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化學(xué)鍍Ni-P鍍層換熱器在石化行業(yè)近年得到一定的工業(yè)應(yīng)用,但由于工藝控制等原因,鍍層具有孔隙,影響使用,采用鍍后化學(xué)處理及涂敷有機(jī)涂層等,能使換熱器防腐性能進(jìn)一步提高。
關(guān)鍵詞：化學(xué)鍍Ni-P鍍層換熱器
1·鍍層換熱器開發(fā)背景
近年,隨著石油化工裝置運(yùn)轉(zhuǎn)或檢修周期延長(zhǎng),從一年一修變?yōu)閮赡昊蛉暌恍?生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、原油加工的深度延伸、新工藝不斷開發(fā),以及國(guó)產(chǎn)原油變重、酸值增加、沿海沿江煉廠原油進(jìn)口增加且其含硫量較高、對(duì)設(shè)備使用壽命要求越來(lái)越高。主要是H2S、Cl-、CO2、環(huán)烷酸等已構(gòu)成對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行的嚴(yán)重威脅。特別是現(xiàn)代特大型石油煉制、化工、化纖、化肥等成套生產(chǎn)裝置中,各類換熱器約占整個(gè)設(shè)備投資的20～40%,從設(shè)計(jì)到制造,從使用到維護(hù),防腐問(wèn)題已成為企業(yè)經(jīng)營(yíng)與技術(shù)管理共同關(guān)心的焦點(diǎn)。因?yàn)閾Q熱器不僅有物料與粉料,物料與水的熱交換,而且有介質(zhì)對(duì)設(shè)備材料內(nèi)外側(cè)的腐蝕,還有結(jié)垢與沖刷,如此復(fù)雜的工藝環(huán)境是其它類型設(shè)備碰不到的。目前換熱器的實(shí)用防腐手段,主要有涂層防腐,如CH-784,漆酚鈦涂料;鍍層防腐,如Ni-P化學(xué)鍍;滲層防腐,如滲鋁;材料防腐,如不銹鋼、鈦等。上述防腐手段從耐用性、加工性與經(jīng)濟(jì)性等各方面綜合評(píng)價(jià),均不是完美無(wú)缺的。如在含S、Cl-介質(zhì)中,碳鋼會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕,不銹鋼會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)蝕與應(yīng)力腐蝕破裂,不能確保換熱設(shè)備長(zhǎng)周期安全運(yùn)轉(zhuǎn);有機(jī)涂層換熱器一般需要一定厚度,需多道涂裝與高溫烘烤,施工工藝復(fù)雜,而且其耐溫性不良,尤其是油品換熱器,每次檢修要用高壓蒸汽吹掃,易造成涂層破壞。而Ni-P鍍層換熱器因是非晶態(tài)合金,即金屬玻璃,具有較高的耐腐蝕性(抗H2S、Cl-),耐高溫(在380℃下可正常使用),抗沖刷與磨蝕(具有一定硬度),傳熱好(具有滴狀冷凝效果),抗結(jié)垢(表面光滑)等優(yōu)良特性。工業(yè)使用證明,鍍層換熱器使用效果良好。因而Ni-P化學(xué)鍍層換熱器逐漸得到石化企業(yè)的青瞇。據(jù)悉西方國(guó)家應(yīng)用于石化行業(yè)的化學(xué)鍍Ni-P鍍層產(chǎn)值超過(guò)1億美元。國(guó)內(nèi)石化行業(yè)在化學(xué)Ni-P市場(chǎng)份額中約占50%以上。
2·鍍層換熱器的應(yīng)用現(xiàn)狀
化學(xué)鍍Ni-P合金從學(xué)術(shù)研究到工程化應(yīng)用經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間,早期主要用于閥、泵、模具等小型設(shè)備耐磨目的。近年開始用于換熱器等大型設(shè)備耐蝕目的。率先開發(fā)應(yīng)用Ni-P鍍層換熱器技術(shù)的是大慶石化總廠與金陵石化設(shè)備院等。如大慶石化1995年前已建成一次最大裝容量800m2換熱器生產(chǎn)線,已完成5400m2換熱器的鍍覆[4]。大慶煉油廠糠醛裝置換熱器因腐蝕每年大修需更換2臺(tái)芯子,采用Ni-P鍍管束后,經(jīng)2年多使用末泄漏。齊魯石化與大慶防腐廠合作,生產(chǎn)Ni-P鍍層換熱器80余臺(tái),總面積4.5萬(wàn)m2,用于煉油廠、烯烴廠與化肥廠,解決了高溫油側(cè)及H2S腐蝕問(wèn)題,全面取代了有機(jī)涂層防腐[5]。金陵石化設(shè)備院開發(fā)了Ni-P化學(xué)鍍細(xì)長(zhǎng)管技術(shù),獲國(guó)家專利。已成功地施鍍了20余臺(tái)換熱器,其中為安慶石化煉油廠焦化裝置換熱器(殼程為含H2S循環(huán)汽油,管程為含O2,Cl-軟化水),原使用碳鋼僅用3～6個(gè)月,而Ni-P鍍壽命提高到24個(gè)月。上海煉油廠減粘換熱器碳鋼管束用3個(gè)月需更換,而用Ni-P鍍壽命10個(gè)月。南京煉油廠二套常減壓預(yù)水熱器碳鋼管束3個(gè)月穿孔,不銹鋼9個(gè)月需更換,Ni-P鍍2年完好。石家莊焦化廠換熱器(管程走煤焦油,殼程走冷卻水),未防腐處理半年腐蝕穿孔,管程鍍Ni-P,殼程用涂層,使用21個(gè)月未發(fā)現(xiàn)泄漏[6]。上海石化與鎮(zhèn)海煉化較多換熱器也采用Ni-P鍍防腐,均有一定效果。
3·換熱器化學(xué)鍍工藝
3.1化學(xué)鍍鍍液
化學(xué)鍍是利用還原劑使溶液中的金屬離子有選擇地在催化活化的表面上還原折出而形成金屬鍍層的一種化學(xué)處理方法。化學(xué)鍍Ni-P鍍液組份大致有:鎳鹽,為鍍液提供Ni2+,如硫酸鎳;還原劑,提供用于還原所需的電子,如次磷酸鈉;絡(luò)合劑,控制鍍液中用于還原反應(yīng)的游離鎳,如乙醇酸、乳酸、擰檬酸及其鹽類;緩沖劑,在沉積過(guò)程中防止由于折氫所引起的鍍液PH激烈變化,如醋酸、丙酸及其鹽類;促進(jìn)劑,有助于提高反應(yīng)速度,如琥珀酸,可溶性氟化物;穩(wěn)定劑,防止鍍液自然分解,如重金屬離子、含硫化合物;其它還有光亮劑,潤(rùn)濕劑等。
化學(xué)鍍Ni-P配方有上千種,文獻(xiàn)往往只披露主要幾種組分,如大連理工大學(xué)在1994年第2屆化學(xué)鍍會(huì)議上發(fā)表的“高磷快速化學(xué)沉積Ni-P的研究”中的組成與工藝條件為[7]:NiSO4.6H2O20～30g/LNaH2PO2.H2O20～30g/L絡(luò)合劑(A)5～20g/L絡(luò)合劑(B)10～20g/L加速劑2～10g/L磷的促進(jìn)劑2～8g/L緩沖劑5g/L穩(wěn)定劑適量PH4.5～5.0溫度85～90℃
除了酸性鍍液外,還有堿性鍍液。由于酸性鍍需在90℃下施鍍,能源消耗大,槽壁沉積嚴(yán)重,鍍液成份易變化,故而可在低溫下化學(xué)鍍的堿性液也有開發(fā)與應(yīng)用,不過(guò)鍍層磷含量較低,鍍速也較低。
3.2化學(xué)鍍Ni-P換熱器工藝流程
外觀檢查→機(jī)械清理→堿性除油→水洗→酸洗除銹→水洗→活化→化學(xué)鍍→水洗→鈍化→水洗→質(zhì)量檢查
3.3施鍍方法
目前國(guó)內(nèi)有關(guān)單位對(duì)化學(xué)鍍Ni-P鍍工藝、鍍層性能、工業(yè)化生產(chǎn)控制及三廢等處理進(jìn)行了成功研究,特別是使用工業(yè)級(jí)原料和用自來(lái)水配制鍍液,使其實(shí)現(xiàn)可靠的工業(yè)化生產(chǎn),從而降低了生產(chǎn)成本。目前對(duì)換熱器化學(xué)鍍主要采用槽鍍與循環(huán)流鍍。如金陵石化設(shè)備院已建成8m×1.7m×1.7m的大型鍍槽可以整體生產(chǎn)直徑<1200mm以下的換熱器管束。齊魯石化曾一次性整體施鍍面積3000m2的換熱器管束[5]。(1)換熱器管束內(nèi)外表面采用槽鍍法。需制備堿洗槽、酸洗槽、活化槽、化鍍槽、鈍化槽、清洗槽與廢液槽等。按工藝程序分別用行車將換熱器吊裝至各槽內(nèi)施工。需溫度的用蒸汽夾套或電熱器加熱。(2)換熱器管束外表面采用槽鍍法,需要臨時(shí)封頭將管程封閉,其余同(1)進(jìn)行槽洗、槽鍍。(3)換熱器管程內(nèi)表面采用循環(huán)流鍍法。需安裝臨時(shí)封頭,分別與堿洗槽、酸洗槽、鍍液槽、鈍化槽等以及泵組成臨時(shí)循環(huán)系統(tǒng),(包括出入管線、過(guò)濾機(jī)頂部N2管線、放氣管),應(yīng)保證換熱器管程底部無(wú)渦流,頂部無(wú)死角。按工藝流程進(jìn)行,但堿性、酸性、水洗、化鍍、鈍化等處理后均需用N2頂出。
