開架式氣化器表面防腐工程研究

李晟，王延枝，段天應，景寶全，李培躍，張明輝

(中國船舶重工集團公司第七二五研究所，河南 洛陽 471023)

0 引言

全球能源清潔化、低碳化發(fā)展成為大趨勢，天然氣作為清潔高效能源，已成為全球能源轉型和應對氣候變化的必然選擇。LNG作為增長最快的天然氣供應來源，正發(fā)揮越來越重要的作用。隨著天然氣需求的不斷增加，國內LNG接收站的需求日趨增長。LNG開架式氣化器(open rack vaporizer，以下簡稱“ORV”)是以海水作為熱源，將液態(tài)LNG轉化為氣態(tài)NG的設備，具有運行成本低、安全可靠的特點。ORV設備主體通常選用具有一定耐蝕性的鋁合金材料，但在長期的海水沖刷和腐蝕下，也會出現(xiàn)沖刷腐蝕和電化學腐蝕的問題，影響設備的安全運行。本文針對ORV表面防腐蝕工程進行了分析和研究。

1 ORV表面腐蝕控制方法的選擇

目前結構件防腐蝕的主要類型包括：(1)正確選用材料及合理設計結構和加工工藝；(2)腐蝕環(huán)境處理與合理使用緩蝕劑；(3)電化學保護；(4)采用表面涂(鍍)層與表面改性技術[1]。

ORV作為換熱設備，針對其表面腐蝕控制，一是要提高設備的耐蝕性，二是要避免影響ORV的換熱效率。根據(jù)各類型的防腐蝕方法，結合ORV設備的運行工況和國外設備供應商的制造經驗，采用表面涂(鍍)層的方法較適合ORV表面腐蝕控制。涂層采用較鋁合金電位低的金屬(鎂、鋅)或其合金，可對設備起到陰極保護的作用，不僅有效提高設備的耐蝕性，同時金屬涂層與設備本身材料的導熱性能相當，不會影響設備本身的換熱性能。目前國內外ORV生產廠家采用的金屬涂層多為Al-Zn合金。Al-Zn合金在海水環(huán)境下的防腐蝕工作原理如圖1所示，涂層在海水環(huán)境中的電極電位低于ORV鋁合金基材，因此會作為犧牲陽極被優(yōu)先腐蝕[1]，化學反應式如下：

圖1 ORV表面涂層工作原理

2 ORV表面防腐涂層制備方法的選擇

常用的表面防腐涂層制備方法有普通火焰噴涂、氣體爆炸噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂等，其技術特點[2]對比如表1所示。

表1 常用熱噴涂技術的特點

ORV設備采用鋁合金材料，且屬于板式結構，火焰溫度過高易造成ORV板片的變形，影響設備的正常運行；設備安裝在有限空間，板片間的距離小，同時需要設備在不拆卸的情況下具有可維修性，因此宜選用設備簡單，操作靈活的制備方法。

綜合以上因素，ORV表面防腐涂層制備一般選用普通火焰噴涂。

3 ORV表面防腐涂層制備和現(xiàn)場維護

3.1 ORV表面防腐涂層制備

ORV涂層制備一般包括如下工序：表面預處理(噴砂)—噴涂—封孔處理。

(1)表面預處理：ORV表面預處理采用噴砂的方式，使其表面粗糙度應達到Rz80～120 μm。

(2)噴涂：可根據(jù)常用熱噴涂技術的特點，如表1所示，選用針對性強的熱噴涂技術。

(3)封孔處理：噴涂完成后，采用環(huán)氧樹脂或同等材料對涂層進行封孔處理。封孔作業(yè)后表面應色澤均勻一致，有光澤、無漏封、無雜質、無鼓泡、無流掛。

(4)關鍵控制點：加強表面粗糙度和涂層厚度的檢測控制；封孔作業(yè)的作業(yè)環(huán)境應清潔、干燥，保證作業(yè)空間的濕度低于85%RH。

3.2 ORV表面防腐涂層現(xiàn)場維護

目前國內早期建設的LNG接收站，如大連LNG接收站、唐山LNG接收站、江蘇LNG接收站、福建LNG接收站、大鵬LNG接收站都經過了多年的運行，所使用的ORV涂層也出現(xiàn)了不同程度的腐蝕情況，主要表現(xiàn)在涂層的減薄、點蝕、脫落等，導致ORV涂層減薄脫落的主要原因有電化學腐蝕、海水沖蝕。

ORV表面防腐涂層現(xiàn)場維護一般按照如下工序進行：施工前檢查-遮蔽防護-設備清洗-舊涂層去除-表面預處理(噴砂)-噴涂-封孔處理-清掃整理。

(1)施工前檢查：施工前對換熱板片外觀、修復區(qū)域涂層厚度、翅片管圓管段直徑、修復區(qū)域腐蝕情況進行檢查記錄。

(2)遮蔽防護：在ORV設備頂部搭建遮雨棚，制造相對密閉的空間；對非維修區(qū)域進行遮蔽防護，并留出過渡段。

(3)設備清洗：按照設備廠家提供的設備操作/維修手冊，使用高壓水槍對每個板片清洗，直至板片表面氯離子含量低于25 mg/L，清洗作業(yè)使用純凈水或者去離子水。設備清洗合格后，自然風干至板片及作業(yè)空間干燥。

(4)舊涂層去除：采用磨削和噴砂的方式將維修區(qū)域涂層去除。

(5)表面預處理(噴砂)：ORV表面預處理采用噴砂的方式，使其表面粗糙度應達到Rz80～120 μm。

(6)噴涂：按照厚度要求采用分遍多道次噴涂，防止涂層厚度超標和涂層表面溫度過高造成殘余應力過大；噴涂后的涂層表面顏色應均勻、無目視可見的裂紋、翹曲、鼓泡、起皮、脫落等，應無夾雜外來材料。

(7)封孔處理：噴涂完成后，采用環(huán)氧樹脂或同等材料對涂層進行封孔處理；封孔作業(yè)后表面應色澤均勻一致，有光澤、無漏封、無雜質、無鼓泡、無流掛。

(8)清掃整理：維修完成后，拆除換熱管板、墻體等遮蔽保護物以及頂部防雨棚；用壓縮空氣對ORV所有區(qū)域進行吹掃，并清掃整理現(xiàn)場。

(9)關鍵控制點：舊涂層應盡可能地完全去除；加強表面粗糙度和涂層厚度的檢測控制；噴涂和封孔作業(yè)的作業(yè)環(huán)境應清潔、干燥，保證作業(yè)空間的濕度低于85%RH。

4 技術應用

ORV表面防腐涂層現(xiàn)場維護是ORV售后服務的重要內容，該技術長期被國外氣化器生產廠家控制，國內僅有一家外資公司掌握，國內各接收站對該技術的突破需求迫切，項目團隊發(fā)揮自身在船舶和海洋腐蝕防護方面的技術優(yōu)勢，通過研發(fā)，徹底掌握了ORV表面防腐涂層現(xiàn)場維護技術。于2020年完成了江蘇LNG接收站3臺進口ORV涂層修復現(xiàn)場施工，目前設備運行良好，有效保障了江蘇LNG接收站冬季“保供”任務的順利開展。

5 ORV設備運行維護建議

結合目前國內接收站運行情況，便于ORV設備的安全運行和維護，本文為ORV用戶提出以下建議：

(1) ORV設備運行過程中需進行日常檢查，檢查內容包括換熱板片上的結冰高度、海水分布情況、設備外觀、LNG、NG和海水的流量、溫度和壓力。特別需要關注板片上結冰高度是否均勻，確認板片上沒有因局部缺水導致的局部結冰高度突增。

(2)在設備日常檢查中應檢查板片上的海水分布情況，確認板片表面上沒有附著較大的海生物；檢查海水槽溢流堰與板片間是否有異物阻塞，如有需及時清理。

(3)應每年定期對涂層腐蝕情況進行詳細檢查，對涂層厚度進行測量，并記錄在案。

(4)如海水供應管線上設置有次氯酸鈉發(fā)生器裝置，建議每3個月對換熱管板、海水槽內部的海生物清洗一次。如海水供應管線上未設置次氯酸鈉發(fā)生器裝置，設備日常維護周期取決于海水的水質情況，用戶應根據(jù)設備海生物附著情況確定清洗周期。

(5)應根據(jù)設備定期檢查的結果提前制定涂層維修計劃。

6 結語

LNG接收站ORV表面防腐是一項涉及專業(yè)多，技術含量高的工程。本文分析了ORV表面防腐的方法、涂層制備的方法，闡述了涂層制備和維護的流程和控制點，最后為ORV用戶設備運行和維護提出了建議。