石化工藝空冷器的防腐分析

（哈爾濱空調股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

0 引言

在石化行業中，為了保證設備長期穩定高效運轉，必須加強換熱設備的合理設計。空冷器是石化企業中常見換熱設備，在工業中具有廣泛應用范圍。但是考慮到空冷器運行環境的復雜性，易受到物料結垢的影響，同時由于石油產品高溫裂解、分解等反應影響，易發生腐蝕作用，設備使用壽命大打折扣[1]。為此，必須加強空冷器防腐技術的研究和分析，充分發揮防腐技術的價值。

1 管束材料的合理選擇

結合石化空冷器的應用發展狀況分析，石化產業高硫原油的比例越來越高，碳鋼、低合金鋼材料已經逐漸無法滿足空冷器要求，腐蝕現象越發明顯，針對該種狀況，需及時進行新材料的選擇。

1.1 抗硫化氫材料應用

國內設計院及大型石化企業陸續研究出12Cr2AlMoV、09CrCuSb、08Cr2AlMo 等抗濕H2S 應力腐蝕材料，具有良好的耐腐蝕效果，可抵抗濕硫化氫環境，價格相比于10 號鋼略高[2]。該材料在石化空冷器的應用中，已經取得了較好的抗腐蝕效果。當下，國內諸多空冷器廠家在進行管束抗硫性分析中，已經將08Cr2AlMo 材料當做高硫分原油的首選換熱器原料。

1.2 抗氫誘導裂紋材料

抗誘導裂紋材料，該材料的創新性主要表現在硫、磷含量的控制，有可能還會增加部分微量合金元素，使得該材料在濕硫化氫環境中得到有效應用，可實現抗氫作用，避免裂紋、氫鼓泡現象的發生[3]。如Q345R（HIC）鋼或15CrMoR（HIC）便是當下較為常見的抗氫裂紋材料。

1.3 超級不銹鋼

超級不銹鋼的抗腐蝕效果良好，具相關資料統計，超級不銹鋼的耐受性極大，可抵抗點腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕等常見現象。此外，400℃以下進行該材料的使用可避免晶間腐蝕現象的發生。如若工藝介質中含有氯離子，其耐應力腐蝕作用也會相對較高，比一般的Cr-Ni 合金不銹鋼抗腐蝕性高。因此超級不銹鋼已經成為石化空冷器未來發展的常見材料。

1.4 雙相鋼的應用

國內雙相鋼應用中，一般含鉻雙相鋼具有耐孔腐蝕性高的特點，尤其是鉻含量在25%狀況下的雙相不銹鋼，更具有較為穩定的抗腐蝕效果，耐腐蝕性較316L 更加突出。部分設計人員可能會考慮該材料是否會發生奧氏體不銹鋼析出碳化現象，是否會出現晶間腐蝕問題。工程實踐表明：雙相鋼在高溫狀況下也未析出碳化物，不會發生明顯的晶間腐蝕。綜上，雙相鋼具有綜合力學性能突出的特點，其強度、抗疲勞效果、耐腐蝕效果等均較為突出，在石化空冷器中具有良好的發展前景。

2 石化空冷器的輔助防腐蝕技術

除了從管束材料進行防腐控制外，還可考慮其他技術來提高設備的防腐性能。以普通材料的石化空冷器為例，可借助鎳磷鍍、有機涂層等進行防腐，相關方法較管束材料的更新相比，更具價格優勢，即制造成本、采購成本大幅降低。

2.1 鎳磷鍍防腐法分析

化學鍍一般是將基體放于鍍液中，經由氧化還原反應，將鍍液金屬沉積到管內表面，從而實現鍍層防腐處理。實踐表明鎳磷鍍已經成為較為成熟的防腐措施，其工藝性能、價格成本等均具有一定優勢。但需引起重視的是，石化空冷器在進行鍍層處理中，必須考慮鍍層厚度、致密性等要求，一般傳統鍍層可能無法滿足高強度腐蝕環境。考慮到石化空冷器的結構復雜，可借助該工藝實現鍍層緊密性的控制，從而實現排氣、排液等相關要求，保證工藝操作等滿足預期要求。當下空冷器內防腐中，常規鎳磷鍍流程包括下述幾大方面：堿洗——熱水洗——酸洗——水洗——活化——化學鍍——水洗——鈍化。此外，鎳磷鍍形成后，還需進行銼刀、彎曲試驗等操作，從而考察鍍層貼合效果，實現防腐性能的提升和有效控制。

2.2 有機涂層

在石化企業的生產運作中，原油需要經由高溫分解、裂解等過程，逐漸形成氯化氫、硫化氫等物質，然后相應的氣體、液體或氣液混合物需進行冷卻冷凝，反應物可能會轉化成液態，整體具有較高的腐蝕性，空冷器流出物可用于其他工藝流程。對部分特殊物質而言，普通碳鋼材質的空冷器無法抵抗強烈的腐蝕作用，即使采用不銹鋼材質，也有可能出現點腐蝕。從避免上述情況發生的角度出發，石化空冷器可積極引入發達國家經驗，引入德國空冷器的有機涂層防腐技術。有機涂層在國內已經取得了階段性研究成果，國內自主研發的有機涂層具有種類多、適應范圍廣的優勢，很大程度上提高了石化空冷器的應用效果。工程實踐結果表明，有機涂層具有較高優勢，如抗腐蝕性突出、傳熱效果好、成本低廉等。為了充分發揮涂層價值，空冷器有機涂層必須加強工藝流程的合理規劃，具體細節操作如下，依次為：酸洗─中和─磷化─烘干─底漆─烘烤─面漆─烘烤。

3 生產時期的防腐處理分析

綜合上述活動可以看出，石化企業的運行中，必須合理進行空冷器防腐處理，加強防腐工作的完善，從而有效提高石化空冷器防腐性能，促進其長期高效運行。該文針對防腐工作進行了下述分析。

3.1 焊接工藝的優化

石化空冷器設備具有結構復雜、形式多樣的特點，制造環節中涉及焊縫數量多，因此其焊接工藝可能會對焊縫質量產生較大影響。生產制造中，焊接工藝問題極易引發焊接質量缺陷，焊接效果無法滿足預期要求。為了避免上述狀況的發生，保證焊接質量，必須加強焊接工藝有效控制，即及時進行焊縫力學性能、防腐性能的完善。為此，焊接操作中，相關作業人員必須及時進行材料的優化和選擇，一般需要以高質量、抗腐蝕性良好的材料為主要形式；焊接人員需嚴格遵守相關流程、相關標準等機械能有序焊接，以期維持焊接質量；此外，焊接人員還要在焊接前后加強熱處理方面的控制，最大程度地降低焊接引發的焊接應力，避免應力作用下引發的腐蝕問題。

3.2 加強管端防護

石化空冷器運行中，經常發生空冷器進口端管子和管板連接處發生腐蝕的狀況，一般為沖刷腐蝕。因此，從提高石化空冷器抗腐蝕性能的角度出發，必須加強管端保護。即空冷器的設計、制造環節中，優先選用先進連接方式進行管、板連接。結合目前狀況分析，脹焊結合是常用方式，且效果良好，具體操作中必須嚴格遵守相關流程，合理進行相關工序的順利開展。

3.3 設計時采取的防腐措施

以工藝空冷的高壓空冷為例，采用絲堵形式的集合管箱，可及時進行暴露問題的有效處理。此外，設計環節中對空冷器進行對稱安裝，避免出入口處發生死區現象，即進行對稱化處理，也可起到防腐作用。盡量參考圖1 所示的形式進行空冷器的布置，具有更加穩定良好的運行效果。

從圖1 中可以看出，其中TI 為溫度測試儀表，對稱布置形式的空冷器，在進行注水操作中，為多點注水（傳統方式為單點注水，極易引發偏流現象），新型設計體系的設置中，水管道前還會設置截止閥，此時可根據實際狀況進行注水量的調節和控制，包括手動、自動調節，操作方式更具靈活性，且出入口總管道、空冷支路管道方面，一般還可進行熱偶計量裝置的安裝，從而實現溫度顯示，可提高空冷器溫度監測效果；但是該方法將會增加高壓系統的開口數量，氣密保護方面必須引起重視，避免發生漏點現象。

圖1 某煉油廠分公司高壓空冷器布置圖

4 結語

在空冷器運行過程中，受流體沖刷、物料結垢、熱量傳遞等多方因素影響，極易發生腐蝕現象，同時近年來硫化物介質越來越多，增加了管子腐蝕程度。為了有效降低腐蝕問題引發的缺陷，可加強新材料的合理應用，從縮減成本的角度出發可借助鎳磷鍍、有機涂層等實現防腐，從而提高空冷器防腐性效果。相比之下，空冷器防腐蝕技術更加合理，及時加強管端防護、焊接工藝的優化，也是提高石化空冷器防腐性能的必要舉措。工程實踐表明，制造廠商積極落實各項防腐措施，起到了良好的保護效果，大部分石化企業、煉油廠在進行防腐材料使用、防腐工藝落實后，其空冷裝置均實現了長期連續運轉。