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水冷器腐蝕及防護措施

文檔作者：劉忠友文檔來源：中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月16日
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專 論 石 油 化 工 腐 蝕 與 防 護 Corrosion&amp;amp;Protection
in Petrochemical Industry
2 0 1 0 ，2 7 ( 2 ) · 3 9 ·
水冷器腐蝕及防護措施
劉忠友
(中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司，jE京10250o)
摘要：介紹了某石化公司各裝置水冷器的腐蝕泄漏情況及相關防護措施的應用情況。并以此為
基礎，綜合闡述了水冷器防腐措施的思路和相關方案，其中重點介紹了防腐蝕涂料的技術性能、施工
控制和驗收事項以及陰極保護的設計和安裝等技術要求。
關鍵詞：水冷器涂料陰極保護
中圖分類號：TG172．6 文獻標識碼：B 文章編號：l007一o15x~2olo)o2—0039—03
換熱器是石油化工生產裝置的重要設備之一，
其中有大量的水冷器。水冷器因結垢與沖刷，造成
腐蝕泄漏，影響裝置的正常生產，給企業(yè)造成了重
大經(jīng)濟損失。尤其隨著裝置運行周期的延長和再
司裝置內水冷器腐蝕情況及防護措施的應用情況
為基礎，綜述了水冷器防腐蝕的思路及相關技術
要求。
生水的回用，水冷器的腐蝕情況日益加劇，因此水 1 裝置水冷器腐蝕情況
冷器的防腐蝕顯得越來越重要。文章以某石化公 某石化公司裝置水冷器腐蝕情況見表1。
表1 水冷器腐蝕情況
目前，某石化分公司各裝置的水冷器發(fā)生泄漏
情況較多，且部分水冷器泄漏愈發(fā)頻繁。煉油系統(tǒng)
檢修期間的腐蝕調查發(fā)現(xiàn)，各裝置水冷器普遍存在
的問題有水冷器管程出人口臟物多，部分管板表面
涂料脫落，浮頭內部的陽極塊腐蝕嚴重。此外，各
裝置水冷器所采取的防腐蝕措施及水平不一，也是
影響目前水冷器防腐蝕管理的一個重要因素。
2 水冷器主要防護措施介紹
2．1 冷卻水化學處理
為了節(jié)水與減少排污，工業(yè)冷卻用水普遍采用
循環(huán)冷卻水，由于濃縮倍數(shù)(2．5～4)提高，使水中
難溶鹽類在傳熱面上沉積結垢，增大了Cl一和
sol一等有害離子質量濃度，使腐蝕加重。為此通
過加入一定比例的阻垢劑和緩蝕劑對冷卻水進行
處理，解決腐蝕與結垢問題。但要徹底避免結垢較
困難，仍會產生垢下腐蝕，需定期進行化學清洗。
同時，因系統(tǒng)滋生菌藻有時需要通氯，而Cl一會造
成鋼的點蝕，對不銹鋼還會促成應力腐蝕破裂
(SCC)。
2．2 防腐蝕涂料
由于水質處理作用的局限性，而用耐蝕材料投
收稿日期：2009—10—30；修稿日期：2009—11—10。
作者簡介：劉忠友，男，碩士，北京化工大學畢業(yè)?，F(xiàn)在中國
石油化工股份有限公司北京燕山分公司主要從事石油化工
設備的腐蝕與防護工作。
石油化工腐蝕與防護 第27卷
資昂貴，所以水冷器采用防腐蝕涂層較為常見。涂
層表面光滑，阻垢明顯，抗沖刷抗?jié)B透，傳熱效率遠
比結垢的鋼管大，適用于換熱器防腐蝕。只要正確
維護，其設備使用壽命可延長2—4倍 。
2．2．1 國內主要防腐蝕涂料的發(fā)展
國內于上世紀70年代末研制出CH一784或
7910水冷器專用涂料，這種涂料是以丁醇醚化三聚
氰胺甲醛樹脂經(jīng)環(huán)氧改性，產品性能穩(wěn)定，有一定的
耐溫性，但耐溫性較低，附著力有限。爾后又改進為
TH一847涂料，其附著力顯著提高，導熱性很好，其
技術指標見表2。但由于其不耐裝置停工前后的蒸
汽吹掃，因此限制了TH一847的使用。
表2 TH一847防腐蝕涂料技術指標
上世紀9o年代初，國內又研制出耐溫性較好
的TH一901防腐蝕涂料，目前已普遍應用，其技術
指標見表3。
表3 TH一901防腐蝕涂料技術指標
項 目 技術指標
顏色
漆膜外觀
干燥時間／(25℃ ·h )
粘度／s
附著力(劃圈法)，級
柔韌性／mm
沖擊強度／(kg·enl )
粗度／iJ．m
耐熱程度／℃
硬度／(擺桿法)
耐熱度／℃
使用中發(fā)現(xiàn)，該涂料的主要缺點是附著性不如
環(huán)氧類涂料；施工工藝較為繁瑣，完成一臺水冷器
防腐蝕時間周期較長；質脆，易在水冷器運輸和安
裝吊裝中引起涂層脆裂和脫皮。因此應用時，起吊
安裝水冷器過程中需注意對涂層的保護，防止損
傷；在停車檢修時用蒸汽吹掃或高壓水沖洗易破壞
涂層，應加強管理。
為提高涂層的耐溫性和改進施工性能，國內還
開展了較多研究 j。如上海船舶所開發(fā)了環(huán)氧酚
醛與環(huán)氧粉末涂料對束狀小口徑鋼管內壁進行涂
裝。浙江工業(yè)大學研制了以環(huán)氧有機硅酚醛三元
樹脂為基料(仿索卡酚)，并通過添加耐熱填料石
墨粉，得到耐250 c【=的換熱器涂料。華東理工大學
對換熱器管束內壁開發(fā)了氟塑料涂層制備工藝，采
用靜電噴涂與高溫燒結進行涂覆，但實際試用還有
較大困難。
2．2．2 涂料防腐蝕質量檢驗與評定方法
防腐蝕涂層的失效形式通常是在使用一定時
間后喪失附著力和起泡等缺陷。因此，涂料防腐蝕
施工過程中，必須嚴格控制施工質量，特別是在工
程質量檢驗方面要嚴格把關 J。
(1)表面處理。進行防腐蝕施工的換熱器涂
裝前應進行表面處理。經(jīng)除油、除銹和鈍化等處
理，要求鋼材表面沒有鐵銹和氧化皮，焊口平整；管
束經(jīng)過試壓和試漏，表面無尖角，無焊疤。
表面處理方法包括機械方法、化學方法和火焰
方法三大類。表面處理按照GB 8923—1988《涂裝
前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》和HGJ 229—
1991《工業(yè)設備、管道防腐蝕工程施工及驗收規(guī)
范》的要求施工。
(2)施工過程控制。要求涂裝環(huán)境溫度不低
于15℃ ，相對濕度不高于85％ ，室內涂裝。涂裝
方法可根據(jù)施工環(huán)境和工件狀況選擇淋涂、浸涂、
灌注或噴涂。涂層結構是底漆二道和面漆二道，或
根據(jù)使用單位要求增減。固化方法根據(jù)涂料使用
要求選擇。
(3)檢測。外觀要求表面光滑，無異物，無氣
泡，無流墜，顏色感觀一致。涂層厚度達到GB1764
— 1979(漆膜厚度測定法》要求的標準。吊運安裝
過程中及拆裝檢修時應避免機械碰撞或韌性磨擦，
如發(fā)生涂層機械損傷，應及時進行現(xiàn)場修復。
2．3 陰極保護
水冷器管箱及浮頭應輔以犧牲陽極的陰極保
護。循環(huán)冷卻水中常用的犧牲陽極材料有三種，即
鋁基、鎂基和鋅基，以適用于不同電阻率下的腐蝕
介質。鋅合金陽極自腐蝕電位低，電流效率高，使
用壽命長，適合于長期使用。由于其與鋼鐵結構物
碰撞時不會誘發(fā)火花，也不會析氫，因此在石油產
品與空氣混合等易燃易爆的場合下，是最合適的犧
牲陽極材料。
犧牲陽極的消耗取決于冷卻水的溫度、流速和
一一一新
第2期 劉忠友．水冷器腐蝕及防護措施 ·41·
電阻率，陽極的數(shù)量應根據(jù)保護面積進行計算。如
安裝的陽極太多，占據(jù)了封頭較多空間，會影響冷
卻水流速和出現(xiàn)湍流，反而會造成不良后果。以鋅
陽極為例，介紹陽極塊的設計與安裝 ．4 J。
(1)計算保護面積
S=3．14 X( 一26)×f×h (1)
式中：Is——管束保護面積，m ；
痧一管束外徑，111；
6——管束壁厚，m；
z——總保護長度，nl；
— — 換熱管根數(shù)。
管板保護面積=管板總面積一換熱管總內截
面面積
總保護面積=管束保護面積+管板保護面積
+管程箱內表面積+浮頭蓋內表面積
(2)計算保護電流。保護電流密度因環(huán)境及
表面狀態(tài)不同而異。工業(yè)循環(huán)水中(電導率為
1500～2000 p,s／em)的電流密度為100 ～
150 mA／m ，根據(jù)廠內循環(huán)水的平均電導率確定保
護電流密度 。例如某石化公司煉油裝置用循環(huán)水
的電導率為2900～3300 o~／cm，則確定保護電流密
度i為240～280 rllA／m (設計保護年限為一年)。
保護電流，=保護電流密度i X總的保護面積
(3)計算需要犧牲陽極塊的質量。犧牲陽極
在輸出保護電流過程中自身溶解，因此陽極的質量
決定使用年限。鋅合金陽極的相關參數(shù)見表4。
保護一年所需鋅合金的總質量按(2)式計算。
表4 鋅合金陽極的相關參數(shù)
開路電位／ 理論發(fā)電f／ 實際發(fā)電量／ 陽極電流 密度／
v(s·C·E)(A·h·kg一 )(A·h·l【g ‘)效率，％ (g·∞ )
1．05 820 780 95 7．2
：
8
i
7
—
60I
×T (2)
×叩
式中： 一陽極總質量，kg；
876O——年的小時數(shù)，h；
，- 護電流，A；
— — 陽極理論發(fā)電量，A·h·kg～，鋅合金
陽極為820 A·h·kg～；
一陽極電流效率，％ ，鋅合金陽極為95％ ；
設計使用年限，a。
(4)計算陽極塊數(shù)量。陽極塊數(shù)量的計算需
要確定單個陽極塊的規(guī)格。例，選用規(guī)格為
60 I／I1TI×60 mm X40 mm的鋅合金陽極塊，可據(jù)此
計算其單個陽極的體積V(em )。
根據(jù)鋅合金的密度P(g·em )，計算單塊陽
極塊的質量 ：
Iv,- V (3)
陽極總數(shù)按(4)式計算：
Ⅳ (4)
式中： 陽極總數(shù)，塊；
一陽極總質量，kg；
— — 單塊陽極質量，kg。
(5)犧牲陽極塊的布局與安裝。陽極布局的
原則是不能影響管程介質的流速。陽極前端與管
板間距要小于陽極之間及陽極與封頭內表面的距
離，為達到更有效的保護，陽極平面布局要盡量均
勻。按照布局原則，把陽極塊均勻地安裝在水冷器
兩端(管程箱一側和浮頭蓋一側)。
2．4 其他防護措施¨ 】
Ni—P鍍層是非晶態(tài)，表面光潔，不易結垢，耐
酸、堿、溶劑與工業(yè)水，熱傳導性好，耐溫性較有機
涂層高。但由于其針孔率高，使其推廣應用受到限
制，不適用于水冷器的防腐蝕。
通過加熱擴散滲鋅，使鋅與鐵冶金結合，由于
ZnFe電極電位低于Fe高于Zn，從而保護鋼鐵免于
腐蝕。滲鋅的換熱器適用于含硫化物、環(huán)烷酸與工
業(yè)水等腐蝕環(huán)境，于小于350℃條件下工作。由于
滲鋅層附著力好，且有一定硬度，故可抗沖刷，傳熱
性能亦好。目前應用較少。
鋅鋁共滲兼顧了滲鋅與滲鋁的優(yōu)點，不僅在高
溫下具有優(yōu)異的抗氧化和抗硫化性能，而且在低溫
各種冷卻水中也具有良好的抗蝕性能。鋅鋁共滲
處理溫度約為450℃ ，使整機共滲成為可能，管束
與管板連接處無薄弱環(huán)節(jié)，無冷卻器變形現(xiàn)象，有
一定的應用前景。
參考文獻
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2005，26(12)：541—544
2 吳賢官．涂料防腐蝕與涂裝[J]．腐蝕與防護，1999，20(1)：44
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防護，2003，20(5)：32
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(10)：32—34
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300
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40
20
0
O6—0l 06_1l O6—21 O7—0l 07-11 07—21 07-31 08-10
日期(2009年)／ (月一日)
圖3 脫后水中油的質量濃度
從圖2和圖3可以看出，采取降低原油堿性固
硫劑及其他有關輔助措施效果較好。電脫鹽處理
量逐步升高；兩級電脫鹽界位清晰；電脫鹽溫度能
夠升到135 oC以上；一二級壓力降基本穩(wěn)定；脫后
原油中鹽的質量濃度降低至基本合格；脫后水中油
的質量濃度逐步降低。
4 結論
通過將堿性固硫劑更換為酸性固硫劑，同時采
取清洗換熱器和水洗常壓塔二線上部等相關措施，
使電脫鹽溫度提高到了135℃以上，改善了電脫鹽
的操作狀態(tài)。目前Ⅲ套常減壓蒸餾裝置電脫鹽脫
后原油中鹽的質量濃度保持在3．5～3．9 mg／L。
Impact of Alkali Desulfurization Agent on Electric Desalting
Dong Lianchang
SINOPEC Xi~an Petrochemical Company( ，Shaanxi 710086)
A由sb ：When the alkali desulfurization agent was added to the crude oil of No．3 atmospheric—vacuum distillation unit in
SINOPEC Xiim Petrochemical Company，the trRnsfornler of the electric desalter tripped and electric circuits failed．The salt and water
concentrations in the desalted 0il were out of spe cifications an d atmospheric tower frequently flooded．1eading to the of—specifications
ofproduct naphtha，the oil content in the blowdown water and COD．After proper selection of desulfurization agent and adjustment of
process parameters in desaher operation．tIle mass concentration in desalted crude of the electric desalting nit can be maintained at
lower that 4 mr／L，the lowest in unit operation history
Keywords：atmospheric—vacuum．distillation unit，electric desalter，alkali desulfurization agent，crude oil emulsification，on—line
water washing，crude oil acidity
(上接第41頁)
Corrosion of W ater Cooler and Protection
Liu Zhongyou
SINOPEC Be ng Yanshan Petrochemical Company(BeOing 102500)
Abstract：Th e corrosion leakage conditions and the application of associated anti —corrosion measures in the process units of
Petrochemi cal Company，Lid are introduced．The anti—corrosion planning and related schemes are discussed．Th e properties，
construction control and acceptance鵲well a8 the technical requirements in the design and installation of cathodic protection are
highlighted．
Keywords：water cooler，coating，cathodic protection
^l-1．墨-v＼^爨v q

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