石化工艺空冷器的防腐分析

（哈尔滨空调股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000）

0 引言

在石化行业中，为了保证设备长期稳定高效运转，必须加强换热设备的合理设计。空冷器是石化企业中常见换热设备，在工业中具有广泛应用范围。但是考虑到空冷器运行环境的复杂性，易受到物料结垢的影响，同时由于石油产品高温裂解、分解等反应影响，易发生腐蚀作用，设备使用寿命大打折扣[1]。为此，必须加强空冷器防腐技术的研究和分析，充分发挥防腐技术的价值。

1 管束材料的合理选择

结合石化空冷器的应用发展状况分析，石化产业高硫原油的比例越来越高，碳钢、低合金钢材料已经逐渐无法满足空冷器要求，腐蚀现象越发明显，针对该种状况，需及时进行新材料的选择。

1.1 抗硫化氢材料应用

国内设计院及大型石化企业陆续研究出12Cr2AlMoV、09CrCuSb、08Cr2AlMo 等抗湿H2S 应力腐蚀材料，具有良好的耐腐蚀效果，可抵抗湿硫化氢环境，价格相比于10 号钢略高[2]。该材料在石化空冷器的应用中，已经取得了较好的抗腐蚀效果。当下，国内诸多空冷器厂家在进行管束抗硫性分析中，已经将08Cr2AlMo 材料当做高硫分原油的首选换热器原料。

1.2 抗氢诱导裂纹材料

抗诱导裂纹材料，该材料的创新性主要表现在硫、磷含量的控制，有可能还会增加部分微量合金元素，使得该材料在湿硫化氢环境中得到有效应用，可实现抗氢作用，避免裂纹、氢鼓泡现象的发生[3]。如Q345R（HIC）钢或15CrMoR（HIC）便是当下较为常见的抗氢裂纹材料。

1.3 超级不锈钢

超级不锈钢的抗腐蚀效果良好，具相关资料统计，超级不锈钢的耐受性极大，可抵抗点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀等常见现象。此外，400℃以下进行该材料的使用可避免晶间腐蚀现象的发生。如若工艺介质中含有氯离子，其耐应力腐蚀作用也会相对较高，比一般的Cr-Ni 合金不锈钢抗腐蚀性高。因此超级不锈钢已经成为石化空冷器未来发展的常见材料。

1.4 双相钢的应用

国内双相钢应用中，一般含铬双相钢具有耐孔腐蚀性高的特点，尤其是铬含量在25%状况下的双相不锈钢，更具有较为稳定的抗腐蚀效果，耐腐蚀性较316L 更加突出。部分设计人员可能会考虑该材料是否会发生奥氏体不锈钢析出碳化现象，是否会出现晶间腐蚀问题。工程实践表明：双相钢在高温状况下也未析出碳化物，不会发生明显的晶间腐蚀。综上，双相钢具有综合力学性能突出的特点，其强度、抗疲劳效果、耐腐蚀效果等均较为突出，在石化空冷器中具有良好的发展前景。

2 石化空冷器的辅助防腐蚀技术

除了从管束材料进行防腐控制外，还可考虑其他技术来提高设备的防腐性能。以普通材料的石化空冷器为例，可借助镍磷镀、有机涂层等进行防腐，相关方法较管束材料的更新相比，更具价格优势，即制造成本、采购成本大幅降低。

2.1 镍磷镀防腐法分析

化学镀一般是将基体放于镀液中，经由氧化还原反应，将镀液金属沉积到管内表面，从而实现镀层防腐处理。实践表明镍磷镀已经成为较为成熟的防腐措施，其工艺性能、价格成本等均具有一定优势。但需引起重视的是，石化空冷器在进行镀层处理中，必须考虑镀层厚度、致密性等要求，一般传统镀层可能无法满足高强度腐蚀环境。考虑到石化空冷器的结构复杂，可借助该工艺实现镀层紧密性的控制，从而实现排气、排液等相关要求，保证工艺操作等满足预期要求。当下空冷器内防腐中，常规镍磷镀流程包括下述几大方面：碱洗——热水洗——酸洗——水洗——活化——化学镀——水洗——钝化。此外，镍磷镀形成后，还需进行锉刀、弯曲试验等操作，从而考察镀层贴合效果，实现防腐性能的提升和有效控制。

2.2 有机涂层

在石化企业的生产运作中，原油需要经由高温分解、裂解等过程，逐渐形成氯化氢、硫化氢等物质，然后相应的气体、液体或气液混合物需进行冷却冷凝，反应物可能会转化成液态，整体具有较高的腐蚀性，空冷器流出物可用于其他工艺流程。对部分特殊物质而言，普通碳钢材质的空冷器无法抵抗强烈的腐蚀作用，即使采用不锈钢材质，也有可能出现点腐蚀。从避免上述情况发生的角度出发，石化空冷器可积极引入发达国家经验，引入德国空冷器的有机涂层防腐技术。有机涂层在国内已经取得了阶段性研究成果，国内自主研发的有机涂层具有种类多、适应范围广的优势，很大程度上提高了石化空冷器的应用效果。工程实践结果表明，有机涂层具有较高优势，如抗腐蚀性突出、传热效果好、成本低廉等。为了充分发挥涂层价值，空冷器有机涂层必须加强工艺流程的合理规划，具体细节操作如下，依次为：酸洗─中和─磷化─烘干─底漆─烘烤─面漆─烘烤。

3 生产时期的防腐处理分析

综合上述活动可以看出，石化企业的运行中，必须合理进行空冷器防腐处理，加强防腐工作的完善，从而有效提高石化空冷器防腐性能，促进其长期高效运行。该文针对防腐工作进行了下述分析。

3.1 焊接工艺的优化

石化空冷器设备具有结构复杂、形式多样的特点，制造环节中涉及焊缝数量多，因此其焊接工艺可能会对焊缝质量产生较大影响。生产制造中，焊接工艺问题极易引发焊接质量缺陷，焊接效果无法满足预期要求。为了避免上述状况的发生，保证焊接质量，必须加强焊接工艺有效控制，即及时进行焊缝力学性能、防腐性能的完善。为此，焊接操作中，相关作业人员必须及时进行材料的优化和选择，一般需要以高质量、抗腐蚀性良好的材料为主要形式；焊接人员需严格遵守相关流程、相关标准等机械能有序焊接，以期维持焊接质量；此外，焊接人员还要在焊接前后加强热处理方面的控制，最大程度地降低焊接引发的焊接应力，避免应力作用下引发的腐蚀问题。

3.2 加强管端防护

石化空冷器运行中，经常发生空冷器进口端管子和管板连接处发生腐蚀的状况，一般为冲刷腐蚀。因此，从提高石化空冷器抗腐蚀性能的角度出发，必须加强管端保护。即空冷器的设计、制造环节中，优先选用先进连接方式进行管、板连接。结合目前状况分析，胀焊结合是常用方式，且效果良好，具体操作中必须严格遵守相关流程，合理进行相关工序的顺利开展。

3.3 设计时采取的防腐措施

以工艺空冷的高压空冷为例，采用丝堵形式的集合管箱，可及时进行暴露问题的有效处理。此外，设计环节中对空冷器进行对称安装，避免出入口处发生死区现象，即进行对称化处理，也可起到防腐作用。尽量参考图1 所示的形式进行空冷器的布置，具有更加稳定良好的运行效果。

从图1 中可以看出，其中TI 为温度测试仪表，对称布置形式的空冷器，在进行注水操作中，为多点注水（传统方式为单点注水，极易引发偏流现象），新型设计体系的设置中，水管道前还会设置截止阀，此时可根据实际状况进行注水量的调节和控制，包括手动、自动调节，操作方式更具灵活性，且出入口总管道、空冷支路管道方面，一般还可进行热偶计量装置的安装，从而实现温度显示，可提高空冷器温度监测效果；但是该方法将会增加高压系统的开口数量，气密保护方面必须引起重视，避免发生漏点现象。

图1 某炼油厂分公司高压空冷器布置图

4 结语

在空冷器运行过程中，受流体冲刷、物料结垢、热量传递等多方因素影响，极易发生腐蚀现象，同时近年来硫化物介质越来越多，增加了管子腐蚀程度。为了有效降低腐蚀问题引发的缺陷，可加强新材料的合理应用，从缩减成本的角度出发可借助镍磷镀、有机涂层等实现防腐，从而提高空冷器防腐性效果。相比之下，空冷器防腐蚀技术更加合理，及时加强管端防护、焊接工艺的优化，也是提高石化空冷器防腐性能的必要举措。工程实践表明，制造厂商积极落实各项防腐措施，起到了良好的保护效果，大部分石化企业、炼油厂在进行防腐材料使用、防腐工艺落实后，其空冷装置均实现了长期连续运转。