炼油厂换热器管束锌铝稀土共渗防腐蚀技术

杨延平 陈 轩 陈 雁 秦学功 高玉奇 王文灿

(中国石油乌鲁木齐石化分公司，新疆乌鲁木齐 830019)

炼油厂换热器管束锌铝稀土共渗防腐蚀技术

杨延平 陈 轩 陈 雁 秦学功 高玉奇 王文灿

(中国石油乌鲁木齐石化分公司，新疆乌鲁木齐 830019)

介绍了某石化公司科技项目锌铝共渗防腐蚀技术的特点，并通过对换热器管束在不同生产装置近十年的使用效果进行分析，认为在炼油装置应用锌铝共渗防腐技术是最佳选择。

换热器管束 锌铝稀土共渗 防腐蚀 抗腐蚀性分析

锌铝稀土共渗防腐蚀技术是某公司的科技开发项目，该防腐蚀技术对于减缓含酸、含硫介质引起的换热设备及塔内件腐蚀有显著效果。由于酸和硫腐蚀导致换热设备介质窜漏，造成非计划停工。而经锌铝共渗处理的碳钢具有优异的抗腐蚀性能和抗磨蚀性能，如耐大气腐蚀、耐工业水和海水腐蚀、耐应力腐蚀与腐蚀疲劳、耐高温氧化和硫化物腐蚀、耐高温环烷酸腐蚀以及抗渗碳等。锌铝共渗钢可以取代昂贵的不锈钢且具有比不锈钢更好的抗腐蚀性能。

1 锌铝稀土共渗防腐蚀技术特点

试验研究表明，在锌中加入铝可提高涂层的耐蚀性能，当铝质量分数为30%时，锌－铝合金的耐蚀性能最佳。锌铝合金镀层具有比热浸镀锌层更优异的耐蚀性和抗氧化性，兼具镀锌层和镀铝层的良好性能。而钢铁构件经锌铝包埋共渗处理后可以获得一种外层富铝、内层富锌的双层结构的共渗层，其中富铝层较薄，富锌层较厚。铝和锌的电位都比铁的电位低，能对钢铁基体起牺牲阳极的保护作用。另外，在这两种渗层中，铝、锌都是以与铁的合金形式存在，降低了铝、锌和基体之间的电位差，从而能起到保护作用。由于加上稀土元素助渗剂的作用，进一步提高了铝、锌原子的渗透性。渗层中这种与基体成化学键结构的锌铝共渗层与基体有良好的附着力，大大提高了抗腐蚀性能和抗磨蚀性能，与锌铝合金镀层相比防腐蚀效果更加显著。

通过实验室对锌铝共渗钢的抗腐蚀性能对比得出的结果是:锌铝共渗钢其抗硫化物腐蚀性能分别是渗锌钢的10倍，不锈钢的100倍，20号钢的250倍。其特点有:

(1)渗层致密，无孔隙，结合牢固，渗层与基体之间主要是Fe2Al5相和FeAl相;

(2)锌铝共渗处理的钢铁在高温环境中具有与渗铝类似的耐高温腐蚀性能;

(3)锌铝共渗层的硬度达到Hv400～600，比基体提高3倍(一般20号钢硬度为Hv100～150)，具有优良的耐磨性能;

(4)锌铝共渗层的抗腐蚀性能兼顾了渗锌层和渗铝层的优点，可适用于常温腐蚀介质和高温腐蚀介质;

(5)钢铁锌铝共渗后使得硬度提高并具有很好的抗磨蚀和抗冲刷腐蚀性能;

(6)钢铁的锌铝包埋共渗在600℃以下进行，可以避免渗铝温度高易造成构件变形的问题，特别适用于大型构件的渗涂;

(7)锌铝共渗的温度比渗铝低得多，所以锌铝共渗的能耗比渗铝大幅度下降，可使生产成本显著下降;

(8)换热器整体锌铝稀土共渗为阳极涂层，可提高换热器的使用寿命3倍以上;

(9)换热器整体锌铝稀土共渗比渗铝管束换热器和化学镀换热器的成本低10%～25%。

2 锌铝稀土共渗防腐蚀技术的应用

2002年至今，锌铝共渗中试装置共对78台换热器管束进行了渗锌铝防腐蚀，碳钢换热器管束经过渗锌铝后，耐腐蚀性能有显著提高，在炼油厂使用最长达7 a，至今未更换。溶锌铝防腐蚀换热器使用情况见表1。

表1 渗锌铝换热器使用状况统计

从表1可见，序号为1～20的换热器管束使用锌铝共渗后，防腐蚀效果显著，因此对以上设备所处工况以及使用情况进行了对比分析。

同时，从表1中可看出，序号为21～29的换热器管束使用周期平均为3 a，相比而言，未达到预期效果，但仍然比未锌铝共渗的换热器管束使用周期增加了1～2 a。其原因有二:一是所使用的换热器管束规格基本为φ1 000 mm以上的大直径换热器，由于该公司锌铝防腐蚀生产装置为中试装置，加热炉偏小，只能对φ900 mm及以下管束采取整体进炉渗镀处理。对于φ900 mm以上的换热器管束，采用先对单根管子进行渗镀处理，再交安装公司制作成管束，再对该管板进行防腐蚀处理。由于经过锌铝共渗后的管子，制作焊接工艺有别于未经处理的管子，不仅在制作过程中增加了一定的难度，而且折流板和管板，以及管板接头的角焊缝未渗，不可避免地造成管束整体渗镀质量有所下降，从而换热器管束防腐效果不理想;二是序号为21～29换热器管束所在车间在生产过程中，为了洗去液态烃中各种酸和盐类，加入了碱性助剂，而锌铝共渗的产品比较适用于pH值小于7的酸性环境。在防腐蚀工艺选择上，还要进一步研究。

除此之外，从目前所使用的不同装置工况来看，锌铝共渗防腐蚀均适用，其防腐效果都很明显。上述换热器管束在未采用锌铝共渗前，平均每2 a更换一次管束。经渗锌铝后，使用时间均超过4 a以上，并仍在装置中运行。

该项技术还应用于中国石化集团西北石油局雅克拉采气厂轻烃处理装置的一台换热器。该换热器因使用工况较恶劣(介质中高含H2S及环烷酸，工作温度250℃)，先后使用了碳钢、双相钢、不锈钢以及碳钢热固化、镍磷镀等材质和防腐工艺，但在装置生产使用中，最长未超过3个月，就发生了严重的腐蚀穿孔或堵管现象。2009年8月使用了锌铝共渗的换热器管束后，截止2011年6月底已使用22个月，运行良好。

3 锌铝稀土共渗生产工艺的改进

针对φ1000 mm以上管束采取先渗单管而引起的焊接质量难保证的问题，一是对单管锌铝共渗前管头的处理工艺进行了改进;二是在制作过程中，提醒安装公司调整焊接工艺，尽可能解决管束制作时焊接质量的问题;三是针对管束所处工况(即主要腐蚀介质及工作温度的不同)，来调整渗剂中锌、铝粉的比例。通过上述措施，使防腐效果达到了最理想的状态。

4 结论

锌铝共渗钢是一种抗腐蚀、抗磨蚀和耐氧化的新材料，可在600℃以下长期使用，可用来代替不锈钢和耐热钢。在硫化氢、二氧化硫、三氧化硫、水煤气、氢氰酸、环烷酸、烟气和大气等介质中具有优越的抗蚀性能和抗磨蚀性能。通过对中国石化集团西北石油局雅克拉采气厂及中国石油乌鲁木齐石化公司炼化装置中的换热器、炉管及塔内件工业试验证明，经过锌铝稀土共渗处理的碳钢其使用寿命是普通碳钢的4倍以上，不锈钢的2倍以上，能给用户带来明显的经济效益和社会效益。

Zn－Al－Rare Earth Diffusion Corrosion Protection Technology of Refinery Heat Exchanger Tubes

Yang Yanping，Chen Xuan，Chen Yan，Qin Xuegong，Gao Yuqi，Wang Wencan PetroChina Urumqi Petrochemical Company(Urumqi，Xinjiang 830019)

The characteristics of Zn－Al－Rare Earth diffusion corrosion protection technology applied in the project of a petrochemical company are described.The ten years commercial operation of Zn－Al－rare earth diffused heat exchanger tubes in different process units and operation performance are analyzed.It is concluded that the application of Zn－Al－rare earth diffusion corrosion protection technology is the best selection for refinery process units.

heat exchanger tube，Zn－Al－rare earth diffusion，corrosion protection，corrosion resistance analysis

TE985

B

1007－015X(2011)04－0033－03

2010－11－ 20;

2011－07－17。

杨延平(1962－)，1983年毕业于吉林工学院机械制造工艺与设备专业，现在该公司监测中心从事石油化工设备研究、设备检测工作。E-mail:yangypws@petrochina.com.cn