涂层防护+阴极保护技术在水冷器上的应用

张姮(中海油东方石化有限责任公司，海南 东方 572600)

0 引言

石化设备腐蚀对生产的影响后果日益严峻。中海油东方石化有限责任公司自装置投产以来，146台循环水冷却器已累计发生10余台次水冷器腐蚀泄漏问题。出现泄漏的水冷器短的仅运行3个月，稍微长一点运行3年，轻则导致冷换设备切出系统检修，生产发生波动，重则导致装置非计划停工，严重影响了装置安全稳定运行及工艺生产效率，给公司造成巨大的经济损失。为了降低设备腐蚀损坏故障率，减少设备更换及检维修费用，确保装置安全稳定运行，2014年起公司决定在推广使用涂层防护的基础上，陆续增加了阴极防护措施，将碳钢水冷器的服役年限基本延长到6-8年。项目实施前部分水冷器管束的腐蚀情况见图1。

图1 新氢压缩机级间冷却器腐蚀情况

由图1可见，新氢压缩机级间冷却器腐蚀非常严重。这种腐蚀给压缩机的正常运行带来了一定的风险。因此，需要采用一定的防护措施—涂层防护+阴极防护以延缓这种腐蚀所带来的安全隐患。

1 技术原理

下面简单介绍一下防腐蚀涂料的保护原理以及增加防护寿命的方法。

防腐蚀涂料的保护原理主要包括屏蔽作用、腐蚀保护、阴极保护以及以上三种方法的综合保护[1]。可以将上述的保护原理简单的划分为单一防护和综合防护两大类。综合防护的保护效果要好于单一防护的保护效果。

为了更好的理解防腐蚀涂料的保护原理，我们简单介绍一下与防护原理最相关的原电池。举个例子，干电池是日常生活中比较常见的，它的原理很简单，正极碳棒，负极锌筒，氯化铵与锌的电解反应释放电荷由石墨转移给正极碳棒形成电流。原电池是通过氧化还原反应产生电流的装置。原电池既能产生电流造福人类，也能产生不容小觑的腐蚀效果。原电池产生腐蚀后，作为阳极的金属发生溶解，造成阳极金属的消耗，而作为阴极的金属，则得到了较好的保护。运用这一原理我们可以采用一些方法使我们的冷换器得到很好地保护。

下面介绍一下涂层防护。涂层防护顾名思义，在易腐蚀金属表面涂抹涂层，使金属表面与腐蚀介质相互屏蔽。这种方法可以简单地理解为隔离防护，使腐蚀介质与被保护金属不接触以达到防腐目的。阴极保护就是以牺牲阳极为代价，用阳极作为阴极的牺牲品。在水存在的锌块和钢铁基体之间形成一个以锌块为阳极、钢铁基体为阴极的原电池，锌块逐渐腐蚀消耗而使钢铁基体得到较好的保护[2]。

涂层和阴极保护联合措施是应对循环水系统腐蚀较为有效的方法，其重点在于，涂层与阴极保护是相辅相成的，涂层能够将底金属与水隔开，起到防腐蚀作用。但涂层有微孔甚至缺陷的地方，水会慢慢渗入涂层底部，如果没有阴极保护，就会在缺陷部位形成局部(点)腐蚀，出现“大阴极小阳极”腐蚀加剧的现象，在腐蚀不断扩散和发展的过程中，会造成涂层鼓包或剥落，从而进一步加大金属腐蚀的速度。而在有阴极保护存在的情况下，保护电流会流向缺陷点，可以有效地阻止腐蚀的进一步发展，减缓涂料失效的速度，从而有效地抑制腐蚀。

因此，涂层的施工好坏决定了防腐蚀的效果。质量越好，缺陷越少，阴极保护系统需要的电流越少，系统寿命越长；反之，如果涂层的施工质量差，老化越快，缺陷愈多，需要的保护电流就越大，阴极保护系统就消耗较快，寿命较短。从另外一方面来看，当有阴极保护系统存在时，阴极保护电流将会弥补涂层的缺陷，延长涂料系统的使用寿命从而保证整个保护体系的保护效果。

2 项目实施情况

(1)2014年5月DCC富气压缩机级间冷却器仅运行3个月就因腐蚀泄漏，新管束采用涂层防护+阴极保护措施后，安全运行至今，且运行状况良好。见图2。

图2 富气压缩机级间冷却器涂层防护+阴极保护措施

(2)2017年4月装置停工检修期间，对腐蚀较为严重的催化分馏塔顶油气冷凝冷却器、压缩富气后冷器共14台水冷器管束采用涂层防护+阴极保护措施，目前已连续运行三年半未发生泄漏，使用效果良好。

(3)计划在2021年装置大检修期间，继续推广应用该成果，对循环水系统所有水冷器运用涂层防护+阴极保护技术，延长水冷器使用寿命。

3 主要技术特点

(1)根据循环水水质情况，综合考虑耐蚀性、防渗性、附着力、杀菌灭藻等因素，选用聚硅氧烷+环氧+漆酚酞等组成的互穿网络共聚物为成膜物，并在填料中辅以微米级铝、钛微粒以及一定量纳米级陶瓷微粒，形成多功能(元)专用冷换设备复合涂料，并通过实验室实验验证其良好的使用性能。

(2)根据本单位循环水水质情况筛选合适的牺牲阳极(Mg基合金牺牲阳极)。

(3)选定出适合以海南西部地表水为原水的循环水系统的涂层+牺牲阳极联合保护措施，通过对保护系统进行合理地设计、计算、选型，延长水冷器使用寿命1～4倍，解决水冷器的腐蚀问题。

4 经济效益分析

4.1 直接经济效益

东方石化共146台水冷器，平均每台水冷器管束重约10吨，以碳钢材质为例，每台管束造价约20万元，采用涂层防护+阴极保护措施若使管束寿命增加一倍(保守估计)：

(1)节省管束采购费用146×20万元=2 920万元

(2)平均每台水冷器管束内防腐的为费用为5万元，安装牺牲阳极的费用为1万元

总成本为146×(5+1)万元=876万元

(3)直接经济效益为2 920-876=2 044万元

4.2 间接经济效益

采用涂层防护+阴极保护措施能够有效延长水冷器的使用寿命，减少因水冷器泄漏导致的非计划停工损失及检维修费用。

综上经济效益(直接+间接)，采用涂层防护+阴极保护措施不仅为公司节约了部分成本，而且达到了对冷换设备延迟腐蚀的目的。

5 持续改进措施

(1)为方便现场施工以及质量控制，在保证涂层防护性能的前提下，探索涂装方案由高温热固化向常温固化或光固化转变。高温固化是需要一定的加热设备对涂层处进行加热固化。该法的缺点首先是需要加热设备进行高温固化，而且固化温度不宜掌控。其次，高温固化的范围不能全面照料到，例如，一些边角部位可能存在温度不足导致的固化效果不好，后期使用过程中易从这些部位发生腐蚀。最后，可能存在受热不均的情况，致使受热不均处的涂层出现裂痕，这些裂痕导致金属无法与介质隔离而发生腐蚀。介于上述高温固化涂装方案的缺点，公司积极探索新方案，寻求适合本厂的涂层材料，即能保证与高温固化相同的防护效果，又能克服高温固化所带来的缺点。使高温固化向常温固化或光固化转变。

介于上述原因，公司于2019年4月已在苯乙烯装置乙苯回收塔冷凝器E-4008管束涂层上使用常温固化涂料+牺牲阳极联合保护措施，效果待验证。

图3 E-4008采用常温固化涂料+牺牲阳极联合保护措施

(2)根据在用冷换设备使用情况，进一步优化调整阳极块的活性金属元素成分，使之在当前介质电阻率一定的情况下，其发生电流及消耗速率趋于最理想状态。

6 结语

本项目在东方石化的实际应用达到了十分理想的防腐效果，具有性价比高、可操作性强的优点，有效延长水冷器的使用寿命。同时该技术在储罐、长输管道、地下管网、码头等场合具有良好的应用前景与推广价值。