張姮(中海油東方石化有限責(zé)任公司，海南 東方 572600)

0 引言

石化設(shè)備腐蝕對(duì)生產(chǎn)的影響后果日益嚴(yán)峻。中海油東方石化有限責(zé)任公司自裝置投產(chǎn)以來，146臺(tái)循環(huán)水冷卻器已累計(jì)發(fā)生10余臺(tái)次水冷器腐蝕泄漏問題。出現(xiàn)泄漏的水冷器短的僅運(yùn)行3個(gè)月，稍微長一點(diǎn)運(yùn)行3年，輕則導(dǎo)致冷換設(shè)備切出系統(tǒng)檢修，生產(chǎn)發(fā)生波動(dòng)，重則導(dǎo)致裝置非計(jì)劃停工，嚴(yán)重影響了裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行及工藝生產(chǎn)效率，給公司造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了降低設(shè)備腐蝕損壞故障率，減少設(shè)備更換及檢維修費(fèi)用，確保裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行，2014年起公司決定在推廣使用涂層防護(hù)的基礎(chǔ)上，陸續(xù)增加了陰極防護(hù)措施，將碳鋼水冷器的服役年限基本延長到6-8年。項(xiàng)目實(shí)施前部分水冷器管束的腐蝕情況見圖1。

圖1 新氫壓縮機(jī)級(jí)間冷卻器腐蝕情況

由圖1可見，新氫壓縮機(jī)級(jí)間冷卻器腐蝕非常嚴(yán)重。這種腐蝕給壓縮機(jī)的正常運(yùn)行帶來了一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此，需要采用一定的防護(hù)措施—涂層防護(hù)+陰極防護(hù)以延緩這種腐蝕所帶來的安全隱患。

1 技術(shù)原理

下面簡單介紹一下防腐蝕涂料的保護(hù)原理以及增加防護(hù)壽命的方法。

防腐蝕涂料的保護(hù)原理主要包括屏蔽作用、腐蝕保護(hù)、陰極保護(hù)以及以上三種方法的綜合保護(hù)[1]?？梢詫⑸鲜龅谋Ｗo(hù)原理簡單的劃分為單一防護(hù)和綜合防護(hù)兩大類。綜合防護(hù)的保護(hù)效果要好于單一防護(hù)的保護(hù)效果。

為了更好的理解防腐蝕涂料的保護(hù)原理，我們簡單介紹一下與防護(hù)原理最相關(guān)的原電池。舉個(gè)例子，干電池是日常生活中比較常見的，它的原理很簡單，正極碳棒，負(fù)極鋅筒，氯化銨與鋅的電解反應(yīng)釋放電荷由石墨轉(zhuǎn)移給正極碳棒形成電流。原電池是通過氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電流的裝置。原電池既能產(chǎn)生電流造福人類，也能產(chǎn)生不容小覷的腐蝕效果。原電池產(chǎn)生腐蝕后，作為陽極的金屬發(fā)生溶解，造成陽極金屬的消耗，而作為陰極的金屬，則得到了較好的保護(hù)。運(yùn)用這一原理我們可以采用一些方法使我們的冷換器得到很好地保護(hù)。

下面介紹一下涂層防護(hù)。涂層防護(hù)顧名思義，在易腐蝕金屬表面涂抹涂層，使金屬表面與腐蝕介質(zhì)相互屏蔽。這種方法可以簡單地理解為隔離防護(hù)，使腐蝕介質(zhì)與被保護(hù)金屬不接觸以達(dá)到防腐目的。陰極保護(hù)就是以犧牲陽極為代價(jià)，用陽極作為陰極的犧牲品。在水存在的鋅塊和鋼鐵基體之間形成一個(gè)以鋅塊為陽極、鋼鐵基體為陰極的原電池，鋅塊逐漸腐蝕消耗而使鋼鐵基體得到較好的保護(hù)[2]。

涂層和陰極保護(hù)聯(lián)合措施是應(yīng)對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕較為有效的方法，其重點(diǎn)在于，涂層與陰極保護(hù)是相輔相成的，涂層能夠?qū)⒌捉饘倥c水隔開，起到防腐蝕作用。但涂層有微孔甚至缺陷的地方，水會(huì)慢慢滲入涂層底部，如果沒有陰極保護(hù)，就會(huì)在缺陷部位形成局部(點(diǎn))腐蝕，出現(xiàn)“大陰極小陽極”腐蝕加劇的現(xiàn)象，在腐蝕不斷擴(kuò)散和發(fā)展的過程中，會(huì)造成涂層鼓包或剝落，從而進(jìn)一步加大金屬腐蝕的速度。而在有陰極保護(hù)存在的情況下，保護(hù)電流會(huì)流向缺陷點(diǎn)，可以有效地阻止腐蝕的進(jìn)一步發(fā)展，減緩?fù)苛鲜У乃俣?，從而有效地抑制腐蝕。

因此，涂層的施工好壞決定了防腐蝕的效果。質(zhì)量越好，缺陷越少，陰極保護(hù)系統(tǒng)需要的電流越少，系統(tǒng)壽命越長；反之，如果涂層的施工質(zhì)量差，老化越快，缺陷愈多，需要的保護(hù)電流就越大，陰極保護(hù)系統(tǒng)就消耗較快，壽命較短。從另外一方面來看，當(dāng)有陰極保護(hù)系統(tǒng)存在時(shí)，陰極保護(hù)電流將會(huì)彌補(bǔ)涂層的缺陷，延長涂料系統(tǒng)的使用壽命從而保證整個(gè)保護(hù)體系的保護(hù)效果。

2 項(xiàng)目實(shí)施情況

(1)2014年5月DCC富氣壓縮機(jī)級(jí)間冷卻器僅運(yùn)行3個(gè)月就因腐蝕泄漏，新管束采用涂層防護(hù)+陰極保護(hù)措施后，安全運(yùn)行至今，且運(yùn)行狀況良好。見圖2。

圖2 富氣壓縮機(jī)級(jí)間冷卻器涂層防護(hù)+陰極保護(hù)措施

(2)2017年4月裝置停工檢修期間，對(duì)腐蝕較為嚴(yán)重的催化分餾塔頂油氣冷凝冷卻器、壓縮富氣后冷器共14臺(tái)水冷器管束采用涂層防護(hù)+陰極保護(hù)措施，目前已連續(xù)運(yùn)行三年半未發(fā)生泄漏，使用效果良好。

(3)計(jì)劃在2021年裝置大檢修期間，繼續(xù)推廣應(yīng)用該成果，對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)所有水冷器運(yùn)用涂層防護(hù)+陰極保護(hù)技術(shù)，延長水冷器使用壽命。

3 主要技術(shù)特點(diǎn)

(1)根據(jù)循環(huán)水水質(zhì)情況，綜合考慮耐蝕性、防滲性、附著力、殺菌滅藻等因素，選用聚硅氧烷+環(huán)氧+漆酚酞等組成的互穿網(wǎng)絡(luò)共聚物為成膜物，并在填料中輔以微米級(jí)鋁、鈦微粒以及一定量納米級(jí)陶瓷微粒，形成多功能(元)專用冷換設(shè)備復(fù)合涂料，并通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其良好的使用性能。

(2)根據(jù)本單位循環(huán)水水質(zhì)情況篩選合適的犧牲陽極(Mg基合金犧牲陽極)。

(3)選定出適合以海南西部地表水為原水的循環(huán)水系統(tǒng)的涂層+犧牲陽極聯(lián)合保護(hù)措施，通過對(duì)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行合理地設(shè)計(jì)、計(jì)算、選型，延長水冷器使用壽命1～4倍，解決水冷器的腐蝕問題。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

東方石化共146臺(tái)水冷器，平均每臺(tái)水冷器管束重約10噸，以碳鋼材質(zhì)為例，每臺(tái)管束造價(jià)約20萬元，采用涂層防護(hù)+陰極保護(hù)措施若使管束壽命增加一倍(保守估計(jì))：

(1)節(jié)省管束采購費(fèi)用146×20萬元=2 920萬元

(2)平均每臺(tái)水冷器管束內(nèi)防腐的為費(fèi)用為5萬元，安裝犧牲陽極的費(fèi)用為1萬元

總成本為146×(5+1)萬元=876萬元

(3)直接經(jīng)濟(jì)效益為2 920-876=2 044萬元

4.2 間接經(jīng)濟(jì)效益

采用涂層防護(hù)+陰極保護(hù)措施能夠有效延長水冷器的使用壽命，減少因水冷器泄漏導(dǎo)致的非計(jì)劃停工損失及檢維修費(fèi)用。

綜上經(jīng)濟(jì)效益(直接+間接)，采用涂層防護(hù)+陰極保護(hù)措施不僅為公司節(jié)約了部分成本，而且達(dá)到了對(duì)冷換設(shè)備延遲腐蝕的目的。

5 持續(xù)改進(jìn)措施

(1)為方便現(xiàn)場施工以及質(zhì)量控制，在保證涂層防護(hù)性能的前提下，探索涂裝方案由高溫?zé)峁袒虺毓袒蚬夤袒D(zhuǎn)變。高溫固化是需要一定的加熱設(shè)備對(duì)涂層處進(jìn)行加熱固化。該法的缺點(diǎn)首先是需要加熱設(shè)備進(jìn)行高溫固化，而且固化溫度不宜掌控。其次，高溫固化的范圍不能全面照料到，例如，一些邊角部位可能存在溫度不足導(dǎo)致的固化效果不好，后期使用過程中易從這些部位發(fā)生腐蝕。最后，可能存在受熱不均的情況，致使受熱不均處的涂層出現(xiàn)裂痕，這些裂痕導(dǎo)致金屬無法與介質(zhì)隔離而發(fā)生腐蝕。介于上述高溫固化涂裝方案的缺點(diǎn)，公司積極探索新方案，尋求適合本廠的涂層材料，即能保證與高溫固化相同的防護(hù)效果，又能克服高溫固化所帶來的缺點(diǎn)。使高溫固化向常溫固化或光固化轉(zhuǎn)變。

介于上述原因，公司于2019年4月已在苯乙烯裝置乙苯回收塔冷凝器E-4008管束涂層上使用常溫固化涂料+犧牲陽極聯(lián)合保護(hù)措施，效果待驗(yàn)證。

圖3 E-4008采用常溫固化涂料+犧牲陽極聯(lián)合保護(hù)措施

(2)根據(jù)在用冷換設(shè)備使用情況，進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整陽極塊的活性金屬元素成分，使之在當(dāng)前介質(zhì)電阻率一定的情況下，其發(fā)生電流及消耗速率趨于最理想狀態(tài)。

6 結(jié)語

本項(xiàng)目在東方石化的實(shí)際應(yīng)用達(dá)到了十分理想的防腐效果，具有性價(jià)比高、可操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，有效延長水冷器的使用壽命。同時(shí)該技術(shù)在儲(chǔ)罐、長輸管道、地下管網(wǎng)、碼頭等場合具有良好的應(yīng)用前景與推廣價(jià)值。