充氮保护技术在空冷器中的应用

张建

摘 要：本文主要研究了空冷器充氮保护工艺方法，通过模拟试验分析了各种方法的适用情况，利用以往制造经验以及理论计算确定工装尺寸、充氮保护参数等，从而确定了空冷器管束完整的充氮保护方案。

关键词：充氮保护；工艺方法；参数确定；操作要求

中图分类号：TU831 文献标志码：A

1 概述

随着国内空冷器设计、制造技术的不断提高，国产空冷式换热器逐步进入国际市场，替代进口产品，因此在产品制造完毕直至产品使用过程中，往往经过长途运输、海运以及长时间存放，而对于碳钢、耐热钢空冷器内部一般无防腐处理，因此在运输、存放过程中的内部容易产生锈蚀，因此对空冷器管束充氮保护工艺进行研究，以确定在不同情况下所适用的保护方法。

2 充氮保护目的

2.1 内部防腐

空冷器管束在运输存放过程中的防腐主要是防止内部碳钢金属表面锈蚀，而锈蚀是一种化学反应，本质上是金属接触氧气与水发生的氧化反应，因此有效控制管束内氧气与水的含量，就可以降低金属腐蚀速率，而充氮保护是目前使用最为广泛的一种方法。

2.2 保持内部清洁干燥

由于液压试验后管束内部死角或容器壁会残留一定量水，对于碳钢管束会产生锈蚀，对于不锈钢管束会产生氯离子污染，因此通过充氮保护可一定程度地减少内部残留液体。对于管束内部有干燥度（露点）要求的，制造厂利用氮气处理、封存，这样到现场用户不需要进行太多的内部露点置换。

2.3 密封性检验

由于充氮使得管束内部有一定压力且配有压力表显示，能够直观检查容器密封性，可作为管束出厂前最后一道检验工序。

3 充氮保护方法

3.1 直接加压法

将管束密封，直接将内部充入一定量氮气，使管束内部形成正压力，组织外界水蒸气进入。

3.2 反复加压法

将管束所有开口处用盲板封堵，然后内部充入一定量氮气，静止一段时间后排气，反复加压、泄压，通过压力排除内部空气，然后充入一定量氮气进行密封。

3.3 置换法

将管束密封，打开最低点排气阀门，由上部连续充入氮气，由于空气略重于氮气，因此通过高进低出，将管束内部空气排出，根据管束管程数与容积确定置换时间， 一般氮气置换量不低于管束内容量的两倍。对于多管程管束可在每管程出口侧设置排放阀门，逐管程进行置换。

3.4 抽真空法

以上方法均是降低管束内氧含量，而抽真空法利用水在常温下抽真空后会迅速沸腾气化的原理，将管束内水蒸气排出。

3.5 复合法

即置换法+抽真空法+内部干燥剂法，通过将多种充氮保护方法叠加使用，也可增加反复加压法与其他方法组合使用。在内部适当位置放置干燥剂，提高管束内部干燥度。

4 管束充氮保护组成及参数确定

于法兰盲板厚度可根据GB150进行计算，见式（1），

其中，δp为盲板计算厚度，mm；DC为盲板计算直径，mm；PC为氮气充装压力，MPa；K为结构特征系数；[δ]t为设计温度下盲板材料的许用应力，MPa； ?为焊接接头系数。

5 模拟试验

通过模拟试验测试各方法对管束内表面防锈的效果。采用同材质挂片试样，同种前处理过程，置于表1所示的充氮方法容器内进行试验，充氮压力均为0.05MPa，密闭存放3个月后观察试样表面状态，见表1与图1（a）～图1（e）。

6 综合比较分析

直接加压法：此方法操作简单，但是无法彻底清除管束内残留空气，可降低管束内部腐蚀速率，然而长时间存放会产生锈蚀，如图1（a）所示，因此仅适用于对内部防腐要求不高或短途、短时间存放的管束。

反复加压法：此种方法可有效降低管束内氧含量，降低腐蚀速率，但对于多管程、结构复杂管束，操作过程较为烦琐，且氮气用量较大，由于无法彻底清除管束内部残留水蒸气，因此长时间存放表面会产生少量锈蚀，如图1（b）所示，此方法不适用对管束干燥度、露点有要求情况。

置换法：此种方法为目前普遍使用的充氮方式，相对于反复加压法，防护效果略有提升，操作简便，氮气置换效果较好，但氮气用量相对较大，也无法彻底清除管束内部残留水蒸气，因此长时间存放表面也会产生少量锈蚀，如图1（c）所示，适用于长期储存、运输，且对干燥度、露点无特殊要求情况。

抽真空法：此种方法不仅仅能够最大程度地排出管束内残留空气，还可有效降低管束内相对湿度，但由于空冷器管束结构特殊，具有较多死角与螺纹连接处，因此无法彻底清除氧气与水分，長时间存放表面也会产生个别锈点，如图1（d）所示，对于有露点检测要求的可采取此方法，实际操作相对简单，但各连接接头较多，对工装密封性要求较高。

复合法：通过以上多种方法组合并配合局部处理方法能够更加彻底地排除氧气与水分。由于是将多种方法组合使用，实际操作较为复杂，连接接头较多。但防护效果较为明显，不仅有效地置换管束内部空气，还可排出大量水蒸气，适用于长途运输、海运或长时间存放的管束，且能够满足对露点有较高要求的环境。

结语

综上所述，采用充氮保护技术可有效降低并控制管束内部锈蚀，保证在运输、存放过程中管束内部不受到污染、侵害，提高设备安全稳定性，对于实际应用的充氮保护方法多种多样，不仅限于本文中所提到的方法，因此本文中所提到的内容请读者借鉴，对于不详尽、歧义之处愿与读者交流、修改。

参考文献

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[2]张庆红，安汝文.氮气密封技术在储运生产中的应用[J].安全健康和环境，2002（9）：29-30.

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