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延長(zhǎng)5454鋁鎂合金管束使用壽命進(jìn)行涂層防腐的必要性、可行性、實(shí)用性
------天凡防腐技術(shù)有限公司--------
一、必要性
1.1 5454鋁鎂合金
5454鋁鎂合金是美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)(AA)鋁合金的分類方法,第一位數(shù)表示主要添加元素,代表合金系列,第二位數(shù)表示受控雜質(zhì)的個(gè)數(shù),最后兩位數(shù)表示純度百分?jǐn)?shù)后的數(shù)字。5454鋁鎂合金管是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)(ANSI)和美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)(ASTM)共同標(biāo)準(zhǔn)化的材料,ASTM以B234標(biāo)準(zhǔn)納入。5454鋁鎂合金以其較好的耐蝕性、焊接性、切削性、良好的塑性,以及優(yōu)異的導(dǎo)熱性,有望成為石化行業(yè)等制造冷換設(shè)備管束不可多得的且來源方便的好材料。
1.2 5454鋁鎂合金的典型特性
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5454鋁鎂合金的耐蝕性及適用范圍
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鋁鎂合金在海水中和循環(huán)水的腐蝕速率< 0.05mm/a,但有發(fā)生孔蝕的傾向。[腐蝕數(shù)據(jù)與選材手冊(cè).左景伊.1995]。鋁表面在近海的腐蝕環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)白色腐蝕斑點(diǎn),為了延長(zhǎng)鋁材的使用壽命,需要涂漆。[防腐蝕涂料和涂裝.中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì).虞兆年.1994.];
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在NaCl+H2O、海水、水和水蒸氣是鋁鎂合金產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的材料-環(huán)境組合;
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c. 5454鋁鎂合金的使用適用范圍
ASTM規(guī)范中確定:最高溫度205°C,< 40Kg/cm2;
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優(yōu)異的導(dǎo)熱性
以下列舉幾種最常用金屬材料的導(dǎo)熱性比較(單位:w/m×k)[機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)]
5454鋁鎂合金 | 20#碳鋼 | 海軍銅 | 白銅(B30) | 鈦 | 奧氏體不銹鋼 |
161 | 48 | 133 | 37.3 | 19.2 | 16 |
從上述可以看出:5454鋁鎂合金的導(dǎo)熱性是20#碳鋼的3.4倍,不銹鋼的10倍,鈦的8.4倍,有著優(yōu)異的導(dǎo)熱性。
1.2.3 良好的價(jià)格性能比
以1臺(tái)BES1200-2.5-6/25-2II為例:
碳鋼管束 | 管束重量(t) |
單價(jià) (萬元/t) |
造價(jià) (萬元) |
防腐費(fèi)用 (萬元) |
總費(fèi)用 (萬元) |
碳鋼管束 | 9.963 | 1.35 | 13.45 | 6 | 19.45 |
5454鋁鎂合金管束(管板為5454鋁鎂合金與16MnR爆炸復(fù)合) | 5.297 | 4.2 | 22.24 | 4 | 26.24 |
5454鋁鎂合金總費(fèi)用增加35%,但由于導(dǎo)熱性能比較是碳鋼的3.4倍的角度相比,以及其使用壽命至少比碳鋼多使用1年,可見5454鋁鎂合金有著優(yōu)異的價(jià)格性能比。
1.2.4 存在問題
雖然國(guó)內(nèi)外報(bào)道5454鋁鎂合金有良好的耐海水、循環(huán)水腐蝕性,并廣泛地應(yīng)用于船舶工業(yè)制造輕型艦艇及航空工業(yè)焊接油箱等。而在溶液中有F-、Cl-陰離子時(shí),由于F-、Cl-半徑小、穿透力大,很容易破壞氧化膜而產(chǎn)生點(diǎn)蝕;
5454鋁鎂合金在海水中的平均年腐蝕速率小于0.05mm/a,屬于耐蝕性金屬材料(較之碳鋼0.89mm/a的年腐蝕速率相差一個(gè)數(shù)量級(jí)以上),在海水中或在循環(huán)水中,碳鋼都會(huì)發(fā)生必然性的均勻性腐蝕、孔蝕、縫隙腐蝕,而5454鋁鎂合金在海水或在循環(huán)水(有Cl-存在)中,具有發(fā)生點(diǎn)蝕的傾向,所發(fā)生的腐蝕多與制造中冶金工藝處理、成份偏析、冷拔所使用的潤(rùn)滑劑情況等有關(guān),鋁鎂合金在循環(huán)水中的使用屢見不鮮。
1.3 5454鋁鎂合金的試驗(yàn)室腐蝕數(shù)據(jù)
2000年10月,由大連理工大學(xué)、中科院(沈陽)金屬腐蝕研究所將7種不同金屬材料包括5454鋁鎂合金在海水、海水+H2S、工業(yè)循環(huán)水中的實(shí)驗(yàn)室通過陽極極化曲線法測(cè)得的腐蝕速率,情況如下:
1.3.1 試驗(yàn)金屬材料:5454鋁鎂合金、20#碳鋼、12Cr2AlMoV、07CrCuAlMoTi、固體粉末包埋滲鋁、321不銹鋼、2507雙相鋼
1.3.2 試驗(yàn)腐蝕介質(zhì):大窯灣天然海水 海水充H2S氣體 大連西太平洋石化公司第一循環(huán)水場(chǎng)循環(huán)水
1.3.3 試驗(yàn)條件:
試驗(yàn)溫度:設(shè)定環(huán)境溫度為28°C
海水中測(cè)試陽極極化曲線溫度為:35°C、60°C、80°C
海水+H2S測(cè)試陽極極化曲線溫度為:45°C、60°C
工業(yè)循環(huán)水的測(cè)試陽極極化曲線溫度為:35°C
本試驗(yàn)采用恒溫水浴控制。
海水中充H2S氣體的工藝是將5%的H2S+95%N2標(biāo)準(zhǔn)氣體向500ml容器中充1小時(shí),制備成飽和H2S介質(zhì)密封。
1.3.4 海水中充H2S氣體工藝裝置示意圖
H2S 海水 海水 海水 Pb(CH3COO)2 NaOH
1.3.5 試驗(yàn)內(nèi)容
(a) 陽極極化曲線測(cè)試
試驗(yàn)裝置采用PARC MODEL 175信號(hào)發(fā)生器,princeon 173型恒電位儀和586計(jì)算機(jī),數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)采集處理。參比電極為Ag/AgCl電極,輔助電極為Pt片。試樣采用硅膠涂敷,有效面積1Cm2。經(jīng)除銹、脫脂處理后的試樣浸入溶液中,穩(wěn)定30min,測(cè)定自腐蝕電位,從該電位開始正向掃描,掃描速度為60mv/min。
(b) 腐蝕速率的計(jì)算
述介質(zhì)中的陽極極化20mv,掃描速度為5mv/min。用強(qiáng)極化區(qū)確定陽極、陰極塔菲爾斜率ba、bc,在線性極化區(qū)內(nèi)確定極化阻抗Rp(W/cm2),從而可得到腐蝕速率icorr:
B=ba′bc/2.303(ba+bc)
Icorr=B/Rp
將icorr換算成腐蝕速率v的公式為:
V(mm/a)=3.27′icorr′A/(n′D)
式中: A —— 原子量
n —— 得失電子數(shù)
D —— 密度
1.3.6 試驗(yàn)結(jié)果
(a) 海水中溫度對(duì)七種金屬材料陽極極化行為的影響
海水溫度升高,鈍性金屬、非鈍性金屬材料七種金屬材料的的電化學(xué)穩(wěn)定性能降低。
35°C 、60°C和80°C海水中陽極活化性能由強(qiáng)到弱的情況如下:
5454鋁鎂合金<20#碳鋼<12Cr2AlMoV<固體包埋粉末滲鋁<07CrCuAlMoTi
海水中加入H2S后,除2507雙相鋼外,加劇了其余六種金屬材料陽極的活性溶解。
不論在35°C,還是在60°C、80°C海水中,七種金屬材料的陽極極化穩(wěn)定性由弱到強(qiáng)依次為:
5454鋁鎂合金> 20#碳鋼 >12Cr2AlMoV>固體包埋粉末滲鋁> 07CrCuAlMoTi > SUS321不銹鋼>2507雙相鋼
(c)七種金屬材料在工業(yè)循環(huán)水介質(zhì)中陽極極化行為的影響(常溫)
七種金屬材料的陽極極化穩(wěn)定性由弱到強(qiáng)依次為:
5454鋁鎂合金> 07CrCuAlMoTi > 20#碳鋼 >12Cr2AlMoV>固體包埋粉末滲鋁> SUS321不銹鋼>2507雙相鋼
其中5454鋁鎂合金、固體包埋粉末滲鋁、20#碳鋼,呈現(xiàn)出沒有明顯的鈍化電位區(qū)域,說明,這三種金屬材料在循環(huán)水中的電化學(xué)穩(wěn)定性不穩(wěn)定。
1.3.7七種金屬材料的腐蝕速率
(a) 35°C海水中,七種金屬材料的腐蝕速率
金屬材料 | 2507雙相鋼 | SUS32 | 5454鋁鎂合金 | 固體包埋粉末滲鋁 | 20#碳鋼 | 07CrCuAlMoTi | 12Cr2AlMoV |
腐蝕速率(腐蝕深度)mm/a | 0.01 | 0.01 | 1.0 | 0.696 | 1.0 | 1.0 | 0.5427 |
2507雙相鋼> SUS321 >12Cr2AlMoV > 固體粉末包埋滲鋁> 5454鋁鎂合金 >20#碳鋼
(b) 35°C海水+H2S中,七種金屬材料的腐蝕速率
金屬材料 | 2507雙相鋼 | SUS32 | 5454鋁鎂合金 | 固體包埋粉末滲鋁 | 20#碳鋼 | 07CrCuAlMoTi | 12Cr2AlMoV |
腐蝕速率(腐蝕深度)mm/a | 0.02 | 0.02 | 3.793(孔蝕) | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 0.6220 |
海水+H2S中,在不同溫度下七種材料穩(wěn)定性循序如下
2507雙相鋼> SUS321 >固體粉末包埋滲鋁>12Cr2AlMoV > 07CrCuAlMoTi>5454鋁鎂合金 >20#碳鋼
在80°C的海水+H2S介質(zhì)中,從七種材料樣品的電化學(xué)腐蝕形貌和腐蝕產(chǎn)物能譜分析看,2507雙相鋼耐蝕性最好,樣品未見任何腐蝕,SUS321不銹鋼、固體粉末包埋滲鋁存在點(diǎn)蝕現(xiàn)象,20#碳鋼、12Cr2AlMoV低合金鋼、07CrCuAlMoTi鋼基本上為均勻腐蝕,5454鋁鎂合金也有嚴(yán)重的點(diǎn)蝕發(fā)生。
(c) 工業(yè)循環(huán)水中,七種金屬材料的腐蝕速率
金屬材料 | 2507雙相鋼 |
SUS 321 |
5454鋁鎂合金 | 固體包埋粉末滲鋁 | 20#碳鋼 | 07CrCuAlMoTi | 12Cr2AlMoV |
腐蝕速率(腐蝕深度)mm/a | 0.0059 | 0.0093 | 0.8851 | 0.1950 | 0.3378 | 0.5719 | 0.2952 |
在工業(yè)循環(huán)水中,七種材料穩(wěn)定性循序如下
2507雙相鋼> SUS321 >固體粉末包埋滲鋁>12Cr2AlMoV > 20#碳鋼> 07CrCuAlMoTi>5454鋁鎂合金
在35°C工業(yè)循環(huán)水中,經(jīng)電化學(xué)腐蝕的四種材料,SUS321不銹鋼未見明顯腐蝕,20#碳鋼和固體粉末包埋滲鋁基本為均勻腐蝕,而5454鋁鎂合金出現(xiàn)了嚴(yán)重的點(diǎn)蝕。
注:本試驗(yàn)所采用的循環(huán)水為某廠特定循環(huán)水,由于各單位所使用的循環(huán)水水質(zhì)差異較大,因此不具有普遍意義,只作為參考。
1.4 應(yīng)用事例
1.4.1 大連西太平洋石化公司從1998年9月開始在FCC、ARDS裝置使用5454鋁鎂合金管束做循環(huán)水冷卻器及高溫?zé)崴畵Q熱器,從應(yīng)用情況看,經(jīng)過3年的跟蹤發(fā)現(xiàn)均不同程度出現(xiàn)腐蝕,尤其是管板腐蝕最為明顯,其次是循環(huán)水側(cè)的垢下腐蝕明顯;
1.4.2 大連西太平洋石化公司2001年4月在FCC氣壓組循環(huán)水冷卻器投用1臺(tái)5454鋁鎂合金管束,經(jīng)過一個(gè)盛夏,車間反映冷卻使用效果非常明顯,原來采用兩臺(tái)同樣規(guī)格的碳鋼涂層防腐管束1臺(tái)、海軍銅管束1臺(tái),進(jìn)出口溫度相差30°C,僅采用1臺(tái)5454鋁鎂管束后進(jìn)出口溫差相差40°C,一臺(tái)冷卻效果要好于海軍銅和碳鋼兩臺(tái)管束;
1.4.3 大連西太平洋石化公司于99年4月,在常減壓裝置曾經(jīng)試驗(yàn)過一臺(tái)f400mm的5454鋁鎂合金試驗(yàn)性小管束,管程為60°C海水,殼程為270°C常三線,使用了8個(gè)月后出現(xiàn)腐蝕泄漏。
1.5 介紹循環(huán)水的腐蝕影響因素
循環(huán)水中金屬的腐蝕形態(tài)甚至比海水的腐蝕形態(tài)還呈現(xiàn)出多樣性的特性,列表如下:
腐蝕類型及機(jī)理 | 腐蝕形態(tài) | 腐蝕影響因素 |
氧的去極化腐蝕 |
均勻腐蝕 孔蝕 應(yīng)力腐蝕 縫隙副食 選擇性腐蝕 電偶腐蝕 磨損腐蝕 |
<化學(xué)因素 PH值 陰離子 絡(luò)合劑(如NH3、CN-等) 硬度(水中Ca2+及Mg2+濃度過高,易引起垢下腐蝕) 金屬離子 溶解氣體 <物理因素 濃度(Cl-在0~500ppm碳鋼的腐蝕形態(tài)主要表現(xiàn)為孔蝕;Cl->500ppm時(shí)碳鋼的腐蝕表現(xiàn)為潰瘍腐蝕); 懸浮固體(產(chǎn)生垢下腐蝕或磨損腐蝕); 流速(流速高時(shí)對(duì)碳鋼的腐蝕有著抑制作用); 電偶; 流速(流速高時(shí)對(duì)碳鋼的腐蝕有著抑制作用); 6. 溫度(77°C碳鋼水冷器的腐蝕達(dá)到最大) |
微生物引起的腐蝕 |
以孔蝕為主, 其次為均勻腐蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕 |
細(xì)菌;有不參與腐蝕但易產(chǎn)生結(jié)垢引起碳鋼發(fā)生垢下腐蝕,有的直接參與反應(yīng)或產(chǎn)生的H2S與碳鋼再發(fā)生腐蝕反應(yīng)的各類細(xì)菌; 真菌;減少或阻止了緩蝕劑的作用,并增加了熱阻等; 藻類;易引起結(jié)垢產(chǎn)生垢下腐蝕; 微生物粘泥:降低冷卻效果,惡化水質(zhì)和降低,水質(zhì)穩(wěn)定,增加設(shè)備管線的腐蝕 |
微生物粘泥引起的腐蝕 |
孔蝕為主,同時(shí)發(fā)生均勻腐蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕, 表現(xiàn)為垢下腐蝕 |
除產(chǎn)生垢下腐蝕外,還會(huì)惡化水質(zhì),降低水質(zhì)穩(wěn)定劑的緩蝕阻垢和殺生作用 |
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微生物引起的腐蝕事例:
從有關(guān)文獻(xiàn)中得知:碳鋼、鍍鋅鋼、304L、316L不銹鋼、904L鋼、銅鎳合金、蒙乃爾合金均有過發(fā)生微生物腐蝕的事例發(fā)生。此外,有些微生物由于能夠產(chǎn)生硫酸,如硫氧化菌可以使混凝土迅速破壞等。
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循環(huán)水及水質(zhì)情況調(diào)查
據(jù)有關(guān)資料介紹,國(guó)內(nèi)16個(gè)使用循環(huán)水做冷卻用水的煉油廠(北京、大慶、撫順、浙江、蘭州、長(zhǎng)嶺、茂名等)的循環(huán)水中有害微生物數(shù)量調(diào)查發(fā)現(xiàn),大連地區(qū)、蘭州、上海、茂名、北京的水質(zhì)中有害微生物數(shù)量、微生物粘泥中有害微生物、硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌數(shù)量,補(bǔ)充水中異氧菌數(shù)量在國(guó)內(nèi)循環(huán)水的調(diào)查中位于前列,由于上述地區(qū)的循環(huán)水水質(zhì)較為惡劣,所以水冷器腐蝕程度尤為嚴(yán)重。
1.6 結(jié)論
從上述實(shí)際使用及試驗(yàn)室數(shù)據(jù)可以得出:5454鋁鎂合金應(yīng)用水冷器管束有必要進(jìn)行防腐處理,從目前國(guó)內(nèi)水冷器防腐水平,TH847或TH901防腐涂料無疑是最可靠最有效的防腐手段。
二、5454鋁鎂合金管束采用TH901或TH847內(nèi)防腐的可行性
2.1 良好的可靠性
2.1.1 TH901經(jīng)過填料的改進(jìn)可以做到更好地與5454鋁鎂合金的結(jié)合,保證其附著力達(dá)到I級(jí),加入鉻酸鹽填料的底漆能夠陸續(xù)地溶出鉻酸離子,使鋁表面鈍化,增強(qiáng)耐蝕性;[防腐蝕涂料與涂裝.中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì).1994.];
2.1.2 5454鋁鎂合金與TH901的線膨脹系數(shù)優(yōu)于碳鋼與TH901的線膨脹系數(shù)
5454Al-Mg合金的線膨脹系數(shù) | 碳鋼的線膨脹系數(shù) | TH901的線膨脹系數(shù)(參照環(huán)氧樹脂涂料、玻璃鋼) |
23.5~24.6 ′10-6/°C | 11.16~11.28 ′10-6/°C | 20~60′10-6/°C |
因TH901中加入了Al粉、鉻酸鹽等導(dǎo)電填料,所以,其(20~60)′10-6/°C的線膨脹系數(shù)將更接近與鋁鎂合金, 在循環(huán)水進(jìn)出口溫度相差20~30°C情況下,線膨脹系數(shù)對(duì)管束與涂層附著力的影響可以不予考慮。
2.2 同其它幾種金屬材料及目前國(guó)內(nèi)的防腐措施比較,有著優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)效能比
按照美國(guó)NACE(美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì))推薦的腐蝕控制經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)法RP-02-72的
計(jì)算公式:
A=Pw′i′(1+i)n/[(1+i)n-1]
其中 Pw —設(shè)備價(jià)格(萬元)
i — 設(shè)備投資利率(%)一般取10%
n — 設(shè)備使用年限
A — 設(shè)備年度費(fèi)用
以FCC裝置水冷器?1200管束為例:
管程/ 循環(huán)水 45°C 殼程/含H2S烴類油氣
做管程內(nèi)防腐:按TH901防腐計(jì)算(150元/m2)
設(shè)備規(guī)格 | 措施 | Pw(萬元) | n(年) | i,% | A(萬元) |
碳鋼(做比較) | 14 | 1 | 10 | 15.4 | |
BES1200-400-2.5-6/25-2II | 碳鋼+TH901防腐 | 19 | 2 | 10 | 11.0 |
(近10噸) | 5454鋁鎂合金管束(5.297噸) | 22.24 |
2 |
10 | 12.8 |
5454鋁鎂合金+TH901防腐 | 26.24 |
4 (至少4年) |
10 | 8.3 | |
碳鋼+滲鋁 | 25 | 2 | 10 | 14.4 | |
雙相鋼 | 140 | 20 | 10 | 16.4 |
ó 腐蝕控制經(jīng)濟(jì)法來初步估算看:
年度費(fèi)用最低的為: 5454鋁鎂合金+TH901防腐,約8.3萬元
年度費(fèi)用最高的為: 雙相不銹鋼,約為16.4萬元
數(shù)據(jù)分析:(1) 碳鋼不做防腐按1年壽命測(cè)算的設(shè)備年度費(fèi)用為:15.4萬元
碳鋼+TH-901防腐按2年壽命測(cè)算的設(shè)備年度費(fèi)用為: 11.0萬元
碳鋼滲鋁按2年壽命測(cè)算設(shè)備年度費(fèi)用為:14.4萬元
5454鋁鎂合金按4年壽命測(cè)算的設(shè)備年度費(fèi)用為:7.0萬元
雙相鋼按20年壽命測(cè)算的設(shè)備年度費(fèi)用為:16.4萬元
(2) 上述碳鋼不防腐、碳鋼+防腐、碳鋼滲鋁均是實(shí)際使用壽命,5454鋁鎂合金管束是根據(jù)使用情況推斷,雙相鋼的使用壽命根據(jù)瑞典山特維克公司提供的資料。
2.3 解決5454鋁鎂合金產(chǎn)生孔蝕、坑蝕的具體措施及設(shè)計(jì)依據(jù)
克服5454鋁鎂合金自身缺陷的辦法是,在鋁鎂合金管束水側(cè)部位進(jìn)行TH901涂層防腐。使5454鋁鎂合金在循環(huán)水、海水中的使用更具有可靠性和實(shí)用性。
這樣既可充分發(fā)揮5454鋁鎂合金的導(dǎo)熱性能好優(yōu)勢(shì),又通過增加涂層(相對(duì)于碳鋼并不增加較多造價(jià))來避免5454可能產(chǎn)生的點(diǎn)蝕。5454鋁鎂合金覆蓋涂層和碳鋼比較有著顯著的優(yōu)勢(shì),從技術(shù)可行性而言5454鋁鎂合金管束內(nèi)壁涂覆TH901涂層有著很好的可靠性。這一技術(shù)已經(jīng)在2001年4月份在大連西太平洋石油化工有限公司的制氫車間、氣分車間的冷換設(shè)備上得以應(yīng)用,運(yùn)轉(zhuǎn)使用1年的實(shí)踐證明:傳熱效果良好,并且沒有發(fā)生腐蝕泄漏。
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TH901防腐涂層
(a) TH901水冷器專用涂料
TH901是以生漆改性的專用水冷器涂料,由國(guó)家海洋局天津淡化水研究所所開發(fā),并于1991年被國(guó)家科委認(rèn)定為“國(guó)家級(jí)科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃》,1992年被評(píng)為國(guó)家級(jí)新產(chǎn)品,中石化(86)生部字182號(hào)文件《關(guān)于推廣水冷器防腐涂層的通知》及中石化(1991)生機(jī)字10號(hào)文件《關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)“碳鋼水冷設(shè)備涂層防腐技術(shù)交流會(huì)會(huì)議機(jī)要”的通知》中,專門發(fā)文在中石化系統(tǒng)內(nèi)部,推廣采用TH847和TH901水冷器專用防腐涂料,事實(shí)上,國(guó)內(nèi)幾乎所有煉廠都在使用使用TH系列的防腐涂料。
(b) 實(shí)施辦法
(1) 表面處理及涂層結(jié)構(gòu)
5454鋁鎂合金管束在進(jìn)行內(nèi)壁防腐時(shí),必須先對(duì)內(nèi)壁進(jìn)行粗糙化處理,以使涂層與基體結(jié)合牢固,不會(huì)發(fā)生因涂層附著不牢發(fā)生脫落現(xiàn)象。處理辦法是采用水噴石英砂的辦法,達(dá)到既粗糙了5454鋁鎂合金內(nèi)壁表面,又不會(huì)發(fā)生噴砂破壞5454鋁鎂合金的目的。因?yàn)?454鋁鎂合金的硬度只有40HB(碳鋼硬度為110-120HB),采用碳鋼噴砂的辦法對(duì)5454鋁鎂合金管束進(jìn)行粗糙化處理,勢(shì)必會(huì)破壞管束。
圖二 5454鋁鎂合金覆蓋涂層防腐保護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
(2) 覆蓋涂層方法及要求
1) 涂漆時(shí)的環(huán)境溫度在15°C~30°C之間;
2) 涂漆的環(huán)境濕度< 85%,且管束本體溫度必須高于露點(diǎn)溫度3°C以上;
3) 粗糙化處理完成后,在4小時(shí)之內(nèi),涂第一道底漆;
4) 每一遍涂料施工完成后,均需在涂層表干后方可進(jìn)爐進(jìn)行升溫固化處理。升溫方法嚴(yán)格執(zhí)行下列升溫曲線
5) 共涂六道,總厚度在200-250mm。
溫度°C
200 .
150 . 160°C
100 . 120°C
50 . 80°C
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 時(shí)間(小時(shí))
圖三 前五遍涂層升溫固化曲線
溫度°C
200 . 200°C
150 . 160°C
100 . 120°C
50 . 80°C
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 時(shí)間(小時(shí))
圖四 第六遍(最后一遍)涂層升溫固化曲線
三、5454鋁鎂合金用于水冷器管束有著良好的實(shí)用性
(同碳鋼防腐管束、海軍銅管束、鈦管束等幾種材料相比較)
3.1 從試驗(yàn)室數(shù)據(jù)分析七種金屬材料用于水冷器管束的耐蝕性依次為:
35°C海水中 七種材料穩(wěn)定性由強(qiáng)到弱循序 |
2507雙相鋼> SUS321 >5454鋁鎂合金涂覆TH901涂料>12Cr2AlMoV > 固體粉末包埋滲鋁> 5454鋁鎂合金 >20#碳鋼 |
在常溫工業(yè)循環(huán)水中 七種材料穩(wěn)定性由強(qiáng)到弱循序 |
2507雙相鋼> SUS321 >5454鋁鎂合金涂覆TH901涂料>固體粉末包埋滲鋁>12Cr2AlMoV > 20#碳鋼> 07CrCuAlMoTi>5454鋁鎂合金 |
3.2 逐項(xiàng)分析
a 2507雙相鋼不論用于海水、海水+H2S(飽和)以及工業(yè)循環(huán)水中,其耐蝕性是最佳的,但因其價(jià)格昂貴,在煉油廠的應(yīng)用受到很大的限制;
b SUS321不銹鋼由于海水中含有19000ppm的Cl-,不能用于海冷器管束中,在循環(huán)水中雖然GB50050《工業(yè)循環(huán)水冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》中,允許Cl-含量?300ppm,但在實(shí)際中也應(yīng)不宜或謹(jǐn)慎使用;
c 固體包埋滲鋁由于其合金化程度及滲層厚度受到限制,因此經(jīng)過實(shí)踐證明,無論在?;蜓h(huán)水中使用,其使用壽命大都在17個(gè)月到23個(gè)月之間;
d 12Cr2AlMoV、07CrCuAlMoTi由于在海水及循環(huán)水中,沒有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),從腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看,也不宜用做水冷器管束;
e 5454鋁鎂合金管束因其與碳鋼管束有著接近的價(jià)格,雖然5454鋁鎂合金有發(fā)生孔蝕的傾向,但經(jīng)過防腐處理之后,可以大大提高5454鋁鎂合金管束的使用壽命,因此,在換熱效率要求較高的場(chǎng)合,非常適用;
f 銅管束(海軍銅、白銅)在含硫、含氨、胺腐蝕介質(zhì)的煉油企業(yè),由于硫能引起銅的腐蝕以及氨、胺與銅發(fā)生絡(luò)合反應(yīng),所以不適用于煉制高含硫原油的煉廠,隨著我們國(guó)家煉制進(jìn)口高含硫原油的增加,銅合金管束應(yīng)用于水冷器管束大大受到限制。
3.3 結(jié)論
和國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)所使用的幾種金屬材料做比較,5454鋁鎂合金導(dǎo)熱性能獨(dú)特、價(jià)格低廉、材料來源方便、優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)效能比,成為不可多得的制作冷換設(shè)備管束的好材料,尤其是在今后我們將大量進(jìn)口高含硫原油的形式下,5454鋁鎂合金管束有著良好的實(shí)用性。
四、結(jié)束語
4.1 5454鋁鎂合金是從美國(guó)引進(jìn)的一項(xiàng)新技術(shù),最早用于化工行業(yè)的冷換設(shè)備,由于在應(yīng)用中耐蝕方面的不穩(wěn)定性,大大影響了其推廣使用,某廠所購置的先進(jìn)的生產(chǎn)線常常處于閑置狀態(tài),同西方國(guó)家5454鋁鎂合金的使用范圍,存在著巨大市場(chǎng)差異。在5454鋁鎂合金管束增加涂層防腐保護(hù),可以大大延長(zhǎng)和保證5454鋁鎂合金的使用壽命,為5454鋁鎂合金打開市場(chǎng)和擴(kuò)大應(yīng)用范圍,提出了可操作的技術(shù)和施工保證。
4.2 由于5454鋁鎂合金管束出現(xiàn)的腐蝕問題是,目前難以進(jìn)一步打開石化行業(yè)、化工行業(yè)市場(chǎng)的“瓶頸”問題,采取增加涂層防腐的辦法比傳統(tǒng)的碳鋼管束防腐有著很好的價(jià)格優(yōu)勢(shì)(和碳鋼管束防腐價(jià)格相近);
4.3 采用5454鋁鎂合金管束后,在煉制高含硫原油的煉廠,對(duì)于殼程含有H2S腐蝕介質(zhì)的管束,不需要象碳鋼管束還要做防腐處理,因?yàn)?454鋁鎂合金本身就耐H2S腐蝕。5454鋁鎂合金在200°C以內(nèi)含有H2S的腐蝕介質(zhì)中的PH值使用范圍在4.5-8.5之間,有著其它金屬材料所沒有的使用優(yōu)勢(shì);
和碳鋼雙面防腐相比,5454鋁鎂合金管束只做單面(管程)防腐,整個(gè)費(fèi)用節(jié)省約50%;
4.4 由于5454鋁鎂合金的導(dǎo)熱性比碳鋼高出3.4倍,因此在相同工藝條件下,和碳鋼相比至少節(jié)省一半換熱器的數(shù)量;
4.5 5454鋁鎂合金適合在殼層中含有H2S腐蝕介質(zhì)的油氣中,更能發(fā)揮5454鋁鎂合金管束耐H2S腐蝕的優(yōu)勢(shì)。在殼層液相流速>2.5m/s的情況下,由于5454鋁鎂合金的硬度較低,所以不宜在殼層液相流速高的情況被采用。但管程不論是海水、循環(huán)水、脫鹽水、含硫污水等,只要流速<3m/s,均可在采取涂層防腐后被采用
4.6 5454鋁鎂合金在經(jīng)過防腐后,從綜合性能對(duì)比,是現(xiàn)有國(guó)內(nèi)制作冷換設(shè)備管束所有材料無可替代的,同時(shí)5454鋁鎂合金的缺點(diǎn)是可以以簡(jiǎn)單易行的辦法來加以克服的,并有望成為今后石化行業(yè)等制造冷換設(shè)備管束不可多得的且來源方便的好材料。
五、5454鋁鎂合金管束管箱、浮頭內(nèi)端增加陰極保護(hù)的建議
第一 5454鋁鎂合金與碳鋼材質(zhì)存在電位差
Fe、Al、Cu三種材料在海水中的穩(wěn)定電極電位如下:(相對(duì)Cu/CuSO4電極)
材料 | 穩(wěn)定電極電位(V) |
Fe和鋼 | -0.95 |
Al | -0.95— -1.2 |
Cu | -0.5-0.65 |
由數(shù)據(jù)可以看到:Cu與Fe在海水中穩(wěn)定電極電位相差0.3-0.45mv,而Cu于Fe的在海水中的穩(wěn)定電極電位相差0-0.25mv,比Cu-Fe相差要小,既然Cu-Fe采取犧牲陽極的電化學(xué)保護(hù)可以起到很好的防腐作用,那么從數(shù)據(jù)中我們有理由判斷:Al-Fe組合采取犧牲陽極的電化學(xué)保護(hù),同樣也會(huì)取得很好的效果。
第二 成功應(yīng)用事例說明
1997年4月,大連西太平洋石化公司一臺(tái)海軍銅管束(管板為16Mn,管子為海軍銅,介質(zhì)為海水)使用6個(gè)月發(fā)生嚴(yán)重的電偶腐蝕,最深腐蝕坑達(dá)到6mm,為解決電偶腐蝕問題,我采取如下設(shè)計(jì)對(duì)管板進(jìn)行防腐,即:
a 管板面增加涂層保護(hù);
b管箱小浮頭內(nèi)壁進(jìn)行犧牲陽極的陰極防腐。
該管束于1997年4月采取上述措施后使用至2001年4月檢修檢查,管板保護(hù)良好,沒有出現(xiàn)腐蝕。