開架式氣化器表面防腐工程研究

李晟，王延枝，段天應(yīng)，景寶全，李培躍，張明輝

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所，河南 洛陽 471023)

0 引言

全球能源清潔化、低碳化發(fā)展成為大趨勢，天然氣作為清潔高效能源，已成為全球能源轉(zhuǎn)型和應(yīng)對氣候變化的必然選擇。LNG作為增長最快的天然氣供應(yīng)來源，正發(fā)揮越來越重要的作用。隨著天然氣需求的不斷增加，國內(nèi)LNG接收站的需求日趨增長。LNG開架式氣化器(open rack vaporizer，以下簡稱“ORV”)是以海水作為熱源，將液態(tài)LNG轉(zhuǎn)化為氣態(tài)NG的設(shè)備，具有運行成本低、安全可靠的特點。ORV設(shè)備主體通常選用具有一定耐蝕性的鋁合金材料，但在長期的海水沖刷和腐蝕下，也會出現(xiàn)沖刷腐蝕和電化學(xué)腐蝕的問題，影響設(shè)備的安全運行。本文針對ORV表面防腐蝕工程進(jìn)行了分析和研究。

1 ORV表面腐蝕控制方法的選擇

目前結(jié)構(gòu)件防腐蝕的主要類型包括：(1)正確選用材料及合理設(shè)計結(jié)構(gòu)和加工工藝；(2)腐蝕環(huán)境處理與合理使用緩蝕劑；(3)電化學(xué)保護(hù)；(4)采用表面涂(鍍)層與表面改性技術(shù)[1]。

ORV作為換熱設(shè)備，針對其表面腐蝕控制，一是要提高設(shè)備的耐蝕性，二是要避免影響ORV的換熱效率。根據(jù)各類型的防腐蝕方法，結(jié)合ORV設(shè)備的運行工況和國外設(shè)備供應(yīng)商的制造經(jīng)驗，采用表面涂(鍍)層的方法較適合ORV表面腐蝕控制。涂層采用較鋁合金電位低的金屬(鎂、鋅)或其合金，可對設(shè)備起到陰極保護(hù)的作用，不僅有效提高設(shè)備的耐蝕性，同時金屬涂層與設(shè)備本身材料的導(dǎo)熱性能相當(dāng)，不會影響設(shè)備本身的換熱性能。目前國內(nèi)外ORV生產(chǎn)廠家采用的金屬涂層多為Al-Zn合金。Al-Zn合金在海水環(huán)境下的防腐蝕工作原理如圖1所示，涂層在海水環(huán)境中的電極電位低于ORV鋁合金基材，因此會作為犧牲陽極被優(yōu)先腐蝕[1]，化學(xué)反應(yīng)式如下：

圖1 ORV表面涂層工作原理

2 ORV表面防腐涂層制備方法的選擇

常用的表面防腐涂層制備方法有普通火焰噴涂、氣體爆炸噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂等，其技術(shù)特點[2]對比如表1所示。

表1 常用熱噴涂技術(shù)的特點

ORV設(shè)備采用鋁合金材料，且屬于板式結(jié)構(gòu)，火焰溫度過高易造成ORV板片的變形，影響設(shè)備的正常運行；設(shè)備安裝在有限空間，板片間的距離小，同時需要設(shè)備在不拆卸的情況下具有可維修性，因此宜選用設(shè)備簡單，操作靈活的制備方法。

綜合以上因素，ORV表面防腐涂層制備一般選用普通火焰噴涂。

3 ORV表面防腐涂層制備和現(xiàn)場維護(hù)

3.1 ORV表面防腐涂層制備

ORV涂層制備一般包括如下工序：表面預(yù)處理(噴砂)—噴涂—封孔處理。

(1)表面預(yù)處理：ORV表面預(yù)處理采用噴砂的方式，使其表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Rz80～120 μm。

(2)噴涂：可根據(jù)常用熱噴涂技術(shù)的特點，如表1所示，選用針對性強的熱噴涂技術(shù)。

(3)封孔處理：噴涂完成后，采用環(huán)氧樹脂或同等材料對涂層進(jìn)行封孔處理。封孔作業(yè)后表面應(yīng)色澤均勻一致，有光澤、無漏封、無雜質(zhì)、無鼓泡、無流掛。

(4)關(guān)鍵控制點：加強表面粗糙度和涂層厚度的檢測控制；封孔作業(yè)的作業(yè)環(huán)境應(yīng)清潔、干燥，保證作業(yè)空間的濕度低于85%RH。

3.2 ORV表面防腐涂層現(xiàn)場維護(hù)

目前國內(nèi)早期建設(shè)的LNG接收站，如大連LNG接收站、唐山LNG接收站、江蘇LNG接收站、福建LNG接收站、大鵬LNG接收站都經(jīng)過了多年的運行，所使用的ORV涂層也出現(xiàn)了不同程度的腐蝕情況，主要表現(xiàn)在涂層的減薄、點蝕、脫落等，導(dǎo)致ORV涂層減薄脫落的主要原因有電化學(xué)腐蝕、海水沖蝕。

ORV表面防腐涂層現(xiàn)場維護(hù)一般按照如下工序進(jìn)行：施工前檢查-遮蔽防護(hù)-設(shè)備清洗-舊涂層去除-表面預(yù)處理(噴砂)-噴涂-封孔處理-清掃整理。

(1)施工前檢查：施工前對換熱板片外觀、修復(fù)區(qū)域涂層厚度、翅片管圓管段直徑、修復(fù)區(qū)域腐蝕情況進(jìn)行檢查記錄。

(2)遮蔽防護(hù)：在ORV設(shè)備頂部搭建遮雨棚，制造相對密閉的空間；對非維修區(qū)域進(jìn)行遮蔽防護(hù)，并留出過渡段。

(3)設(shè)備清洗：按照設(shè)備廠家提供的設(shè)備操作/維修手冊，使用高壓水槍對每個板片清洗，直至板片表面氯離子含量低于25 mg/L，清洗作業(yè)使用純凈水或者去離子水。設(shè)備清洗合格后，自然風(fēng)干至板片及作業(yè)空間干燥。

(4)舊涂層去除：采用磨削和噴砂的方式將維修區(qū)域涂層去除。

(5)表面預(yù)處理(噴砂)：ORV表面預(yù)處理采用噴砂的方式，使其表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Rz80～120 μm。

(6)噴涂：按照厚度要求采用分遍多道次噴涂，防止涂層厚度超標(biāo)和涂層表面溫度過高造成殘余應(yīng)力過大；噴涂后的涂層表面顏色應(yīng)均勻、無目視可見的裂紋、翹曲、鼓泡、起皮、脫落等，應(yīng)無夾雜外來材料。

(7)封孔處理：噴涂完成后，采用環(huán)氧樹脂或同等材料對涂層進(jìn)行封孔處理；封孔作業(yè)后表面應(yīng)色澤均勻一致，有光澤、無漏封、無雜質(zhì)、無鼓泡、無流掛。

(8)清掃整理：維修完成后，拆除換熱管板、墻體等遮蔽保護(hù)物以及頂部防雨棚；用壓縮空氣對ORV所有區(qū)域進(jìn)行吹掃，并清掃整理現(xiàn)場。

(9)關(guān)鍵控制點：舊涂層應(yīng)盡可能地完全去除；加強表面粗糙度和涂層厚度的檢測控制；噴涂和封孔作業(yè)的作業(yè)環(huán)境應(yīng)清潔、干燥，保證作業(yè)空間的濕度低于85%RH。

4 技術(shù)應(yīng)用

ORV表面防腐涂層現(xiàn)場維護(hù)是ORV售后服務(wù)的重要內(nèi)容，該技術(shù)長期被國外氣化器生產(chǎn)廠家控制，國內(nèi)僅有一家外資公司掌握，國內(nèi)各接收站對該技術(shù)的突破需求迫切，項目團(tuán)隊發(fā)揮自身在船舶和海洋腐蝕防護(hù)方面的技術(shù)優(yōu)勢，通過研發(fā)，徹底掌握了ORV表面防腐涂層現(xiàn)場維護(hù)技術(shù)。于2020年完成了江蘇LNG接收站3臺進(jìn)口ORV涂層修復(fù)現(xiàn)場施工，目前設(shè)備運行良好，有效保障了江蘇LNG接收站冬季“保供”任務(wù)的順利開展。

5 ORV設(shè)備運行維護(hù)建議

結(jié)合目前國內(nèi)接收站運行情況，便于ORV設(shè)備的安全運行和維護(hù)，本文為ORV用戶提出以下建議：

(1) ORV設(shè)備運行過程中需進(jìn)行日常檢查，檢查內(nèi)容包括換熱板片上的結(jié)冰高度、海水分布情況、設(shè)備外觀、LNG、NG和海水的流量、溫度和壓力。特別需要關(guān)注板片上結(jié)冰高度是否均勻，確認(rèn)板片上沒有因局部缺水導(dǎo)致的局部結(jié)冰高度突增。

(2)在設(shè)備日常檢查中應(yīng)檢查板片上的海水分布情況，確認(rèn)板片表面上沒有附著較大的海生物；檢查海水槽溢流堰與板片間是否有異物阻塞，如有需及時清理。

(3)應(yīng)每年定期對涂層腐蝕情況進(jìn)行詳細(xì)檢查，對涂層厚度進(jìn)行測量，并記錄在案。

(4)如海水供應(yīng)管線上設(shè)置有次氯酸鈉發(fā)生器裝置，建議每3個月對換熱管板、海水槽內(nèi)部的海生物清洗一次。如海水供應(yīng)管線上未設(shè)置次氯酸鈉發(fā)生器裝置，設(shè)備日常維護(hù)周期取決于海水的水質(zhì)情況，用戶應(yīng)根據(jù)設(shè)備海生物附著情況確定清洗周期。

(5)應(yīng)根據(jù)設(shè)備定期檢查的結(jié)果提前制定涂層維修計劃。

6 結(jié)語

LNG接收站ORV表面防腐是一項涉及專業(yè)多，技術(shù)含量高的工程。本文分析了ORV表面防腐的方法、涂層制備的方法，闡述了涂層制備和維護(hù)的流程和控制點，最后為ORV用戶設(shè)備運行和維護(hù)提出了建議。