煤化工设备的定期维护与腐蚀预防.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：宿立强（1982），男，本科，过程装备与控制工程，南京诚志清洁能源有限公司，计划评审专业为化工。-138-煤化工设备的定期维护与腐蚀预防 宿立强 南京诚志清洁能源有限公司，江苏 南京 210047 摘要：摘要：本文研究了煤化工设备腐蚀问题及其预防与维护方法。首先，探讨了腐蚀的机理和腐蚀特性及对设备的风险，然后介绍了定期维护策略与方法，包括维护周期的确定和维护技术的选择。接着，详细分析了腐蚀预防措施和材料选择对设备性能的影响。通过本研究，可以为煤化工行业提供更有效的设备管理和腐蚀预防方法，以确保设备的安全性和可靠性。关键词：关键词：煤化工设备；腐蚀；维护；腐蚀预防；材料选择 中图分类号：中图分类号：TP311 1 研究背景和意义 煤化工设备在我国工业生产中扮演着重要的角色，但腐蚀问题对设备性能和安全性构成了严重威胁。因此，研究煤化工设备的定期维护与腐蚀预防具有重要意义，可以提高设备的寿命、降低维护成本，并确保生产的安全性和可靠性。2 煤化工设备腐蚀机理及风险评估 2.1 腐蚀机理与分类 在化工设备中，腐蚀是一种常见的材料破坏过程，可以导致设备的性能下降、结构疲劳和甚至失效。金属腐蚀是煤化工设备中最常见的腐蚀类型，按机理主要分为化学腐蚀、电化学腐蚀等。化学腐蚀是指在特定的化学环境下，金属与其周围介质发生反应，从而导致金属表面的溶解和损伤。如金属的高温氧化及硫腐蚀等都属于化学腐蚀。电化学腐蚀则是在电导体表面发生的一种电化学反应，涉及到阳极和阴极，腐蚀区域为阳极1。设备使用过程中实际上单纯的化学腐蚀是比较少的，往往由于介质中含水因素的影响，导致金属的腐蚀由化学腐蚀转变为电化学腐蚀。此外，腐蚀按表现形式分为全面腐蚀与局部腐蚀。如应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、磨蚀等都是典型的局部腐蚀。全面腐蚀是危险性相对最小的腐蚀，在工程设计过程中通常会考虑足够的腐蚀余量及采取一定的防腐措施来保证材料的机械强度及使用寿命。局部腐蚀危害性远大于全面腐蚀，全面腐蚀较易发现与控制，而局部腐蚀难以预测及预防，生产过程中可能会在突发情况下使金属材料发生失效。因此局部腐蚀是煤化工设备容易出现腐蚀失效的薄弱区，也是腐蚀预防的重点管控方向。煤化工设备腐蚀是一个比较复杂的过程，有时可能是几种腐蚀形态同时存在，只有深入探究各类腐蚀特性，才能有的放矢，制定合理的维护策略，进行有效的腐蚀预防。2.2 煤化工设备腐蚀的特性及风险评估 煤化工工艺高温高压的特性，再加上 Cl-、H2S、NH3、CO2 等腐蚀性介质的影响，在一些应力集中的点位极易出现应力腐蚀缺陷，如气化炉急冷室、容器接管、管道焊缝等（如图 1）。图 1 人孔堆焊层裂纹 同时管道焊口、法兰密封面缝隙等位置可能出现缝隙腐蚀，管道可能存在未熔透、咬边、裂纹等焊接缺陷，腐蚀性介质会在缝隙中富集，造成焊口腐蚀开裂2，密封面处形成点蚀坑点（如图 2），密封失效。点蚀是管道及换热管破坏性较强的腐蚀形态之一，尤其是奥氏体不锈钢在输送Cl-或Br-的介质时点蚀比较敏感。通常在一些管道死区，溶液容易滞留的位置中国科技期刊数据库 工业 A-139-比较容易产生。同时蒸汽系统或热水系统，由于溶解氧的侵蚀，碳钢管道的点蚀情况也时有发生。对于水蒸汽系统设备，由于局部保温失效发生冷凝，也会产生冷凝液的露点腐蚀。图 2 法兰密封槽面腐蚀坑点 对于奥氏体不锈钢法兰如果出现含铬量不足，法兰焊接过程中热影响区处于敏化温度区间（450850度），则可能造成晶界附近贫铬区的腐蚀。对于含 Nb、Ti的不锈钢材料347/321,在氧化环境中在焊缝融合线处可能会出现腐蚀裂纹。磨蚀，即冲刷腐蚀，是煤化工设备比较突出的一种腐蚀形态。尤其是气化系统中的气液相设备，由于介质中含有细灰及腐蚀性介质，流体在流经设备突变处（如弯头、三通等）会对金属表面产生机械冲刷，冲刷与腐蚀的双重作用造成金属材料严重失效。在设计过程中要充分考虑介质流速的影响，流速过高则会加剧介质的磨蚀速率，流速过低则可能造成悬浮物的沉降，堵塞设备。变换工段中变换炉及出口附属管线由于反应温度及压力比较高，又处于临氢环境，在运行过程中存在一定的氢损伤风险，因此在材料的选择方面要严格按Nelson 曲线进行选取。因此煤化工设备腐蚀的风险评估是确保设备正常运行和生产安全的关键步骤。腐蚀会对设备性能和安全性造成显著影响，因此必须采取有效措施来评估和应对这一风险。首先，腐蚀会导致设备性能下降。随着金属表面的腐蚀，其结构强度逐渐降低，这可能导致设备失效或损坏，引起停机从而引发生产中断。其次，腐蚀还会带来安全及环保隐患，随着腐蚀的加剧，设备可能发生泄漏，导致有害物质泄漏到环境中。为了评估腐蚀风险，必须采用专业工具和方法。对某些特定设备可进行腐蚀挂片测试，以确定腐蚀程度和速度。同时非破坏性检测技术（超声波等）可以用于评估设备内部结构的腐蚀情况。此外，定期的设备检查也是至关重要的，通过观察设备表面的腐蚀情况、定期定点测厚、检查关键部件的状态，可以及时发现并处理腐蚀问题3。最后要充分做好承压设备的定期检验及年度检验，利用好各类无损检测手段，准确的检测设备的表面缺陷及埋藏缺陷。此外，风险评估还需要考虑设备的关键性和作用。关键设备的腐蚀可能会对整个生产过程造成严重影响，因此需要特别关注和采取相应的防护措施，如煤化工中的气化炉、变换炉、洗涤塔、合成塔等关键设备。同时，根据设备所处的工作环境和介质，也需要针对性地评估腐蚀风险的程度，以确定应对策略。对于气相与液相系统，要针对不同的介质组成、温度、压力、流速对材料腐蚀的影响，合理选择设备材料，针对不同工况制定适宜的腐蚀预防及维护策略。3 定期维护策略与方法 3.1 维护周期的确定 维护周期的确定是确保设备可靠性和寿命的关键步骤，要求更深入的考虑和权衡多个因素（如表 1），以便建立最合适的维护策略。表 1 维护周期需要考虑的因素 因素 描述 设备类型 根据设备类型来制定相应的维护周期，不同设备类型的腐蚀风险和性能损失有差异。工作条件 工作条件包括环境中介质的腐蚀性、温度、压力等因素，对维护周期产生重要影响。腐蚀速率 监测腐蚀速率是确定维护周期的关键，通过测量腐蚀速率来预测何时需要维护。历史和经验 先前的腐蚀历史和经验可以提供有关维护周期的有用信息，尤其是如果发生过严重的腐蚀问题。综合考虑 维护周期的确定需要综合考虑上述因素，并进行权衡和调整，以确保设备的可靠性和延长其寿命。综合考虑这些因素，维护周期的确定需要根据具体情况进行权衡和调整，以确保设备在最佳状态下运行，并最大程度地延长其寿命。3.2 维护方法与技术 在保障煤化工设备的安全性和可靠性方面，选择合适的维护方法和技术至关重要。不同的维护方法和技术适用于各种腐蚀情况和设备类型。在煤化工设备的维护中，化学清洗起到了关键作用。这种方法不仅适用于清除设备表面的腐蚀产物和沉积物，还能够恢复设备的性能和延长其使用寿命。中国科技期刊数据库 工业 A-140-通过选择特定的化学药品和适当的清洗、钝化工艺，可以彻底去除腐蚀介质，确保设备的清洁度和稳定性4。另外，金属补焊或喷涂技术在局部腐蚀或损伤的处理中发挥了关键作用。通过将金属材料精确焊接或喷涂到受损区域，可以修复设备的结构完整性，防止腐蚀扩散。这种高精度的修复手法不仅修补了设备的损伤部位，还提供了额外的保护，确保了设备在腐蚀环境中的长期稳定运行。如对某些腐蚀位置，针对性的堆焊不锈钢或喷涂镍基合金、碳化钨等耐腐蚀材料，不仅提高了设备部件的整体耐蚀性，同时提高了材料的硬度及耐磨性。涂层修复则是一种防腐技术的补充，尤其在抗腐蚀涂层受损的情况下，它发挥着关键作用。重新涂覆设备表面的抗腐蚀涂层，如环氧涂层、陶瓷涂层和高分子聚合物涂层，可以增加设备的抗腐蚀性能，形成坚固的防护层，有效隔离了金属与腐蚀介质的接触，延缓了腐蚀的发生，该种修复方法在储罐、循环水换热器管板处等使用效果明显。这些维护方法和技术并非孤立存在，而是在实际维护操作中常常相互结合使用，以确保设备长期安全运行。维护人员在选择和应用这些技术时，需要根据设备的具体情况，综合考虑腐蚀程度、设备材质和工作环境等因素，采取切实可行的维护策略，确保设备在高度腐蚀性环境下也能够保持稳定性和可靠性。3.3 预防性维护与修复性维护的比较 预防性维护和修复性维护是两种不同的维护策略，它们各自具有一些优点和缺点，下面更深入详细地描述它们的比较：预防性维护是一种旨在在设备出现故障之前采取的维护措施。它包括定期检查、清洗、涂层修复等预防性措施，以延长设备的寿命和减少故障的发生。这种维护策略的优点在于可以提前发现问题并采取措施，以降低维修成本，减少生产中断时间，保持设备的稳定性和可靠性。然而，预防性维护需要更多的时间和资源，包括维护人员的培训、设备的停机时间和维护成本。修复性维护是在设备出现故障后进行的维护措施，旨在修复已经发生的损害。这种维护策略通常需要更少的资源，因为它只在必要时才进行，而且不需要定期的维护活动。然而，修复性维护可能会导致生产中断和更高的维修成本，尤其是在紧急情况下。此外，如果设备出现故障，修复所需的时间可能会更长，因为需要等待维修人员和零件的到达。最佳策略通常是综合应用这两种维护方法。预防性维护可以用来降低腐蚀的风险，延长设备的寿命，同时也要准备好修复性维护计划以应对突发情况。这种综合应用可以最大程度地保障设备的安全性和可靠性，同时降低维护成本和生产中断时间。根据具体情况，可以制定出适合设备和工作环境的维护策略，以实现最佳的维护效果。4 腐蚀预防与材料选择 4.1 腐蚀预防措施 腐蚀预防措施是确保煤化工设备可靠性和寿命的关键因素，它们超越了理论和概念性内容，涵盖了实际应用和技术细节。涂层/防腐层：该种方式是一种广泛采用的腐蚀预防方法。这包括将抗腐蚀性材料如环氧树脂、高分子聚合物、陶瓷等覆盖在设备表面，从而隔离金属和腐蚀介质之间的接触。这一过程不仅仅涉及材料的选择，还包括预处理、底漆、涂覆和固化步骤。衬里：衬里，特别是内部衬胶或聚四氟乙烯，在腐蚀预防中扮演着关键的角色。这些衬里在处理腐蚀性介质的设备中起到了双重作用。首先，它们提供了一个非常耐腐蚀的屏障，隔离金属设备与腐蚀性介质的接触。电化学保护：从腐蚀机理看，被腐蚀金属属于腐蚀电池阳极，因此通过人为干预措施，强制将阳极转变为阴极，或将阳极进行极化，将被保护金属钝化，可起到良好的抗腐蚀效果。设备结构优化及工艺控制：煤化工设备设计过程中要尽量减少应力集中点位，严格控制易磨蚀介质流速。同时装置运行中要控制好系统水质、蒸汽品质，避免超温、超压操作。这些腐蚀预防措施的选择和应用取决于具体设备的类型、腐蚀环境和材料。深入了解和维护这些措施是确保设备在腐蚀性环境中安全可靠运行的关键。同时，这些方法的不断创新和发展也为更有效的腐蚀预防提供了可能性。4.2 材料选择 合适的材料选择对于腐蚀预防至关重要，是腐蚀中国科技期刊数据库 工业 A-141-预防的第一道屏障。不锈钢：不锈钢的抗腐蚀性能源于其铬含量。通常，不锈钢中的铬含量越高，其耐腐蚀性能越强。如304、304L、316L、321、2205 等材料在煤化工设备中应用比较广泛，有时考虑到经济性及高温强度的问题，部分位置也会采用合金钢/不锈钢复合材料。镍基合金：镍基合金具有良好的高温强度及抗氧化腐蚀性能。镍基合金如 Inconel 625 含有高比例的镍和铬，镍含量58%，铬含量 20%23%，同时还含有少量的钼、铁、铌、钽等，室温下抗拉强度可高达 827 MPa，在极端腐蚀性环境中表现出色。煤化工装置中如氧气管线、气化炉内件等一般都采用镍基合金材料。钛和钛合金：钛是一种轻质、高强度的金属，具有优良的抗腐蚀性能。其抗腐蚀性能源于表面形成的致密氧化膜，可保护其免受大多数化学物质的腐蚀。如变换系统中的汽提塔及附属管线，由于介质反应的复杂性，导致该处位置设备腐蚀严重，使用钛材或哈氏合金材料可解决此问题。对于常温的酸碱储罐可选用衬里复合材料、高分子塑料或玻璃钢。4.3 设备性能与腐蚀预防的关系 设备性能与腐蚀预防之间存在着密切的关系，这一关系在煤化工设备中至关重要。腐蚀对设备的性能产生了显著的影响，而腐蚀预防措施的实施可以在很大程度上提高设备的性能和可靠性。对运行设备进行科学合理的腐蚀状况检查并进行深度的腐蚀失效分析，在此基础上可以从设备结构、选材、工艺运行等方面进行优化调整，弱化甚至消除腐蚀因子的影响。对可预见的腐蚀区域进行计划性的维护保养，对潜在的可能存在的腐蚀风险区域进行重点监控，提前干预，就能保证设备运行的安全性。若不能对腐蚀设备进行严密的管控，腐蚀会导致设备材料强度降低，增加了设备泄露风险，降低了设备的寿命，导致更频繁的更换和维修，增加了维护成本，严重时甚至会造成安全和环保问题5。因此，采取积极的腐蚀预防措施，不仅可以提高设备的性能，还可以确保其长期可靠运行，降低生产风险，保护设备投资的回报。5 结束语 在煤化工领域，定期维护与腐蚀预防是确保设备性能、安全性和可靠性的关键因素。通过深入了解腐蚀机理、风险评估以及维护方法与技术，可以制定出科学合理的维护策略。同时，正确的腐蚀预防措施和材料选择可以有效延长设备的使用寿命，降低维护成本。最终，综合应用预防性维护和修复性维护策略，可以最大程度地保障煤化工设备的性能和可靠性，确保生产的顺利进行。在不断发展和改进的过程中，我们可以更好地利用煤炭资源，实现煤化工产业的可持续发展，为我国经济做出更大的贡献。参考文献 1赵帅.现代煤化工设备管理及维护保养技术分析J.中国石油和化工标准与质量,2023,43(03):91-93.2高登耀.现代煤化工设备管理及维护保养技术研究J.石河子科技,2019(01):52-54.3何超.化工设备防腐策略J.化工设计通讯,2022,48(09):49-51+54.4李晓亮.化工设备腐蚀现象产生因素和防腐策略J.云南化工,2021,48(07):131-133.5汪庆林.现代煤化工设备管理及维护保养技术分析J.现代工业经济和信息化,2022,12(11):170-171.