中国冷换设备发展简史与走向

柔性EFT水冷器阴极保护技术的应用实践与技术探索--不断完善中
摘要：我们国家水冷器发展经历了近五十年的发展历程，其中采取的阴极保护方法基本经历了十年一个台阶十年一个新材料。到上世纪九十年代基本停滞在TH901水平上，没有太多的新技术。随着我们国家尤其是中国石油集团公司战略发展方向以“节能环保、增能降耗”的调整，各炼化分公司大量使用中水等原因，水质呈现波动及腐蚀性加重的趋势，这是一个在国内炼化企业普遍存在的问题，与之对应的水冷器的腐蚀性加剧也日渐突出，因此解决好水冷器的阴极保护有着深远的意义。本文简要阐述国内水冷器历经五十年的主要阴极保护情况做一小结，对水冷器下一步发展方向做了大胆的预测。
关键词：水冷器  阴极保护   历程 问题  实践  展望 
 前言自大庆地区开采出我们国家第一口高产优质原油以来，中石油山东石化公司(原山东石油七厂)是我们国家一个 炼制大庆原油的炼油企业，由于地处沿海，大量采用海水做冷却用水，因此，山东石化公司在国内冷却器阴极保护方面的技术探索，是国内 早了炼油企业。
此外，山东化学工业公司由于是日本在山东殖民统治时期建设成的当时亚洲 大的化工厂，其冷却器阴极保护同山东石化公司一样,有着近似相同的的经历，因此，本文以山东某石化公司为例，将1959年以来炼制大庆原油的冷却器阴极保护历程，在这里做一阐述和回顾，由此引申也可窥见我们国家炼油与化工行业冷却器阴极保护的发展历程的缩影，加以叙述，具有一定代表意义,也为我们国家炼化企业今后冷却器发展的方向提供一个有一定前瞻意义的技术发展思路。 

• 冷却器阴极保护发展历程

50年代后期，即1958年伊始，山东石化公司 早采用环氧改性酚醛涂料进行阴极保护（同期的山东化学工业公司亦如此），环氧改性酚醛顾名思义就是将环氧树脂与酚醛树脂通过物理混合后，依靠其特有的互为固化剂的特征，进行冷却器的内、内外阴极保护，酚醛涂料由于其固有的有效周期（保存时间）短的特性，需要配套做反应釜，随时用随时合成，其存在的主要的问题是产品不稳定，容易失效结块，故限制了其使用，此外，环氧改性涂层需要做升温固化，对操作要求较高，实施不便，即便如此，其良好的耐温性能（120℃）在当时是 先进的，此方法大概在国内风靡了近20余年。
   到了上世纪1979年代末，国内某科研单位研制出以环氧树脂为基础的7910树脂阴极保护涂料，产品性能稳定，有一定的耐温性，可以达到100℃，在国内炼化单位大量使用，使用过程中其耐温性较低，附着力有限，慢慢暴露出其不足，因此，没有像环氧改性酚醛那样被广泛认可。
    80年代中下旬，国内天津一海水淡化研究所研制出一种叫TH847的海水冷却器专用阴极保护涂料，被当时的国家科委评定为优秀科技二等奖，且在1989年由当时的中国石化公司发布专门文件推广其使用，这也间接反映出我们国家在水冷器领域阴极保护手段良莠不齐的实际状况，尚没有形成一个完善的、具有普遍使用意义的阴极保护涂料或阴极保护方法。TH847 大的特点是附着力有了一个显著的提高，耐温性可以达到150℃，导热性很好，其良好的2.857w/mk被实践证明不会影响冷却器的传热效率（碳酸盐水垢的导热系数为0.464～0.697w/mk，硅酸盐水垢导热系数更低）。但随着国内大量引进含硫原油等原因，发现TH847不耐装置停工前后的蒸汽吹扫，蒸汽吹扫温度大概在160～190℃甚至更高，如此高温度的蒸汽吹扫，使得TH847涂料像面条一样被处扫出来进入到冷却器管箱、浮头、以至于装置系统中，造成管线、机泵堵塞，清理困难，有的部位TH847涂料全部碳化，附着在设备内部造成意想不到的损害，而蒸汽吹扫有不可能避免，因此除了带来堵塞问题还造成经济损失，上述原因限制了TH847的使用。
90年代初，为提高水冷器的耐温性，天津海水淡化研究所采用漆酚改性，在添加导热性较好的添加剂后，再涂料的耐温方面做了大量的工作，研制出TH901阴极保护涂料，该涂料可以耐到200℃蒸汽吹扫温度，事实证明TH901确实可以应对蒸汽吹扫。此方法被国内炼化企业大量采用10余年。
在使用中发现以下问题：
第一：附着性不如环氧类涂料；
第二：施工方法较繁琐，需要配备专用200℃远红外线加热炉配套，施工工艺较为繁琐；每一道漆均需要升温固话160℃以上，完成一台水冷器阴极保护需要一周的时间，效率低下；
第三：质脆，水冷器在阴极保护过程及运输、安装中，均要采用吊车吊装，两个绳索的吊装不可避免的使得水冷器管束产生形变（见图1），而TH901其脆性，稍有形变即产生脆裂、裂纹、脱皮，这对于TH901涂层是 致命的弱点[1]。
   另外在上世纪70年代后期，齐鲁石化公司尝试采用渗铝技术应用于水冷器阴极保护，经过5年的试用或使用，被证明“不可用于含有电解质”系统的阴极保护领域中，在大于240℃的常减压装置被用于 “油/油”换热器部位，而中石化2001年颁布的《SHT3096-2001加工高硫原油重点装置主要设备设计选材导则》也明确显示，渗铝阴极保护没有做为水冷器阴极保护选择方案。
镍磷镀液曾经被某些经营单位推广过，但基本处于昙花一现，其针孔率高是其不可逾越的技术障碍，极不适用于水冷器阴极保护[2]。
  至于近5年某些专业期刊广告上打出的“耐海水、耐循环”的09Cr2AlMoRe、08Cr2AlMo低合金钢等，也曾炒作一番，也被实践证明在水系统中使用和普通碳钢相比没有什么区别，甚至于有比碳钢更加速晶间腐蚀的倾向。 
实例：山东某石化公司E-1001/C连续重整装置预加氢进料冷凝冷却器，设备规格型号BJS800-2.5-170-6/25-2II。材质08Cr2AlMoRe，管程入口温度5～20℃，出口温度30～40℃介质为海水，经过加压、氯化处理、旋转过滤工作压力0.3MPa；壳程温度100℃，介质为汽油、氢气，壳程工作压力2MPa。该设备于2003年7月投入使用，2004年4月报废。 

• 国内水冷器阴极保护发展展望与实践

从四十多年的国内阴极保护历程分析，我们认为水冷器发展应具有以下性能和特征：
3.1稳定的耐蚀性能，尤其是耐水性、抗渗透性；
3.2良好的耐温性能，具有耐200℃以至于250℃的抗温性能，目前树脂类耐温性 好的仍属漆酚涂料，在漆酚基础上加以改性应是可信可靠的技术方向；
3.3具有抗变形性能，改善其脆性；
综合以上因素，EFT聚硅氧烷改性漆酚是良好的水冷器阴极保护方向。EFT聚硅氧烷改性漆酚涂料是在TH901基础上，继承了其TH901耐蚀性、耐温性、抗磨性等优良特性，在柔韧性、附着性、低温固化性方面做了适用性的提高，综合推断在较长的一段时间内，EFT聚硅氧烷改性漆酚阴极保护涂料用于水冷器内、外阴极保护，是未来我们国家石油炼化企业冷却器阴极保护发展的主流方向。
EFT聚硅氧烷改性漆酚在山东某石化公司、中海油惠州石化、辽阳石化公司等均已采用， 长时间达到八年，管束的使用寿命及效果明显优于传统水冷器阴极保护涂料。
EFT水冷器阴极保护专用涂料技术参数

 
 
EFT换热器涂层的使用范围

1. 油/水换热器

 水侧：循环水、中水、海水、污水
油气测：250℃以内的含有H2S、H2S+HCl+H2O、H2S+HCN+H2O、H2S+NH2+CO2+H2O塔顶油气、也包括各类粗汽油、煤油、柴油、中间原料油等。
2、装置包括常减压、催化裂化、气分、硫磺、烷基化、聚丙烯、加氢裂化、重整加氢、煤柴油加氢、制氢、焦化装置等，油（油气）侧温度小于250℃环境下可长期使用。
 
 
 

• 管箱浮头增加牺牲阳极阴极保护

为提高管束使用寿命，减少或降低管板部位焊口的应力腐蚀开裂，在水冷器管箱及浮头应辅以阴极保护，循环水采用镁阳极，循环水混用中水建议采用铝阳极和镁阳极两种阳极搭配使用效果更佳。