氯碱化工设备防腐蚀技术的应用

翁祥根

（上海氯碱化工股份有限公司)

0 前言

在化工设备设计和维修的材料选用方面，通常优先考虑物料介质与所选材料在强度、温度和耐腐蚀性等方面的匹配。如果在材料选择方面能结合可靠的防腐蚀处理，则既可以降低造价，又能提高设备运转的可靠性。上海氯碱化工股份有限公司在设备的防腐蚀处理上进行了多年的探索和应用，并取得了较好的成效。本文将介绍几种聚合物涂料在氯碱设备制造和维修中成功应用的实例。

1 氯碱设备与涂层

上海氯碱化工股份有限公司主要产品有烧碱、液氯和聚氯乙烯，还有中间产品如氯化氢、二氯乙烷、氯乙烯、盐酸等。其中二氯乙烷和氯乙烯是有机化工产品。在设备的材质方面，既有钛、镍、双相钢、碳钢和石墨等材质的设备，也有衬四氟、衬橡胶的设备。其中用于氯气压缩机系统的中间冷却器选用碳钢材质的列管式换热器，该换热器采用循环水与氯气进行热交换。由于三级换热器中一级、二级换热器的氯气压力低于循环水的压力，一旦换热器的列管出现泄漏，循环水将进入到氯气压缩机中，直接破坏压缩机的叶轮，造成较长期的停产，该公司就有过此教训。后来将循环水从封闭循环改成间接循环并增加在线pH分析仪表，情况有了改善。但由于从检测到信号再连锁停车是需要一定时间的，而高速运转的压缩机 （转速在10 000 r/min左右）当含水量体积分率超过50×10-6时，将会在短时间内产生较大的破坏。为此，在严格把握换热器制造过程质量关的同时，如何减缓循环水对碳钢的腐蚀问题就显得很重要。工业循环水在运转过程中需要杀菌降藻，因此会定期向循环水中添加液氯，从而使循环水中含有的氯离子增多并对碳钢造成腐蚀，循环水还易使列管的表面结垢并降低换热效果。该公司1989年投产的德国PGW公司生产的氯气压缩机和1990年投产的日本荏原制作所生产的氯气压缩机都在使用了两年左右时，发生过因换热器列管受腐蚀泄漏而致压缩机叶轮损坏的案例，由于考虑到此类因素，还备用了整套昂贵的压缩机系统。为此，上海氯碱化工股份有限公司与上海金山某设备防腐有限公司 （该公司在石化行业较早开展了设备的涂层工作，对各种涂层材料的使用具有一定的经验）合作，首先开展了在氯气冷却器的循环水侧涂层的试验。经过对涂料的耐腐蚀、耐温和热阻等方面综合考虑，选择了改型AH-924氨基环氧涂料进行涂层 （在循环水侧涂层）试验。首台做过涂层的换热器在换热效果和使用寿命等方面都超过预期 （使用6年以上仍未见明显受蚀）。

2 碳钢设备涂层的优点

碳钢设备涂层的优点包括以下几个方面：

（1）防腐性能好。通过涂层的隔离，减轻了含氯离子的工业循环水对碳钢管材的点蚀、垢下腐蚀和细菌腐蚀。

（2）涂层表面光滑，硬度较高，摩擦系数小，不易滞留集积污垢，传热效果好。

（3）涂层抗冲刷、抗渗透、耐温变，环境适应性好。

（4）既节省了维修费用和检修时间 （经统计，做过涂层的设备可延长使用寿命2～4倍），同时还保证了生产装置的连续运转，取得较好的间接效益。

（5）可以替代高价的金属材料并取得更好的效果。

上海氯碱化工股份有限公司华胜化工厂在二氯乙烷装置的焚烧单元，有一台废气吸收换热器，用于冷却酸性废气，冷媒是循环水。由于控制难度较大，换热器的使用寿命较短，曾经使用过碳钢和双相钢材质的换热器，但使用不超过一年就都受蚀泄漏 （物料侧）而失效。在物料侧做了涂层后使用寿命大大提高，目前使用已经超过三年，经检查涂层状况仍然很好。因此，我们将考虑进一步做双侧涂层。

在确认涂层的防腐效果后，对换热器比较重要的涂层热阻问题也在设计和实际的使用过程中得到了很好的解决。经过二十多年的实际使用，在换热器结构设计未作任何改变的情况下，做过涂层的换热器其换热效果在使用初期并没有明显的降低，而且由于涂层表面不易结垢，长期使用换热效果更佳。经检测，涂层的热阻R=0.105 m2K/W。涂料的导热系数 λ=2.875 W/（mK）。

表1 碳钢换热器采用涂层与否使用情况对比 （使用1年）

3 常用涂料在氯碱设备上的应用

目前，在氯碱设备上较常用的有两种涂料：漆酚酞螯合高聚物防腐蚀涂料和改性AH-924氨基环氧鳞片涂料。涂刷工艺为底漆两道，面漆四道，总厚度 160±40μm。

漆酚酞螯合高聚物防腐蚀涂料经特殊加工后，其涂层表面光滑，除了具有优良的机械性能、阻垢性能和耐磨性能外，还具有耐高低温 （-30～300℃）性能，适用于各种盐类、油类和低浓度无机酸以及烧碱等环境。

改性AH-924氨基环氧鳞片涂料具有好的热稳定性、抗渗透性、化学稳定性和较高的附着力，耐温不高于120℃，适用于油、稀酸、弱碱和溶剂。

以上两种涂料，漆酚酞螯合高聚物防腐蚀涂料应用范围广，但加工成本相对较高。在烧碱装置中较多采用改性AH-924氨基环氧鳞片涂料做防腐蚀涂层。

近年来，一些国外的著名制造商也采用高分子树脂涂层来应对设备的防腐蚀问题。如上海氯碱化工股份有限公司在2005年从日本神户制钢公司成套引进的氯气压缩机的中间冷却器，在其冷却水侧采用了聚氨酯涂层，液氯冷冻机的蒸发器 （液氯侧）也采用聚氨酯涂层。这些设备使用7年多后情况仍良好。

2008年和2012年引进并投产的德国西门子公司生产的氯气压缩机，中间冷却器由国内制造，但西门子公司对中间冷却器的设计有明确要求，必须在冷却水侧做涂层处理。

聚氨酯防腐涂层的特点是防腐性能好。涂层具有良好的附着力、韧性、耐磨性和弹性，还具有耐酸、耐碱、耐盐、耐油、耐石油产品、耐苯类溶剂和耐水、耐沸水、耐海水等的性能。此外，还具有较好的耐温性 (可耐160℃)以及施工方便、干燥速度快、在0℃时也能正常固化、一次成膜厚、施工道数少等特点，施工时采用通用施工方法即可。

以上介绍的实例比较适用于无机化工物料的长期耐腐蚀性环境。近年来，一种新型的、可耐有机溶剂的涂料开始得到应用。例如，上海某防腐蚀工程有限公司消化吸收国外技术，自主开发了Sipolymer高性能陶瓷聚合物涂料。该涂料可粘合在钢结构、混凝土结构表面，有非常好的耐蚀性，可耐各种酸、碱、盐和溶剂，尤其可用于二氯乙烷和氯乙烯介质中，具有高韧性、强延伸性、高成膜性、优良的耐磨性和常温固化、容易修补、蒸汽清洗等优点。大连美德铁科技有限公司引进德国Multimetall公司技术，也开发了以聚合材料为主的、用于设备修复的涂层技术。

2011年，华胜化工厂的一台酸性二氯乙烷换热器 （双相钢换热器）的管板和列管出现泄漏，采用封堵焊接的办法解决了问题。但使用不久，又出现热影响区泄漏的现象，封堵几次后，泄漏面反而扩大。2012年，采用了高性能陶瓷聚合物涂料在泄漏面上涂刷的方法解决了泄漏问题。一年多后再检查，未发现泄漏和腐蚀。现在，上海氯碱公司已经打算在酸性的氯乙烯换热器中对列管进行防腐涂刷处理。此外，在强酸、强碱和二氯乙烷等废水沟内采用高性能陶瓷聚合物涂料进行涂刷处理，可以防止化学品渗入地下。

Sipolymer涂料已经具有在以上介质中各种温度下经受浸泡和冲刷的成功经验。Sipolymer涂层的厚度：底涂200μm，面涂300μm。

现在，涂层处理的应用范围已经越来越广泛，从设备制造到设备维修都取得了良好的效果，并有加快推广的趋势。

设备涂层后需要妥善管理和维护。安装吊运时须避免机械碰撞。检修时，避免用蒸汽和高压水枪直接冲洗涂层。运转过程中，须避免冷却水断水而引起短时超温造成涂层焦化脆裂。做过涂层的备用设备应避免长期暴晒而使涂层老化。

[1] 余存烨，沈晓阳.国内涂层换热器防腐涂料及工程应用 [J] .化工设备设计，1998，35（2）：45-50.

[2] 吴金奎.浮头式碳钢水冷器的防腐蚀涂装 [J] .腐蚀和防护，2000，21(9)：402-405.

[3] 吴金奎.碳钢水冷器防腐蚀涂层技术与应用 [J] .石油化工腐蚀与防护，2003，20(2)：35-38.