高分子复合材料在HDPE装置换热器防腐中的应用

杜佳庆，周雪松，李永良，姜磊，刘振东，于雪梅

中国石油吉林石化分公司 乙烯厂高密度聚乙烯车间 （吉林吉林 132022）

中国石油吉林石化分公司高密度聚乙烯车间己烷蒸发器E3102A/B属于固定管板式换热器，壳程工作介质是中压蒸汽，设计压力1.2 MPa，工作压力0.295 MPa，最高工作温度158.5℃；管程工作介质是母液，设计压力1.2 MPa，最高工作压力0.85 MPa，最高工作温度160℃。由于E3102A管束腐蚀严重，于2008年11月和2011年10月短停更换管束。为保证生产，于2012年12月增加备用换热器E3102B。

1 现有蒸发器E3102A/B腐蚀分析

1.1 蒸发器E3102A/B腐蚀统计

E3102A第一次更换管束前检修堵漏3次，上下管板均有泄漏（图1），管束运行时间为2年。第二次更换管束前检修堵漏4次，上管板3次，下管板1次，管束运行时间为3年。现有管束运行时间为8年，堵漏7次，下管板堵漏2次，上管板堵漏5次。

图1 蒸发器E3102A泄漏位置

E3102B换热器投用时间6年，累积运行时间不足3年，管束堵漏1次，为管子出现漏点，管板未出现漏点。

1.2 蒸发器E3102A/B腐蚀原因分析

根据漏点出现的位置和情况进行分析,认为出现腐蚀泄漏的原因有几个方面[1-2]：

1）铁在空气中吸氧腐蚀，在含有氯盐的条件下形成原电池，加速铁腐蚀，铁作负极，发生氧化反应，氧化价升高，原电池反应为：

负极：Fe→Fe2++2e

正极：2H2O+2e→H2↑+2OH-

反应式为:Fe+2H2O→Fe（OH）2+H2↑

2）蒸汽冲刷腐蚀。根据以往出现泄漏的情况分析，换热器壳程压力低的情况下，管板出现泄漏的几率较低，壳程走中压蒸汽，上管板距离蒸汽入口较近，易产生冲刷腐蚀。换热器管束存在温差应力，造成管板与换热管连接处出现泄漏。

3）垢下腐蚀。悬浮于母液中的聚乙烯蜡在换热器管束上，形成污垢沉积物，形成垢下腐蚀。管板面虽刷环氧富锌漆进行阴极保护防腐，但是母液对管板面防腐漆的冲刷严重，未能较好地起到防腐作用。管板的垢下腐蚀由于其本身的电化学腐蚀存在自催化作用，加速了管板的腐蚀，使管板局部金属减薄，腐蚀穿透管板焊口，造成管面泄漏。

4）制造缺陷。换热器加工制造过程中，管束焊接时存在加工缺陷，个别换热管存有应力，或换热管外壁与管板孔内壁之间的缝隙较大。

5）流速腐蚀。换热器管程堵塞后，换热器热负荷和传热差，使传热热阻增加，进而使总传热系数减小，增加传热面积来弥补堵塞热阻增大导致的总传热系数减小。

管程结垢使表面粗糙度增加，内径减小，流速增加，换热器管程流速控制应不大于2 m/s，换热器在进料过程中流速过大，腐蚀加快。

2 传统换热器防腐措施分析

换热设备的管板与管束胀、焊接位置在长期使用过程中，由于介质原因极易导致管板表面产生腐蚀，而且胀、焊接位置缺陷更易造成腐蚀渗漏[4]，传统工艺无法快速有效解决。

1）在管板上焊接防腐镁块，焊接完成后未起到防腐效果。

2）新制作换热器管束管板面采用堆焊321材质耐腐层，并在蒸汽增加L型缓冲挡板。由于制作成本高，制作后在高温情况下很难达到理想效果。

3）在管板面上刷涂聚合物陶瓷涂层形成固化形态保护涂层，利用防护涂层提高管板的耐腐性和抗冲刷性能，避免管板腐蚀穿孔，陶瓷涂层在含有氯离子的溶液中脱落[5]。

4）制作换热器过程中，管束加装膨胀节消除应力，同时加强换热管与管板内壁的贴涨。采取强度涨与强度焊的焊接方式（国外焊接标准），降低换热管外壁与管板孔之间缝隙，防止间隙腐蚀，造成焊肉腐蚀，降低焊接应力出现。

5）全面检查换热器的运行情况，并对管板与管子焊接处进行着色检验，检查隔板和折流板的腐蚀情况，利用检修期间对换热器泄漏起到预防作用。

3 蒸发器E3102A/B腐蚀应对措施

3.1 高分子复合树脂浸泡实验

1）样品满足氯离子溶剂中不脱落。高分子复合树脂进行多次20%盐酸浸泡10天后涂层没有脱落，同时采用对盐酸加热的方式，模拟实际工况温度，树脂依旧未出现脱落迹象[6]。

2）样品在模拟工况中对物料不产生污染。对样品进行精制己烷多次常温浸泡后分析，己烷分析结果：紫外析出0.02，低于合格指标0.15；总杂质0.05 mol/L，低于合格指标1.0 mol/L。又对浸泡样品己烷进行模拟工况升温分析，己烷分析结果：紫外析出0.03，低于合格指标0.15；总杂质0.06 mol/L，低于合格指标1.0 mol/L。样品需满足现场工况条件。

3.2 蒸发器管板面防腐修复工艺

1）准备工作：换热器置换拆卸，保证施工安全，留出可操作空间。

2）打压试验：进行打压试验确定渗漏位置，并进行标记。

3）表面处理：表面喷砂处理，将表面附着物清理干净，露出金属原色。

4）清洁表面：用压缩空气（无水无杂质）将灰尘吹干，立即喷刷防腐剂预处理，防止锈蚀。

5）调和材料：严格按照比例调和高分子修复材料，直至无色差。

6）涂抹材料：将调和好的高分子材料薄薄涂抹于管板表面渗漏位置，均匀涂抹至整个表面，保证涂抹一定厚度。

7）加热固化：碘钨灯加热固化或自然固化24 h，固化后确保无渗漏现象。

8）表面处理：使用砂带对材料表面釉质进行打磨，使表面粗糙。

9）调和涂抹材料：使用无水乙醇擦拭后，调和并涂抹高分子复合材料，管束内壁做适当延伸。

10）材料固化：碘钨灯加热固化或自然固化24 h，固化后确保无渗漏现象。

11）厚度及电火花检测：使用电火花和厚度检测仪，确保材料完全包覆住管板表面[7]。

4 措施应用效果

通过采取的优化措施,收到了立竿见影的效果。防腐涂层有较强的耐腐蚀能力，与工艺介质不产生化学反应，具有极强的防渗性能，与管板面有较强的吸附力。

高分子防腐涂层的应用，延长了己烷蒸发器E3102A/B的使用周期，避免换热器管束腐蚀泄漏，导致整个装置精制己烷中水含量严重超标，造成反应波动，甚至造成装置停车。换热器管板面防腐的完成将会在后续的投用过程中解决换热器的腐蚀问题，使换热器管束的使用寿命提高到原来的1～2倍，提高换热器运行时的安全系数。

5 结束语

换热器防腐过程看似比较简单，但却能够较好地起到防腐作用，保证换热器长周期稳定地运行。必须了解换热器腐蚀的原因，认真分析防腐机理，这样既能起到防腐作用，又能保证系统的稳定运行。高分子复合材料防腐应用是高密度聚乙烯装置己烷蒸发器防腐攻关的成功案例，为以后同类装置换热器防腐提供了参考，具有一定的推广意义。