翁祥根

（上海氯堿化工股份有限公司)

0 前言

在化工設(shè)備設(shè)計(jì)和維修的材料選用方面，通常優(yōu)先考慮物料介質(zhì)與所選材料在強(qiáng)度、溫度和耐腐蝕性等方面的匹配。如果在材料選擇方面能結(jié)合可靠的防腐蝕處理，則既可以降低造價(jià)，又能提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。上海氯堿化工股份有限公司在設(shè)備的防腐蝕處理上進(jìn)行了多年的探索和應(yīng)用，并取得了較好的成效。本文將介紹幾種聚合物涂料在氯堿設(shè)備制造和維修中成功應(yīng)用的實(shí)例。

1 氯堿設(shè)備與涂層

上海氯堿化工股份有限公司主要產(chǎn)品有燒堿、液氯和聚氯乙烯，還有中間產(chǎn)品如氯化氫、二氯乙烷、氯乙烯、鹽酸等。其中二氯乙烷和氯乙烯是有機(jī)化工產(chǎn)品。在設(shè)備的材質(zhì)方面，既有鈦、鎳、雙相鋼、碳鋼和石墨等材質(zhì)的設(shè)備，也有襯四氟、襯橡膠的設(shè)備。其中用于氯氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的中間冷卻器選用碳鋼材質(zhì)的列管式換熱器，該換熱器采用循環(huán)水與氯氣進(jìn)行熱交換。由于三級(jí)換熱器中一級(jí)、二級(jí)換熱器的氯氣壓力低于循環(huán)水的壓力，一旦換熱器的列管出現(xiàn)泄漏，循環(huán)水將進(jìn)入到氯氣壓縮機(jī)中，直接破壞壓縮機(jī)的葉輪，造成較長(zhǎng)期的停產(chǎn)，該公司就有過(guò)此教訓(xùn)。后來(lái)將循環(huán)水從封閉循環(huán)改成間接循環(huán)并增加在線pH分析儀表，情況有了改善。但由于從檢測(cè)到信號(hào)再連鎖停車(chē)是需要一定時(shí)間的，而高速運(yùn)轉(zhuǎn)的壓縮機(jī) （轉(zhuǎn)速在10 000 r/min左右）當(dāng)含水量體積分率超過(guò)50×10-6時(shí)，將會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較大的破壞。為此，在嚴(yán)格把握換熱器制造過(guò)程質(zhì)量關(guān)的同時(shí)，如何減緩循環(huán)水對(duì)碳鋼的腐蝕問(wèn)題就顯得很重要。工業(yè)循環(huán)水在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中需要?dú)⒕翟?，因此?huì)定期向循環(huán)水中添加液氯，從而使循環(huán)水中含有的氯離子增多并對(duì)碳鋼造成腐蝕，循環(huán)水還易使列管的表面結(jié)垢并降低換熱效果。該公司1989年投產(chǎn)的德國(guó)PGW公司生產(chǎn)的氯氣壓縮機(jī)和1990年投產(chǎn)的日本荏原制作所生產(chǎn)的氯氣壓縮機(jī)都在使用了兩年左右時(shí)，發(fā)生過(guò)因換熱器列管受腐蝕泄漏而致壓縮機(jī)葉輪損壞的案例，由于考慮到此類(lèi)因素，還備用了整套昂貴的壓縮機(jī)系統(tǒng)。為此，上海氯堿化工股份有限公司與上海金山某設(shè)備防腐有限公司 （該公司在石化行業(yè)較早開(kāi)展了設(shè)備的涂層工作，對(duì)各種涂層材料的使用具有一定的經(jīng)驗(yàn)）合作，首先開(kāi)展了在氯氣冷卻器的循環(huán)水側(cè)涂層的試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)對(duì)涂料的耐腐蝕、耐溫和熱阻等方面綜合考慮，選擇了改型AH-924氨基環(huán)氧涂料進(jìn)行涂層 （在循環(huán)水側(cè)涂層）試驗(yàn)。首臺(tái)做過(guò)涂層的換熱器在換熱效果和使用壽命等方面都超過(guò)預(yù)期 （使用6年以上仍未見(jiàn)明顯受蝕）。

2 碳鋼設(shè)備涂層的優(yōu)點(diǎn)

碳鋼設(shè)備涂層的優(yōu)點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：

（1）防腐性能好。通過(guò)涂層的隔離，減輕了含氯離子的工業(yè)循環(huán)水對(duì)碳鋼管材的點(diǎn)蝕、垢下腐蝕和細(xì)菌腐蝕。

（2）涂層表面光滑，硬度較高，摩擦系數(shù)小，不易滯留集積污垢，傳熱效果好。

（3）涂層抗沖刷、抗?jié)B透、耐溫變，環(huán)境適應(yīng)性好。

（4）既節(jié)省了維修費(fèi)用和檢修時(shí)間 （經(jīng)統(tǒng)計(jì)，做過(guò)涂層的設(shè)備可延長(zhǎng)使用壽命2～4倍），同時(shí)還保證了生產(chǎn)裝置的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，取得較好的間接效益。

（5）可以替代高價(jià)的金屬材料并取得更好的效果。

上海氯堿化工股份有限公司華勝化工廠在二氯乙烷裝置的焚燒單元，有一臺(tái)廢氣吸收換熱器，用于冷卻酸性廢氣，冷媒是循環(huán)水。由于控制難度較大，換熱器的使用壽命較短，曾經(jīng)使用過(guò)碳鋼和雙相鋼材質(zhì)的換熱器，但使用不超過(guò)一年就都受蝕泄漏 （物料側(cè)）而失效。在物料側(cè)做了涂層后使用壽命大大提高，目前使用已經(jīng)超過(guò)三年，經(jīng)檢查涂層狀況仍然很好。因此，我們將考慮進(jìn)一步做雙側(cè)涂層。

在確認(rèn)涂層的防腐效果后，對(duì)換熱器比較重要的涂層熱阻問(wèn)題也在設(shè)計(jì)和實(shí)際的使用過(guò)程中得到了很好的解決。經(jīng)過(guò)二十多年的實(shí)際使用，在換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)未作任何改變的情況下，做過(guò)涂層的換熱器其換熱效果在使用初期并沒(méi)有明顯的降低，而且由于涂層表面不易結(jié)垢，長(zhǎng)期使用換熱效果更佳。經(jīng)檢測(cè)，涂層的熱阻R=0.105 m2K/W。涂料的導(dǎo)熱系數(shù) λ=2.875 W/（mK）。

表1 碳鋼換熱器采用涂層與否使用情況對(duì)比 （使用1年）

3 常用涂料在氯堿設(shè)備上的應(yīng)用

目前，在氯堿設(shè)備上較常用的有兩種涂料：漆酚酞螯合高聚物防腐蝕涂料和改性AH-924氨基環(huán)氧鱗片涂料。涂刷工藝為底漆兩道，面漆四道，總厚度 160±40μm。

漆酚酞螯合高聚物防腐蝕涂料經(jīng)特殊加工后，其涂層表面光滑，除了具有優(yōu)良的機(jī)械性能、阻垢性能和耐磨性能外，還具有耐高低溫 （-30～300℃）性能，適用于各種鹽類(lèi)、油類(lèi)和低濃度無(wú)機(jī)酸以及燒堿等環(huán)境。

改性AH-924氨基環(huán)氧鱗片涂料具有好的熱穩(wěn)定性、抗?jié)B透性、化學(xué)穩(wěn)定性和較高的附著力，耐溫不高于120℃，適用于油、稀酸、弱堿和溶劑。

以上兩種涂料，漆酚酞螯合高聚物防腐蝕涂料應(yīng)用范圍廣，但加工成本相對(duì)較高。在燒堿裝置中較多采用改性AH-924氨基環(huán)氧鱗片涂料做防腐蝕涂層。

近年來(lái)，一些國(guó)外的著名制造商也采用高分子樹(shù)脂涂層來(lái)應(yīng)對(duì)設(shè)備的防腐蝕問(wèn)題。如上海氯堿化工股份有限公司在2005年從日本神戶制鋼公司成套引進(jìn)的氯氣壓縮機(jī)的中間冷卻器，在其冷卻水側(cè)采用了聚氨酯涂層，液氯冷凍機(jī)的蒸發(fā)器 （液氯側(cè)）也采用聚氨酯涂層。這些設(shè)備使用7年多后情況仍良好。

2008年和2012年引進(jìn)并投產(chǎn)的德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的氯氣壓縮機(jī)，中間冷卻器由國(guó)內(nèi)制造，但西門(mén)子公司對(duì)中間冷卻器的設(shè)計(jì)有明確要求，必須在冷卻水側(cè)做涂層處理。

聚氨酯防腐涂層的特點(diǎn)是防腐性能好。涂層具有良好的附著力、韌性、耐磨性和彈性，還具有耐酸、耐堿、耐鹽、耐油、耐石油產(chǎn)品、耐苯類(lèi)溶劑和耐水、耐沸水、耐海水等的性能。此外，還具有較好的耐溫性 (可耐160℃)以及施工方便、干燥速度快、在0℃時(shí)也能正常固化、一次成膜厚、施工道數(shù)少等特點(diǎn)，施工時(shí)采用通用施工方法即可。

以上介紹的實(shí)例比較適用于無(wú)機(jī)化工物料的長(zhǎng)期耐腐蝕性環(huán)境。近年來(lái)，一種新型的、可耐有機(jī)溶劑的涂料開(kāi)始得到應(yīng)用。例如，上海某防腐蝕工程有限公司消化吸收國(guó)外技術(shù)，自主開(kāi)發(fā)了Sipolymer高性能陶瓷聚合物涂料。該涂料可粘合在鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)表面，有非常好的耐蝕性，可耐各種酸、堿、鹽和溶劑，尤其可用于二氯乙烷和氯乙烯介質(zhì)中，具有高韌性、強(qiáng)延伸性、高成膜性、優(yōu)良的耐磨性和常溫固化、容易修補(bǔ)、蒸汽清洗等優(yōu)點(diǎn)。大連美德鐵科技有限公司引進(jìn)德國(guó)Multimetall公司技術(shù)，也開(kāi)發(fā)了以聚合材料為主的、用于設(shè)備修復(fù)的涂層技術(shù)。

2011年，華勝化工廠的一臺(tái)酸性二氯乙烷換熱器 （雙相鋼換熱器）的管板和列管出現(xiàn)泄漏，采用封堵焊接的辦法解決了問(wèn)題。但使用不久，又出現(xiàn)熱影響區(qū)泄漏的現(xiàn)象，封堵幾次后，泄漏面反而擴(kuò)大。2012年，采用了高性能陶瓷聚合物涂料在泄漏面上涂刷的方法解決了泄漏問(wèn)題。一年多后再檢查，未發(fā)現(xiàn)泄漏和腐蝕。現(xiàn)在，上海氯堿公司已經(jīng)打算在酸性的氯乙烯換熱器中對(duì)列管進(jìn)行防腐涂刷處理。此外，在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和二氯乙烷等廢水溝內(nèi)采用高性能陶瓷聚合物涂料進(jìn)行涂刷處理，可以防止化學(xué)品滲入地下。

Sipolymer涂料已經(jīng)具有在以上介質(zhì)中各種溫度下經(jīng)受浸泡和沖刷的成功經(jīng)驗(yàn)。Sipolymer涂層的厚度：底涂200μm，面涂300μm。

現(xiàn)在，涂層處理的應(yīng)用范圍已經(jīng)越來(lái)越廣泛，從設(shè)備制造到設(shè)備維修都取得了良好的效果，并有加快推廣的趨勢(shì)。

設(shè)備涂層后需要妥善管理和維護(hù)。安裝吊運(yùn)時(shí)須避免機(jī)械碰撞。檢修時(shí)，避免用蒸汽和高壓水槍直接沖洗涂層。運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，須避免冷卻水?dāng)嗨鸲虝r(shí)超溫造成涂層焦化脆裂。做過(guò)涂層的備用設(shè)備應(yīng)避免長(zhǎng)期暴曬而使涂層老化。

[1] 余存燁，沈曉陽(yáng).國(guó)內(nèi)涂層換熱器防腐涂料及工程應(yīng)用 [J] .化工設(shè)備設(shè)計(jì)，1998，35（2）：45-50.

[2] 吳金奎.浮頭式碳鋼水冷器的防腐蝕涂裝 [J] .腐蝕和防護(hù)，2000，21(9)：402-405.

[3] 吳金奎.碳鋼水冷器防腐蝕涂層技術(shù)與應(yīng)用 [J] .石油化工腐蝕與防護(hù)，2003，20(2)：35-38.