煉油廠換熱器管束鋅鋁稀土共滲防腐蝕技術

楊延平 陳 軒 陳 雁 秦學功 高玉奇 王文燦

(中國石油烏魯木齊石化分公司，新疆烏魯木齊 830019)

煉油廠換熱器管束鋅鋁稀土共滲防腐蝕技術

楊延平 陳 軒 陳 雁 秦學功 高玉奇 王文燦

(中國石油烏魯木齊石化分公司，新疆烏魯木齊 830019)

介紹了某石化公司科技項目鋅鋁共滲防腐蝕技術的特點，并通過對換熱器管束在不同生產裝置近十年的使用效果進行分析，認為在煉油裝置應用鋅鋁共滲防腐技術是最佳選擇。

換熱器管束 鋅鋁稀土共滲 防腐蝕 抗腐蝕性分析

鋅鋁稀土共滲防腐蝕技術是某公司的科技開發項目，該防腐蝕技術對于減緩含酸、含硫介質引起的換熱設備及塔內件腐蝕有顯著效果。由于酸和硫腐蝕導致換熱設備介質竄漏，造成非計劃停工。而經鋅鋁共滲處理的碳鋼具有優異的抗腐蝕性能和抗磨蝕性能，如耐大氣腐蝕、耐工業水和海水腐蝕、耐應力腐蝕與腐蝕疲勞、耐高溫氧化和硫化物腐蝕、耐高溫環烷酸腐蝕以及抗滲碳等。鋅鋁共滲鋼可以取代昂貴的不銹鋼且具有比不銹鋼更好的抗腐蝕性能。

1 鋅鋁稀土共滲防腐蝕技術特點

試驗研究表明，在鋅中加入鋁可提高涂層的耐蝕性能，當鋁質量分數為30%時，鋅－鋁合金的耐蝕性能最佳。鋅鋁合金鍍層具有比熱浸鍍鋅層更優異的耐蝕性和抗氧化性，兼具鍍鋅層和鍍鋁層的良好性能。而鋼鐵構件經鋅鋁包埋共滲處理后可以獲得一種外層富鋁、內層富鋅的雙層結構的共滲層，其中富鋁層較薄，富鋅層較厚。鋁和鋅的電位都比鐵的電位低，能對鋼鐵基體起犧牲陽極的保護作用。另外，在這兩種滲層中，鋁、鋅都是以與鐵的合金形式存在，降低了鋁、鋅和基體之間的電位差，從而能起到保護作用。由于加上稀土元素助滲劑的作用，進一步提高了鋁、鋅原子的滲透性。滲層中這種與基體成化學鍵結構的鋅鋁共滲層與基體有良好的附著力，大大提高了抗腐蝕性能和抗磨蝕性能，與鋅鋁合金鍍層相比防腐蝕效果更加顯著。

通過實驗室對鋅鋁共滲鋼的抗腐蝕性能對比得出的結果是:鋅鋁共滲鋼其抗硫化物腐蝕性能分別是滲鋅鋼的10倍，不銹鋼的100倍，20號鋼的250倍。其特點有:

(1)滲層致密，無孔隙，結合牢固，滲層與基體之間主要是Fe2Al5相和FeAl相;

(2)鋅鋁共滲處理的鋼鐵在高溫環境中具有與滲鋁類似的耐高溫腐蝕性能;

(3)鋅鋁共滲層的硬度達到Hv400～600，比基體提高3倍(一般20號鋼硬度為Hv100～150)，具有優良的耐磨性能;

(4)鋅鋁共滲層的抗腐蝕性能兼顧了滲鋅層和滲鋁層的優點，可適用于常溫腐蝕介質和高溫腐蝕介質;

(5)鋼鐵鋅鋁共滲后使得硬度提高并具有很好的抗磨蝕和抗沖刷腐蝕性能;

(6)鋼鐵的鋅鋁包埋共滲在600℃以下進行，可以避免滲鋁溫度高易造成構件變形的問題，特別適用于大型構件的滲涂;

(7)鋅鋁共滲的溫度比滲鋁低得多，所以鋅鋁共滲的能耗比滲鋁大幅度下降，可使生產成本顯著下降;

(8)換熱器整體鋅鋁稀土共滲為陽極涂層，可提高換熱器的使用壽命3倍以上;

(9)換熱器整體鋅鋁稀土共滲比滲鋁管束換熱器和化學鍍換熱器的成本低10%～25%。

2 鋅鋁稀土共滲防腐蝕技術的應用

2002年至今，鋅鋁共滲中試裝置共對78臺換熱器管束進行了滲鋅鋁防腐蝕，碳鋼換熱器管束經過滲鋅鋁后，耐腐蝕性能有顯著提高，在煉油廠使用最長達7 a，至今未更換。溶鋅鋁防腐蝕換熱器使用情況見表1。

表1 滲鋅鋁換熱器使用狀況統計

從表1可見，序號為1～20的換熱器管束使用鋅鋁共滲后，防腐蝕效果顯著，因此對以上設備所處工況以及使用情況進行了對比分析。

同時，從表1中可看出，序號為21～29的換熱器管束使用周期平均為3 a，相比而言，未達到預期效果，但仍然比未鋅鋁共滲的換熱器管束使用周期增加了1～2 a。其原因有二:一是所使用的換熱器管束規格基本為φ1 000 mm以上的大直徑換熱器，由于該公司鋅鋁防腐蝕生產裝置為中試裝置，加熱爐偏小，只能對φ900 mm及以下管束采取整體進爐滲鍍處理。對于φ900 mm以上的換熱器管束，采用先對單根管子進行滲鍍處理，再交安裝公司制作成管束，再對該管板進行防腐蝕處理。由于經過鋅鋁共滲后的管子，制作焊接工藝有別于未經處理的管子，不僅在制作過程中增加了一定的難度，而且折流板和管板，以及管板接頭的角焊縫未滲，不可避免地造成管束整體滲鍍質量有所下降，從而換熱器管束防腐效果不理想;二是序號為21～29換熱器管束所在車間在生產過程中，為了洗去液態烴中各種酸和鹽類，加入了堿性助劑，而鋅鋁共滲的產品比較適用于pH值小于7的酸性環境。在防腐蝕工藝選擇上，還要進一步研究。

除此之外，從目前所使用的不同裝置工況來看，鋅鋁共滲防腐蝕均適用，其防腐效果都很明顯。上述換熱器管束在未采用鋅鋁共滲前，平均每2 a更換一次管束。經滲鋅鋁后，使用時間均超過4 a以上，并仍在裝置中運行。

該項技術還應用于中國石化集團西北石油局雅克拉采氣廠輕烴處理裝置的一臺換熱器。該換熱器因使用工況較惡劣(介質中高含H2S及環烷酸，工作溫度250℃)，先后使用了碳鋼、雙相鋼、不銹鋼以及碳鋼熱固化、鎳磷鍍等材質和防腐工藝，但在裝置生產使用中，最長未超過3個月，就發生了嚴重的腐蝕穿孔或堵管現象。2009年8月使用了鋅鋁共滲的換熱器管束后，截止2011年6月底已使用22個月，運行良好。

3 鋅鋁稀土共滲生產工藝的改進

針對φ1000 mm以上管束采取先滲單管而引起的焊接質量難保證的問題，一是對單管鋅鋁共滲前管頭的處理工藝進行了改進;二是在制作過程中，提醒安裝公司調整焊接工藝，盡可能解決管束制作時焊接質量的問題;三是針對管束所處工況(即主要腐蝕介質及工作溫度的不同)，來調整滲劑中鋅、鋁粉的比例。通過上述措施，使防腐效果達到了最理想的狀態。

4 結論

鋅鋁共滲鋼是一種抗腐蝕、抗磨蝕和耐氧化的新材料，可在600℃以下長期使用，可用來代替不銹鋼和耐熱鋼。在硫化氫、二氧化硫、三氧化硫、水煤氣、氫氰酸、環烷酸、煙氣和大氣等介質中具有優越的抗蝕性能和抗磨蝕性能。通過對中國石化集團西北石油局雅克拉采氣廠及中國石油烏魯木齊石化公司煉化裝置中的換熱器、爐管及塔內件工業試驗證明，經過鋅鋁稀土共滲處理的碳鋼其使用壽命是普通碳鋼的4倍以上，不銹鋼的2倍以上，能給用戶帶來明顯的經濟效益和社會效益。

Zn－Al－Rare Earth Diffusion Corrosion Protection Technology of Refinery Heat Exchanger Tubes

Yang Yanping，Chen Xuan，Chen Yan，Qin Xuegong，Gao Yuqi，Wang Wencan PetroChina Urumqi Petrochemical Company(Urumqi，Xinjiang 830019)

The characteristics of Zn－Al－Rare Earth diffusion corrosion protection technology applied in the project of a petrochemical company are described.The ten years commercial operation of Zn－Al－rare earth diffused heat exchanger tubes in different process units and operation performance are analyzed.It is concluded that the application of Zn－Al－rare earth diffusion corrosion protection technology is the best selection for refinery process units.

heat exchanger tube，Zn－Al－rare earth diffusion，corrosion protection，corrosion resistance analysis

TE985

B

1007－015X(2011)04－0033－03

2010－11－ 20;

2011－07－17。

楊延平(1962－)，1983年畢業于吉林工學院機械制造工藝與設備專業，現在該公司監測中心從事石油化工設備研究、設備檢測工作。E-mail:yangypws@petrochina.com.cn