易造成防腐蝕層破壞，形成大陰極及小陽極現象，從而加速設備的腐蝕。為避免這種現象，需對換熱器筒體進行犧牲陽極保護，即使防腐蝕層脫落也可以保護設備。該部位是氣液兩相區，在氣態時不產生電化學腐蝕，因此傳統的犧牲陽極無法發生作用。在液態環境中，由于冷凝區域出現的液體水較少，分布不是很均勻，無法達到犧牲陽極的目的，因而設備無法得到保護。綜合防腐蝕保護技術的最大優點是可以根據換熱器不同部位所處的腐蝕環境不同，對其采用不同的防腐蝕方法，具有較高的靈活性，從而降低成本，所以得到了廣泛的應用。例如采用噴鋁加高溫涂料封孔技術，即整個筒體內采用噴鋁技術整體封閉，冷凝區域出現的液體水較少，當局部出現涂料破損時鋁材能夠起到犧牲陽極的作用。即使在裝換熱器芯子時，出現部分破損，也不會被腐蝕。而對于循環水走殼層的設備，采用帶狀的犧牲陽極塊，可以避免因陽極塊的安裝導致流量的變化。
    2 ·換熱器綜合保護在煉油廠的應用
    2． 1 換熱器綜合防護技術方案
    冷換設備腐蝕結垢最嚴重部位通常在距管口1 ～ 1. 5 m 處，單純的電化學保護距離為距管口0. 2 ～ 0. 3 m 處，如果對整臺設備進行涂料防腐蝕再在兩端設計安裝犧牲陽極塊，保護深度可達到距管口2 ～ 2. 5 m，這樣整臺設備就能很好的被保護起來。犧牲陽極塊經常采用耐高溫的Mg 合金，并將其澆鑄成方便安裝、釋放電流效率高的形狀，安裝在封頭內隔板上( 焊接或螺栓連接) 。為了增大冷換器管內的保護效果，將封頭內壁包括隔板及換熱器管束涂刷換熱器專用防腐蝕涂料SHY-99，使保護電流集中于冷換器管內部分，在電化學保護電流作用下使管內腐蝕及結垢減輕或停止。采用該技術后，可使冷卻水的水垢明顯減少，改善冷卻效果，節省大量冷卻水; 同時也可節省使用藥劑的費用，所以經濟效益十分可觀。冷換設備的陽極塊的數量要根據保護設備的大小、年限、保護電流、介質狀況及設備的結構來計算陽極塊的數量及分布。陽極塊的形狀及規格也可以根據設備情況進行設計。
    2． 2 換熱器綜合防腐蝕保護施工工藝
    為了確保施工質量，并使施工能按期保質保量完成，施工應嚴格按照以下順序進行:
    ( 1) 對需陰極保護的冷換器，首先進行表面除銹處理，除銹方法可采用噴砂或化學除銹。金屬表面應無油污、灰塵和無銹跡，除銹等級應達到Sa2. 5 級或St3. 0 級。對有舊涂層的金屬表面，還應除去舊涂層、銹層、油污及灰塵等; ( 2) 按照設計要求預埋陽極塊固定螺栓或焊接犧牲陽極塊;
    ( 3) 施工期間濕度應不高于75%，溫度15 ～ 25 ℃為最佳溫度; ( 4) 涂料應采用換熱器專用防腐涂料SHY-99。對表面處理過的設備進行涂料施工，涂料施工嚴格按照SHY-99 涂料工藝進行施工。
    ( 5) 犧牲陽極采用焊接或螺栓連接的方法，焊接可使陽極固定更加牢靠，而螺栓連接在檢修時易對陽極塊進行更換。對安裝后的犧牲陽極應仔細檢查，確保安裝牢靠、接觸良好。
    3 ·總結
    采用涂料與犧牲陽極的聯合保護方法，對換熱器的防腐蝕具有很高的可靠性和滿意的壽命。噴砂除銹要達到足夠的粗糙度，采用SHY － 99 專用防腐蝕涂料，控制涂膜厚度; 合理選取保護電流密度，準確計算陽極發生電流，確定陽極用量，正確安裝陽極。( 編輯：寇岱清)