电脱盐切水换热器联合保护的研究与设计摘要:通过对中石化长岭分公司电脱盐切水换热器的腐蚀原因和工作介质分析,提出采用涂层与牺牲阳极联合保护的防腐方案对该设备进行保护。采用极化曲线对牺牲阳极材料、选用涂料的防腐性能以及阴极保护参数进行了研究,并对联合保护进行了简单工艺计算,为该保护法在电脱盐切水换热器上的应用提供了参考和指导。为验证该保护方案的合理性和保护效果,在换热器模型上进行了模拟试验,牺牲阳极溶解特征和换热管的腐蚀情况表明该防腐方案合理可行。关键词:换热器涂层牺牲阳极联合保护1前言换热器作为重要的换热设备,在炼油企业中应用广泛。目前国内炼油厂换热器所用材质多数为碳钢,由于换热器运行环境苛刻,接触介质常具有强腐蚀性且温度高,碳钢管束极易发生腐蚀穿孔,给企业生产造成了很大的经济损失和安全隐患,因此炼油厂换热器腐蚀问题引起防腐工作者的高度关注。针对换热器腐蚀问题目前采取了一系列防腐措施,如:牺牲阳极保护、化学镀Ni-P、涂层防护等[1~3],目前在水相介质中应用较多的防腐措施为牺牲阳极保护、涂层-牺牲阳极联合保护等,均取得了较好的防腐效果。采用涂层与牺牲阳极的联合保护,能减少牺牲阳极用量,牺牲阳极能保护涂层被破坏区域,两者起到协同作用,且该保护法施工及安装维护简单,保护费用低,因此将该联合保护法应用于电脱盐切水换热器经济合理,可行性高。由于换热器运行环境苛刻,对其进行联合保护应用前的研究显得尤为重要,而许多工程往往在应用涂层与牺牲阳极联合保护前都缺乏系统的研究和设计。联合保护法的核心内容是对牺牲阳极材料和涂料的选择,许多工程应用前容易忽视这两方面研究,通常根据经验和相关标准进行选择,不注重实际运行情况,使联合保护达不到预期的保护效果,从而缩短了保护寿命,增加了保护成本。极化曲线测量是研究金属腐蚀重要的电化学手段,由极化曲线可以获得金属材料的自腐蚀电位和自腐蚀电流、极化性能等信息,本文利用极化曲线,选择了适合该联合保护方案的牺牲阳极材料和高温耐蚀阻垢涂料,并对阴极保护参数及牺牲阳极工艺进行了相关研究和计算,且模拟试验表明,该防腐方案合理可行。2腐蚀分析及防腐方案2·1工况条件及介质分析换热器工况条件和介质成分决定换热器管束的腐蚀情况,并对牺牲阳极材料和涂料的选择有决定作用,换热器工况条件和脱硫净化水的理化性质分别见表1和表2。2·2腐蚀概况中石化长岭分公司联合装置1#、2#常压单元现有6台电脱盐切水换热器,换热器管程走电脱盐切水,壳程走脱硫净化水,采用材质为10号碳钢。该装置运行一年左右,即出现腐蚀穿孔现象,抽芯检查时发现在其管束表面结垢和腐蚀比较严重,有大量红棕色锈垢,且垢层疏松,锈垢分布密集,将管束表面进行高压清洗,除去锈垢后呈现明显的点蚀特征,在管束多处地方有针孔及微小裂纹,图1为换热器管束腐蚀形貌。2·3腐蚀分析碳钢在含氧的水溶液中主要腐蚀形式为电化学腐蚀,由于碳钢组织结构不均一,易在表面形成腐蚀原电池,阳极反应为铁的溶解,阴极反应为氧的去极化,在碱性溶液中腐蚀产物多为铁的氧化物及氢氧化物。据表2分析结果,脱硫净化水中含有大量H2S,NH3等物质,浓度分别为108mg/L、77·3mg/L,pH值为9·8,早期研究结果表明[4],碳钢在含H2S碱性溶液中,阳极生成的腐蚀产物Fe2+,能与H2S溶液中的HS-、S2-生成硫化物膜,但在pH值为8~12的溶液中,该硫化物膜疏松多孔,点蚀更容易进行,是造成换热管局部腐蚀穿孔的主要原因。脱硫净化水中的悬浮物会被随机地吸附到换热管表面,并在管束表面形成沉积层,这种多孔性沉积层会形成一定的缝隙,造成局部缝隙腐蚀,管束内液体流动不仅会加速腐蚀电化学反应而且会造成磨损腐蚀。研究结果和工程实际应用表明[5],采用阴极保护能有效防止碳钢在水溶液中出现的点蚀以及结垢导致的缝隙腐蚀,目前随着高性能耐蚀阻垢涂料的开发,有效解决了换热器存在的结垢问题,综合考虑电脱盐切水换热器工况条件以及保护措施要求安装维护简单,拟采用涂层与牺牲阳极联合保护法对该设备进行保护。3联合保护设计3·1牺牲阳极材料的选择将10号碳钢一面用环氧树脂封闭,一面裸露,于60℃脱硫净化水中浸泡7d后测其开路电位为:-0·65V(vs·SCE),文中电位均相对饱和甘汞电极。牺牲阳极材料在该介质中的自腐蚀电位至少负于该电位才能使用。牺牲阳极材料应具备电位较负,阳极极化小,溶解性能好等特点。常用牺牲阳极材料有铝合金、锌合金、镁合金等三种类型,根据不同腐蚀环境有不同选择,防腐工程中选择牺牲阳极往往根