鈦納米涂料用于脫水塔頂冷凝器

姜 威 王冠勇

作者通聯(lián)：大慶石化公司煉油廠催化重整車間 黑龍江大慶市 163711

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一、設(shè)備腐蝕狀況

大慶石化煉油廠催化重整裝置，由于石腦油中所含鹵代烷在預(yù)加氫時生成HCl-H2S-H2O體系，造成脫水塔頂冷凝器嚴(yán)重腐蝕。H203的管束曾多次更換，材料最初使用的是10號鋼，后更換為0Cr18Ni9，2009年仍換為10號鋼，但加鈦納米涂層。

二、腐蝕機(jī)理分析

重整脫水塔頂冷凝器H203腐蝕是因高氯石腦油加氫后產(chǎn)生的酸腐蝕所致。氯離子主要來自采油時所添加的減粘劑。在預(yù)加氫處理過程中，石腦油在加氫反應(yīng)器中由于加氫催化劑的作用，主要反應(yīng)有脫硫反應(yīng)（C2H5）2S2+3H2=2C2H6+2H2S和脫氯反應(yīng)C6H13Cl+H2=C6H14+HCl。另外，二氯甲烷沸點96.8℃，剛好在65～145℃的中斷石腦油中。在預(yù)加氫反應(yīng)器中，二氯丙烷等發(fā)生這樣的脫氯反應(yīng)：C3H6Cl2+2H2=C3H8+2HCl↑。

在含有Cl-的水中，由于Cl-所起的電荷轉(zhuǎn)移作用，鐵原子失去兩個電子，變成二價鐵離子，氧和水得到電子而變成氫氧根離子，二價鐵離子與氫氧根離子結(jié)合生成氫氧化亞鐵，具體的反應(yīng)過程為 Fe-2e→Fe2+，O2+2H2O→4OH-，F(xiàn)e2++2OH→Fe（OH）2↓，由于Fe（OH）2的不穩(wěn)定性，在溶解氧存在的情況下，有 4Fe（OH）2+2H2O+O2→4Fe（OH）3，最終產(chǎn)生黑色的四氧化三鐵，其反應(yīng)為2Fe（OH）3+Fe（OH）2→Fe3O4+4H2O，生成產(chǎn)物多數(shù)沉積于金屬設(shè)備的內(nèi)表面，形成了宏觀上的腐蝕物，呈現(xiàn)出大小不等的小鼓包，清除掉腐蝕物后，金屬表面上呈現(xiàn)出大小不等的凹坑，有的呈點狀蝕坑，有的呈潰瘍狀蝕坑，嚴(yán)重者出現(xiàn)穿孔泄漏。

通常中段石腦油中氯是以氯的有機(jī)化合物形式存在，對設(shè)備腐蝕較輕。經(jīng)過預(yù)加氫反應(yīng)器后，有機(jī)氯變成HCl氣體。H203管程介質(zhì)為循環(huán)水，殼程介質(zhì)經(jīng)過冷卻，入口溫度為136℃，出口溫度為40℃，氣態(tài)HCl很快變成液態(tài)，HCl溶水后形成鹽酸，從而對H203碳鋼管束產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕（圖1）。

另外，0Cr18Ni9屬于18-8不銹鋼，而18-8不銹鋼在鹽酸、氫氟酸等非氧化性酸中，其腐蝕程度與碳鋼幾乎沒有區(qū)別。不銹鋼在含有鹵素離子的鹽溶液中，容易發(fā)生孔蝕，特別是含氯離子的中性溶液，幾乎成為不銹鋼產(chǎn)生孔蝕的最主要的腐蝕環(huán)境。由于殼程介質(zhì)中含有大量的氯離子，所以對H203不銹鋼管束產(chǎn)生了嚴(yán)重的孔蝕（圖2）。由此可見，管束材料升級并未解決H203腐蝕問題。

圖2 H203白鋼管束腐蝕狀況

三、鈦納米材料的應(yīng)用

鈦納米材料在涂料中的應(yīng)用可分為兩種，一種是完全由鈦納米粒子組成的鈦納米涂料；另一種是鈦納米粒子在傳統(tǒng)有機(jī)涂料中分散后形成的鈦納米復(fù)合涂料。采用鈦納米技術(shù)使填料與樹脂界面發(fā)生化學(xué)鍵合作用，加上鈦本身優(yōu)越的防腐蝕性能，大大延長了被防護(hù)物體的壽命。鈦納米涂層具有以下特點。

（1）鈦納米管束耐蝕性好，管內(nèi)外表面光潔度高，近管壁流層速度相對提高，管內(nèi)外垢層的沉積減少，抗銹垢性能好。

（2）導(dǎo)熱性好。鈦納米涂層具有吸熱和導(dǎo)熱雙重功能，導(dǎo)熱系數(shù)位于金屬范圍內(nèi)。從傳熱系數(shù)對比和節(jié)能計算看出，鈦納米管束比不防腐的管束傳熱效果好，熱效率高，是一種節(jié)能的換熱管束。

（3）鈦納米管束維護(hù)檢修方便，檢修工人的勞動強(qiáng)度減輕，檢修費(fèi)用降低。

圖3 H203管板鈦納米涂層狀況

（4）鈦納米管束防腐涂層的施工為常溫固化，解決了管束防腐涂層一般施工工藝需高溫固化的問題，施工成本降低。

H203管束于2009年8月更換，材料為10號鋼，管束外及管板應(yīng)用鈦納米涂層，2010年8月檢修時，打開換熱器檢查，管束完好無結(jié)垢無腐蝕，見圖3、圖4。

圖4 H203鈦納米涂層管束狀況

四、結(jié)論

H203預(yù)加氫脫水塔頂冷卻器，自從2009年更換鈦納米涂層管束以來，未曾發(fā)生泄漏，冷卻效果良好。經(jīng)一年多使用后打開換熱器檢查，管束無結(jié)垢無腐蝕。鈦納米聚合物防腐涂層解決了H203中油氣對碳鋼及不銹鋼管束腐蝕的問題，設(shè)備使用壽命延長。