催化重整装置引风机壳体内壁腐蚀与防护方法.doc

催化重整装置引风机壳体内壁腐蚀与防护方法

1、概况
    大庆石化公司炼油厂现在原油加工能力600万吨／年，各类加热炉共有50台，其中加热炉41台，燃烧的燃料有瓦斯和重油。两种燃料含有硫或硫化氢。重整装置的重整部分的加热炉为四合一的方箱炉，引风机入口是来自热管加热器出口的烟气，制定温度为160℃，实际使用温度为130℃左右。由于烟气中含有大量的二氧化硫气体，对引风机壳体及叶轮腐蚀比较厉害。使用不到半年壳体便出现点蚀和大面积减薄，使用不到一年壳体便报废。
2、腐蚀原因分析
引风机壳体为碳钢，型式为蜗壳状的，型号为Y4-73-9D。烟气中含有N2、O2H2S、HCl、CO2。依据对腐蚀垢物分析，其中：Fe 46.75％、Al 16.13%、S 15.79%、Si 15.63%、Ca 4.04%等物质，且该结垢物PH值1～2〔属强酸物质〕及易溶于水的特点，所以对碳钢的金属表面容易发生露点腐蚀，腐蚀原因如下：
2、1腐蚀介质产生
    烟气露点腐蚀是指加热炉的燃油或燃气中含有硫，当含硫燃料燃烧时,硫的化合物发生分解,生成气态硫或二氧化硫，反应式如下：
H2S ＋3/2O2 ＝ SO2 ＋ H2O
3H2S ＋3/2O2 ＝ 3/2S2 ＋ 3H2O
    由于燃烧室中有过剩的氧气存在，所以又有少量的二氧化硫再与氧化和成三氧化硫，见下式：
2SO2 ＋ O2 ＝ 2SO3
    在高温烟气中的三氧化硫气体不腐蚀金属，但当烟气温度降到400℃以下，三氧化硫将与水蒸汽化合成稀硫酸，反应如下：
SO3 ＋ H2O ＝ H2SO4
       当稀硫酸凝结到金属表面是就会发生低温硫酸腐蚀。与此同时，凝结在低温受热面上的硫酸液体，还会与气态硫和粘附烟气中灰尘形成不易清除的糊状垢物，增加了热阻，使壳体表面温度更低，进一步促使冷凝液的形成，如此循环，垢物越积越多，便构成了电化学的垢下腐蚀。
    2、2 金属表面腐蚀
 由于烟气中产生大量的酸性物质，对金属表面是“酸的再生循环〞作用。碳钢在含有二氧化硫的湿气〔烟气〕中生锈被认为是“酸的再生循环〞作用。按照这个概念，二氧化硫首先被吸附在金属表面上，由二氧化硫、铁和氧形成硫酸亚铁。然后，硫酸亚铁水解形成氧化物和游离的硫酸。硫酸又加速腐蚀铁，所得的新鲜硫酸亚铁再水解生成游离酸，如此反复循环。反应过程如下：
Fe + SO2 + O2 D FeSO4
4FeSO4 + O2 + 6H2O D 4FeOOH + 4H2SO4
4H2SO4 + 4Fe + 2O2 D 4FeSO4 + 4H2O
当有二氧化硫存在时对碳钢腐蚀比较快的。
3、防护措施选择
3.1 防腐材料的筛选
    通过对几种防腐材料的筛选，选用了钛纳米聚合物涂料。
3.2 采纳钛纳米聚合物涂料的依据
生产钛纳米聚合物涂料的设备与常规生产涂料的设备有本质上的区别，这是常规涂料不具备的，是2002年世界首创。
钛纳米聚合物就是将钛超细化达到纳米级，使其表面活性大大提升。同时将有机物双键打开，形成游离键，两者复合到一起形成化学吸附和化学键合生成钛纳米聚合物。其涂料是以钛纳米聚合物、环氧树脂、固化剂、助剂及少量溶剂组成的双组份涂料。有如下特点：
3.2.1抗渗透性强：A钛纳米聚合物和树脂形成了化学键合和化学吸附，堵塞了填料与树脂间的渗透通道。B微小的钛纳米聚合物粒子填充到分子空穴中，由于水、氧和其它离子不能透过钛纳米聚合物颗粒本身，只能绕道渗透，这样就延长了渗透路线，起到迷宫效应。C钛纳米聚合物有包覆有机物层，所以具有抗润湿性，减少毛细管作用抵抗极性介质和离子通过涂膜。
    3.2.2抗腐蚀性高：A 抗渗透性好，可阻止水、氧和离子的通过，使涂料具有屏蔽能力。B 钛纳米聚合物涂料固化时体积收缩率小，而且游离建和钛的结合状态使分子链柔软便于旋转，可消除内应力，所以钛纳米聚合物涂料的应力很低，涂层内部没有微裂痕，抗开裂、剥离能力强。以上两条提升了防止物理破坏的能力。C 钛填料本身耐蚀性好。D 化学键合与化学吸附作用形成稳定的结构，阻止水、氧及其它腐蚀介质的取代作用，使其不易发生腐蚀反应，提升了防止化学腐蚀破坏的能力。所以这四点决定了钛纳米聚合物涂料具有很好的耐腐蚀性能。

3.2.3抗垢性好：A关于粗糙的表面，能增加液体流动的阻力减少流速速，增加近壁流层的厚度，造成更多的结构核心，有利于污垢的沉积长大。而钛纳米聚合物涂层由于微小纳米粒子的填充作用表面光洁度很高，近壁流层薄不利于结构。B 钛纳米聚合物具有特别的磁性，能对污垢粒子整形使其排列整齐，不形成垢分子交错穿插的硬垢。因为水经过磁化后不会形成硬垢。C 钛纳米聚合物特别的化学结构形成亲油憎水表面，排斥污垢粒子，使其不能粘附到涂层表面上，达到防垢的功能。D 具有一定的杀菌功能，可以止菌、藻类微生物附着。
3.2.4耐温性好：钛纳米聚合物涂层，当温度达到树脂玻璃转化温度时，树脂链接运动由于受钛纳米粒子的化学键合和填充的束缚作用，其自由体积空穴不能增大，仍有优良抗渗透性，使腐蚀因子不易透过。其耐温性能比同基树脂涂料高50℃以上。例如环氧基涂料的耐温性一般是80℃，而环氧基钛纳米聚合物涂料的耐温性达到150℃。
3.2.5耐水性好：钛纳米聚合物涂料的羟基、醚基及氨基等亲水基，与钛纳米聚合物发生化学键合或化学吸附，其极性大幅度下将，此外链接上的钛纳米聚合物有疏水性，这样涂料的整体耐水性大大提升。另外，固化后玻璃化温度的提升、涂层优良的抗渗性赋予涂层优秀耐水性。
4 结构层的选择与施工
4.1 防腐层的选择
防腐结构层见表二：

表二 结构层的选择
防腐等级
涂料名称
采纳道数
涂层厚度μm
强化型
底涂层XK-252
中涂层XK-252
面涂层XK-252
底2
中1
面2
底80
中45      总215
面90

 4.2 施工
4.2.1底面处理：关于罐内壁进行机械喷砂处理。处理后的金属表面达到 国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB8923-88中Sa2.5 级〔二级〕即：“钢材表面应无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层附着物，表面应显示均匀的金属光泽，并用吸尘器、干燥洁净的压缩空气或刷子清除粉尘。表面无任何残留物，同时表面有40 μ m 左右的粗糙度。
4.2.2涂刷两道底漆：在涂刷前首先用吸尘器把金属表面的灰尘处理掉，同时把脚手架上的灰尘去掉。表面坚持干燥。然后涂刷两道钛钠米聚合物涂料，每道漆固化不小于12小时。
4.2.3中间漆一道：涂刷三道钛钠米聚合物涂料。
4.2.4面漆两道：涂刷两道钛钠米聚合物涂料面漆。
以上每道漆固化时间间隔为12小时，涂层施工完后固化7天可以投入使用。
5 使用效果与经济分析
5.1 使用效果
使用1年以后检查，防腐涂层整体性完好，涂层表面有光泽，无起皮、起泡、龟裂、脱落等现象。防腐涂层表面没有任何锈蚀产物附着在表面。
5.2 经济分析
固体含量高：钛钠米聚合物涂料的固含量在75％以上，而一般的涂料固含量为35％左右。所以涂覆同等干膜厚度时是一般涂料的1／2左右。
比重轻：钛钠米聚合物涂料涂层的比重为1.17-1.20g/cm3，其它重防腐涂料涂层比重在1.50 g/cm3以上。因此在干膜厚度相同时，涂覆相同面积的材料所消耗本涂料比其它涂料节省20－30％。
涂层的干膜厚度：相同的干膜厚度该涂层寿命比一般高两倍以上，也就是说，在要求使用寿命相同的状况下，该材料的干膜厚度可以做到到一般涂料的干膜厚度的2／3时防腐性能绝不低于一般涂料。
6 结论
抗渗透性强：比一般特种防腐涂料抗渗能力强。
抗腐蚀性高：在该条件下使用比一般的防腐层耐腐蚀。
抗垢性好：表面平滑涂层表面不易结锈垢。
耐温性好：耐温性能比同基树脂涂料高50℃以上。
耐烟气好：长期使用防腐涂层不会反粘、变脆。
施工性好：涂料施工成型好，比常规涂料表干时间〔24h〕缩短一倍〔12 h〕。
所以说该防腐涂层在含有硫化物等多种介质的烟气中，解决了金属表面腐蚀常规特种防腐涂料耐腐蚀不耐温度的难题。为引风机内壁的防腐蚀找到了一种新方法。