研　究　石　油　化工腐蚀与　防护　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ＆Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔ￣　２　０　１　０，２　７（３）　・　９　・　

新型耐蚀空冷器的研制与应用　

赵连生　

（中国石化集团洛阳石油化工工程公司，河南洛阳４７１ｏ０３）　

摘要：介绍了一种用于石油化工和电力行业的新型耐蚀空气冷却器。通过使用耐腐蚀的钛舍金　复合板制造空冷器管箱和以普通低碳钢为基管、管内为钛合金的复合管制造管柬，以提高空冷式换热　器的抗腐蚀性能。与碳钢空冷器相比，大大提高了空冷器的使用寿命，延长了设备检修周期，可节约　生产检修费用；与不锈钢空冷器相比，大大降低了设备的投资。可广泛应用于石油、化工、电力等行业　的空气冷却系统。　关键题词：塔顶耐蚀空冷器　中图分类号：ＴＥ９８５．９　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—０１５Ｘ（２０１０）０３—０００９—０４　

国内外炼油厂空气冷却器（以下简称空冷器）　

用量非常大，在常减压塔顶等部位，由于塔顶油气　中常含有ＨＣ１，Ｈ　Ｓ和Ｈ：０等腐蚀性介质，在冷凝　

中遇水形成非常强的腐蚀环境，即形成：ＨＣ１一Ｈ　Ｓ　

—Ｈ　０腐蚀体系，使得塔顶部分以及塔顶换热器　

被强烈腐蚀，在加工高硫原油时显得尤为突出。调　

查结果显示：国内某炼油厂在加工高硫原油时，常　压塔顶空冷器使用１Ｏ个月就腐蚀穿孔更换新管　束，甚至更短。目前国内加工进口含硫原油的比重　越来越大（主要是中东原油），该问题越显突出。　

国内外针对这一问题采用了各种防腐蚀措施，　就国内而言，主要以工艺防腐蚀“一脱三注”为主。　

空冷器使用碳钢材料制造，也有少数采用不锈钢整　体制造（采用不锈钢容易发生应力腐蚀开裂），因　

造价等原因一般在该部位整体不用耐蚀高级材料。　针对上述问题，在大量调研的基础上，经中国　

石化集团公司批准正式立项，开展了耐蚀空冷器的　开发研究。　

１　常压塔顶冷凝系统的腐蚀　常压塔顶腐蚀是由于塔顶油气中ＨＣ１和Ｈ　Ｓ　

遇水冷凝形成腐蚀环境造成的¨Ｊ。由于塔顶冷凝　

系统中的ＨＣ１和Ｈ　Ｓ等酸性气体及水冷凝析出，　形成酸性环境，在这种环境中奥氏体不锈钢易产生　

应力腐蚀开裂，而Ｃｒｌ３系列马氏体不锈钢抗点蚀　

能力差，因此，目前国内塔顶空冷器常用碳钢制造，　同时附加其他工艺防腐蚀措施。　

碳钢空冷器的腐蚀特征是：腐蚀多为点蚀，并　存在一个点蚀严重的部位。当塔顶介质出口温度　

约为１００℃时，上述腐蚀部位位于塔顶空冷器换热　管人口端１／３管长范围内。而点蚀严重的部位及　

腐蚀速率受原油性质、操作条件、防护措施等的影　

响。一般来说，原油含硫高，腐蚀速率大，腐蚀较严　重；含硫较低的原油在工艺防腐蚀“一脱三注”完　

善的情况下，腐蚀基本可以得到有效的控制。塔顶　出口温度较高时，碳钢空冷器点蚀严重部位向下移　

动；塔顶出口温度较低时可能导致塔顶塔盘及其他　塔内件严重腐蚀和开裂　Ｊ。　

２现有的技术措施　２．１　空冷器用低碳钢材料制造　

采用“一脱三注”工艺防腐蚀，而塔体、塔顶换　热空冷器用一般碳钢材料制造。“一脱三注”是指　

脱盐、注氨、注水和注“缓蚀剂”。　２．２加强设备防腐蚀　由于种种原因单靠工艺防腐蚀并不能达到理　

想的防腐蚀效果，塔顶腐蚀时常发生，因此在加强　工艺防腐蚀的基础上，对重点部位、重点设备可采　

取以下防腐蚀措施。　２．２．１涂层和衬里　

有些炼油厂对常压塔顶空冷器换热管内壁采　

用有机防腐蚀涂层进行涂装，来达到防腐蚀的效　

收稿日期：２０１０—０１—１３；修稿日期：２０１０—０３—０６。　作者简介：赵达生，（１９６１一），１９８２年８月毕业于河南科技　大学机械工程系，主要从事石化设备防护，设备研究，以及　无损检测工作。　一　

匿　石油化工腐蚀与防护　第２７卷　

果。使用的涂料为换热器专用涂料，如：ＴＰ９０１等。　２．２．２非晶态化学Ｎｉ—Ｐ镀　这是在具有催化性的金属表面上进行的自催　

氧化还原反应，将活化后的金属放人到镀液中，在　合适的温度和ｐＨ值条件下，镀液中的Ｎｉ　和　Ｈ　ｅｏ；在金属表面上发生氧化还原反应，沉积形　

成一层均匀牢固的金属镀层。　

２．２．３设备选用整体耐蚀合金材料　在工艺防腐蚀的基础上，设备整体采用高级耐　

蚀合金材料（双相不锈钢、蒙乃尔合金、钛合金　等）。　在此工况下各种材料出现的腐蚀类型见表１。　

表１　各种材料出现的腐蚀类型　

材料　出现的腐蚀类型　碳钢、低合金钢　０Ｃｒｌ３　１８—８　双相不锈钢　铝黄铜、海军黄铜　蒙乃尔　铝合金　Ｎｉ—Ｐ镀　渗铝钢　全面腐蚀　点蚀、冲蚀　点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀　点蚀、选择性腐蚀　冲蚀、脱锌腐蚀　硫化腐蚀、脱镍腐蚀　全面腐蚀、点蚀　因镀层质量有孔隙电偶腐蚀　不耐腐蚀　

３采取的新措施　上述技术措施中，都不同程度地存在一些难以　

克服的缺点：　（１）工艺防腐蚀措施“一脱三注”：由于原油性　质变化，虽采用“一脱三注”，但原油无法完全脱除　

原油中的有机氯及部分无机盐，再加上存在Ｈ，Ｓ，　

达不到塔顶对Ｃｌ一和Ｈ　Ｓ含量的应控指标，促使该　部位产生腐蚀，造成塔顶空冷器的腐蚀穿孔；　（２）有机涂层技术：由于施工难度较大，往往　

引起鼓泡及存在漏涂现象，有机涂层对空冷器的传　

热影响也较大，防腐蚀效果不理想；　（３）镍一磷镀层：工程化施工质量较难控制，　

易产生漏镀现象，反而会引起空冷器管束的加速腐　蚀穿孔；　（４）采用高级耐蚀合金整体制造空冷器。价　

格昂贵，炼油厂难以承受。　３．１　采用钛合金作为耐蚀材料　防腐蚀材料的选用至关重要，其直接影响到空　冷器的使用效果，且关系到否能满足在此部位耐蚀　的使用要求。　

通过大量研究和实验，使用了钛合金ＴＡ２作　为空冷器的主要防腐蚀金属材料。　３．１．１钛及钛合金的主要特点　

（１）储量丰富，比重较轻；　（２）具有优良的耐蚀性能：与不锈钢相比，其　

纯态区域宽、容易钝化；其氧化膜抗氯离子破坏能　

力强。工业纯钛和某些钛合金对海水、海洋大气、　湿氯气氯化物、次氯酸、硫化物、硫盐酸、大多数氧　

化性的酸和有机化合物都是耐蚀的；　

（３）具有良好的综合机械性能；　

（４）具有良好的耐高温及低温性能；　（５）工业纯钛和大多数钛合金具有良好的铸　

造、锻造、焊接、切削和压力加工等工艺性能　；　

（６）可取得良好的经济效果：虽然钛材的价格　

较高，但由于它的比重轻、强度高，特别是由于它具　有优良的耐蚀性能，可延长设备的使用寿命，减少　

维护和检修费用和停产损失；　

（７）使用ＴＡ２作为制造空冷器的主要耐蚀合　金材料。这种钛合金的耐蚀性能和综合机械性能　

适中，与其他钛合金不同之处是它含有较多量的　

氧、氮、碳及多种其它元素（如：铁、硅等），其实质　上是一种低合金含量的钛合金。与化学纯钛相比，　

由于含有较多的杂质元素后其强度大大提高，它的　

力学性能和化学性能与不锈钢相似；强度高、但塑　性好、易于加工成型，冲压、焊接、可切削性等加工　

性能良好；但耐热性较差，使用温度不宜太高；主要　应用于工作温度３５０ｃｌＣ以下、受力不大、但要求高　

塑性的结构件和耐蚀构件。例如：耐蚀阀门、泵及　

管道、炼油厂化工厂的换热器、冷却器等设备中。　３．１．２腐蚀实验　根据空冷器现场使用的实际情况，在实验室模　

拟现场使用的工况条件下，对３种材质：普通低碳　

钢、１８—８不锈钢、钛作对比性的腐蚀实验，结果见　表２。　表２腐蚀速率对比实验结果　ｍｍ／ａ　

腐蚀环境　钛（ＴＡ２）不锈钢（１Ｃｒｌ８ＮｉｇＴｉ）碳钢（２０号）

　第３期　赵达生．新型耐蚀空冷器的研制与应用　

在某炼油厂塔顶部位进行了挂片实验，结果显　示：ＴＡ２在此部位具有很强的耐蚀性，在使用一个　

周期内，几乎没有任何腐蚀现象发生。　常压塔顶空冷器的一般工况条件见表３。　表３技术特性（工况条件）　

某炼油厂常、减压塔顶污水检测结果见表４。　３．２管箱的防腐蚀措施　

空冷器管箱的设计非常重要，除了满足设计规　范对空冷器管箱的一般要求以外，且必须满足管箱　与管束相连接的一些特殊要求。此外，还必须保证　

在实际加工制造中的可实施性，即加工容易实现、　

加工工艺简单、生产成本低等要求。　常顶空冷器由于种种原因，腐蚀较严重的部位　

往往发生在管束的人口处以及管柬与管板的连　接处。　为防止上述部位发生腐蚀，管板采用复合　管板（１６ＭｎＲ＋ＴＡ２），管束与管板的连接采用　

强度胀加密封焊的连接方式，这样可以有效隔　断腐蚀性介质与碳钢管板的直接接触，彻底避　

免腐蚀发生。　考虑到该项目中管板与翅片管管束连接时加　工的特殊需要，采用了可卸盖板式管箱结构，见图　１　Ｅ３，４］。　表４常减压装置塔顶冷凝冷却系统（２００１年）　

霉　…种　而　而　

－－７３　／，，，／　

／　／　／　

／　＾　／　／　／　／　广　／　／　＿７几　／，，，，７　，＼一　三＝＝　

图１　可卸盖板式管箱结构　３．３管束的防腐蚀措施　管束采用复合管技术进行制造：制造翅片管管　

束的管材，采用复合管技术，整个管内部为一层０．５　ｍｉｌｌ厚的钛合金ＴＡ２，管外部为低碳钢无缝管，外　

部换热翅片采用双金属轧制翅片管（铝合金轧制　

翅片管）。所用管材及翅片管见图２。　

４现场应用效果与结论　经过多方的努力，先后克服了复合管的研制、　

腐蚀实验、管箱的加工、管束的制造等一系列困难，　于２００５年５月完成了首台工业应用的“耐蚀空冷　

器”制造，并应用于镇海炼油化工股份有限公司炼　

油四部Ｉ套常减压常压塔顶，经过多年的连续运　・１２・　石油化工腐蚀与防护　第２７卷　

行，效果良好（见图３）。　

ａ复合管横截面　

ｂ双金属轧制翅片管　图２管材及翅片管　图３现场使用情况　

通过多年的连续实际运行，该种空冷器使用效　果非常理想，采用该项技术不仅可以解决常压塔顶　

空冷器腐蚀的问题，而且经济效益和社会效益非常　

显著。　

参考文献　

１任忍重，赵达生．常减压塔顶冷凝系统的腐蚀与防护［Ｊ］．石油　化工腐蚀与防护，１９９８，１５（４）：９—１ｌ　２长春第一汽车制造厂和长春汽车．机械工程材料手册［Ｍ］．北　京：机械工业出版社，１９９１．１５５—１６７　３　ＧＢ／Ｔ５３８６—９４空冷式换热器［ｓ］　４　ＧＢ１５０—１９９９钢制压力容器［Ｓ］　

Ａ　Ｎｅｗ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ—ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　Ａｉｒ　Ｃｏｏｌｅｒ　

Ｚｈａｏ　Ｄａｓｈｅｎ￣　

ＳＩＮＯＰＥＣ　Ｌｕｏｙａｎｇ　Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｌｕｏｙａｎｇ，Ｈｅｎａｎ　４７　１　００３）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｉｒ　ｃｏｏｌｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｉｓ　ａ　ｎｅｗ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ—ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ａｉｒ　ｃｏｏｌｅｒ　ｉｎｓｔａｌｌｅｄ　ｉｎ　ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｏｗｅｒ　ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ．　Ｔｈｅ　ｈｅａｄｅｒｓ　ａｒｅ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｉｔａｎｉｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｃｌａｄ　ｓｔｅｅｌ　ｐｌａｔｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｕｂｅ　ｂｕｎｄｌｅｓ　ａｒｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｃｌａｄ　ｔｕｂｅｓ　ｗｈｏｓｅ　ｏｕｔｓｉｄｅ　ｉｓ　ｌｏｗ　ｃａｒｂｏｎ　ｓｔｅｅｌ　ａｎｄ　ｗｈｏｓｅ　ｉｎｓｉｄｅ　ｉｓ　ｔｉｔａｎｉｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ—ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｉｒ　ｃｏｏｌｅｒ．Ａｓ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｃａｒｂｏｎ　ｓｔｅｅｌ　ａｉｒ　ｃｏｏｌｅｒ，ｂｏｔｈ　ｒｕｎ　ｌｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ｃｙｃｌｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｏｌｅｒ　８ｒｅ　ｅｘｔｅｎｄｅｄ，ｓａｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｓｔｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ．Ａｓ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ　ａｉｒ　ｃｏｏｌｅｒ，ｔｈｅ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　ｃｏｓｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ｉｓ　ｒｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄ　ｉｔ　ｃａｎ　ｂｅ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ａｉｒ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｏｗｅｒ　ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｏｗｅｒ　ｏｖｅｒｈｃａｄ，ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｉｒ　ｃｏｏｌｅｒ　

●◇●ｏ。ｏ‘０’０●ｏ●０●　国内外动态　ｕ●０●０●０●０●＜＞‘０●０●　炼油企业设备防腐蚀技术交流会　

由中国石化股份有限公司炼油事业部主办的“炼油企　业设备防腐蚀技术交流会”于２０１０年５月１８～２２日在湖　南长沙举行。中国石化、国内外企业和科研等４Ｏ个单位　９４名代表参加了会议。会上王建军处长代表中国石化股　份有限公司炼油事业部对近年来中国石化３３家炼油企业　炼油设备的防腐蚀现状和设备防腐蚀作了工作报告；中国　石化股份有限公司镇海、茂名、金陵、齐鲁分公司和青岛安　工院以及合肥通用机械研究院在会议上就设备防腐蚀问题　进行了经验交流；美国热电公司、ＰＥＴＲＯＬＩＴＥ公司、沈阳金　属所、青岛海洋所和长岭设备所等进行防腐蚀检测和防腐　新技术等方面的交流，对今后中国石化炼油企业搞好防腐　蚀工作有很好的指导作用。　（供稿王菁辉）