國內(nèi)涂層換熱器防腐涂料及工程應用

1、 #化工設備設計1998年第35卷防腐工程國內(nèi)涂層換裳器防腐涂斜$工程疝用余存坪 沈曉陽（上海石化股份有限公司科技開發(fā)公司，上海200540）摘要 涂層換熱器雖得到一定的推廣應用，仍需要不斷完善與提高。本文概述了幾種有代表性的換熱器專用防腐涂料，并對 涂裝施工及質(zhì)僮檢測等有關問題進行了討論。關鍵詞 換熱器涂料防腐涂裝© 1994-2010 China .Academic Journal Electronic Publishing House. A1l rights reserved. hUprKki.iw 47化工設備設計1998年第35卷1 概況現(xiàn)代化工與石油化工裝置具有大型化，連

2、 續(xù)性強，腐蝕性大，高溫高壓，易燃易爆等特點， 對設備可靠性，穩(wěn)定性，安全性提岀了更高要 求。換熱器，大就是水冷器，約占石化企業(yè)建廠 投資的占工藝設備總重量的40%,換熱器經(jīng) 常發(fā)生泄漏與結垢，已成為影響企業(yè)正常生產(chǎn) 的重大問題。據(jù)中石化91年不完全統(tǒng)計，石化 生產(chǎn)每年報廢換熱器約2500臺，其中1/3水冷 器，消耗鋼材3000噸，直接經(jīng)濟損失2000萬元， 間接損失更大。早在40年前，西德開發(fā)了索卡酚 （SAKAPHEN）涂料成功地用于換熱器管殼程的 防護，如上海石化引進裝置上的索卡酚涂層水 冷器，大多使用10年以上。國內(nèi)從1978年滄州 化肥廠和天津油漆廠共同協(xié)作研制涂層水冷器 以來，國家

3、海洋局天津中海防腐技術開發(fā)公司、 大慶石化總廠機修廠、燕山石化前進化工廠、上 海石化總廠、獨山子煉油廠、天津石化公司、蘭 州化學工業(yè)公司、廣州石化總廠南京化機廠等 數(shù)十個單位進行了涂層施工，制造數(shù)十萬*涂 層換熱器，同時不斷開發(fā)與生產(chǎn)岀多種用于換 熱器的防腐涂料，如氨基環(huán)氧類熱固化涂料， CH-784 >TH - 847 . 7910、AH - 924 ;漆酚鈦螯 合髙聚物常溫或熱固化涂料，UTJ /IH-901 ;特 殊高分子耐熱熱固化涂料DH22 ;有機硅改性環(huán) 氧常溫固化涂料，JST - 2L ;環(huán)氧酚醛熱固化涂 料Sy - 92等°中石化對涂層換熱器技術推廣應用十分重

4、視，明確規(guī)定，凡新更換和新建裝置的碳鋼水冷 器，一律要涂上防腐涂料，不準裸露水冷器上裝 置。并組織編制了碳鋼水冷器防腐涂層技術暫行 規(guī)定和碳鋼水冷器防腐涂層質(zhì)量檢驗暫行規(guī) 定。十余年來，經(jīng)過上百家企業(yè)生產(chǎn)實踐證明，涂 層換熱器有顯著的經(jīng)濟效益，主要表現(xiàn)在涂層有 明顯的阻垢作用，流速快，比未涂層的提高了傳熱 效果。由于涂層抗沖刷、抗?jié)B透、耐濕變、有較強 的環(huán)境適應性、設計時可不選用不銹鋼材料（表 1）。表1碳鋼水冷器釆用涂層與未用涂層情況對比對比項冃未用涂層用CH-784涂懇胸怏情況不到一年鐫燭嚴重右麻 點小坑無腐結希悄況般垢厚0 .5- Irut 個別換熱熬械垢堵死垢較少檢修情況啟詵涂垢水沖洗

5、冷逸水流速因結垢.管截面小.故阻 力大漁速小無阻力涼速快生產(chǎn)運行情況個別堵死.結垢嚴壇、傳熾 絞差中間需停車檢修或哉洗傳熱檢定運行正常使用壽命3年6-舛2幾種換熱器專用防腐涂料2 .1 CH- 784及改進型碳鋼水冷器防腐涂料CH - 784最早為滄州化肥廠與天津油漆總廠 研制。TH- 847系國家海洋局天津中海防腐技術 開發(fā)公司對CH- 784的改型品種。其它還有7910 系天津油漆總廠及大慶石化總廠機修廠生產(chǎn)與 改進CH- 784品種。AH-924（相似CH- 784）系 海寧新農(nóng)化工廠生產(chǎn)品種等。上述CH- 784類涂料系熱固型胺基環(huán)氧涂 料。以丁醇瞇化三聚氟胺甲醛樹脂經(jīng)環(huán)氧樹脂 改性。

6、丁醇醛化三聚氨胺甲醛樹脂耐水性好，漆 膜堅硬但脆性較大，經(jīng)環(huán)氧改性，在一定溫度進 行醵化交聯(lián)反應，形成體形網(wǎng)狀結構，提高了熱 穩(wěn)定性，抗?jié)B透和化學穩(wěn)定性，還提高了附著 力。添加鋁粉及其它顏料增加防蝕與導熱性 能。該涂料特點耐各種水、油、稀酸、弱堿、溶劑； 耐溫150弋，導熱阻垢，該涂料分底漆與面漆，單 包裝。但CH- 784涂料存在一定的缺點，影響推 廣應用，天津中海防腐公司進行了技術改進，采 用乙二醇丁齪代替環(huán)己酮，消除了惡臭，并添加 防沉劑，避免了沉淀結塊，貯存期延長，除具備 CH- 784防蝕性能外，其導熱性能與耐磨性有所 提高，見表2、表3 o表2 CH- 784與TH - 847性能

7、對比涂料項目CH-784TH _ 847外w怯綠色« «()<80<80細度（Fm）<40<40干燥時間（h）<4<4柔韌性Ua）11耐沖擊Oky a'.5050附君力（級）11便度（挾桿法）>0 75>0 .75耐熱性200X8WS附著力級11耐囪性（洲125Q失重0 .00460 .0012擊穿電SkV/MD1010污垢系數(shù)*h弋/led1 66x 10，1 .22x 10"5B熱系ttW/mK0 .42- 1 .22 .5-2 .8施工性能不流掛施工氣味大小忙存一停況淀結塊無沉淀結塊2 .2 UTJ漆酚

8、鈦齋合高聚物及其改型1H9O1耐油耐 熱換熱器專用涂料UTJ漆酚鈦涂料由福建師范大學研制，TH-901 系由天津中海防腐公司以漆酚鈦涂料為基再調(diào) 配合適的顏填料的改型品種。該類涂料系利用中 國生漆中的主成分漆酚與鈦化合物經(jīng)化學反應 后，加入適量的輔助劑，經(jīng)特殊加工制成的新型 漆酚鈦漿合髙聚物防腐涂料。TH- 901比I/TJ各 項性能有較大的提高。表3IH- 847耐化學介質(zhì)性能介燈名稱段漬條件涂層狀況海水成水.半 咸水.工業(yè)循環(huán) 水自來水常袒84個月無變化30%NaOH.KOH索沮時月或W*C 224h無變化10%H2SO< .HQ無變化H3PO4 HACfW95P 224h苯二甲苯油

9、、 煤油、亂隊醇希常濕4外月無變化該類涂料所涂的涂層平滑光亮，堅韌致密， 具有優(yōu)直的機械性能，優(yōu)異的阻垢性能與耐磨性 外，還具有優(yōu)異的耐強酸，耐強堿，耐高溫與低溫 耐各種水，耐有機溶劑和鹽類溶液的特性，是具 有廣譜抗腐蝕的新型涂料。由于鈦一碳一氧鍵的 引入，它還具有突岀的耐熱耐油特性，這對煉廠 的換熱器，集熱（150- 300* ）和油（原油、油成品） 于一體的復雜介質(zhì)條件，大多數(shù)防腐涂料均無 效，因為油本身在高熱條件下就是很強的脫漆 劑，而該類涂料可解決這一難題。它為單組分涂 料，施工方便，即可常溫固化，又可加熱固化。UTJ 與TH901涂料技術指標與耐化學性能分別見表 4與表5o漆酚鈦系列

10、涂料主要應用于150300*范圍 的換熱器保護，并推薦用于天然氣管道、煤氣管 道、油罐、槽車、船舶貨艙等。TH-901曾用于揚子 石化公司煉油廠等油水換熱器上有一定效果。© 1994-2010 China .Academic Journal Electronic Publishing House. A1l rights reserved. hUprKki.iw第2期49 2 .3 DH22型耐溫耐腐燭換熱器專用涂料該涂料具有耐酸、耐堿、耐高溫、耐油、耐有 機溶劑和鹽溶液的特性。其技術指標與耐化學性 能見表6與表7 o該涂料為單組份包裝，熱固 型。表4 UTJ與TH-901涂料的技術指

11、標牌號項目、UTJ- Iurj-2TH-901議色標紅色眾色底床淺棕. 面干25C<24,1O8T<125T <24. loor < i25X：c24表千（皿“）<20<20W60哥著力（筑）21*21柔0.50.51沖制皮（k|B）>40>4050ttcr(t-4>13> 1625-60電性能電絕隊紡靜電« 5 TH-901涂層耐化學性能介Mt名稱浸漬條件涂層情況蔦烤水室an年無變化海水8M9IOM 期無變化20%檸様嚴OWiofl 期無變化K油(90)64- MOT 10WJW無變化煤油180 210弋10周期無變化柴油

12、270X 10周期無變化50%環(huán)烷廉isor 10WJW無變化機油300 10周期無變化典空來油3009 10周朗無變化二甲苯宅激姒無變化室詛150天無變化20%SMfiU5X 10用期無變化85X 10周期無變化40%氫爼化曲110X 10舄期無變化*周期指在指定溫度8h .常溫16h .共24h* 6 DH22型涂料技術指標瑣目DH22 - 1DH22-2涂模外觀平SE光滑平因體含畳不小于4545附若力級11粘度（涂4tAitHOS不小于3030柔軟性不大千22便皮（鉛筆）H不小于33沖擊輾度切O不小于4040禰時何h2(180=)2(230。耐熱性X200 -250250-300表7 D

13、H22型涂層耐化學介質(zhì)性能項目海水成水半咸水不起泡、不脫落允許輕At變色工業(yè)猶環(huán)水浸冷月）不起泡不落允許輕柩變色25%NaO» .25%KOH,25%N«CO3(i«6 個月)不超泡不悅落允許輕級變色25%HzSO4 .25 WICl ,25%!bTO4 25 怕IAC不起泡不説落.允許輕童變色2 .4 JST2L水冷器常溫固化防腐涂料由于CH- 784等涂料大多需要加熱固化，需 專用加熱設備，施工較困難、周期長、成本高、難 以在檢修現(xiàn)場施工與修復，為了改進不足，常溫 固化的JST-2L涂料具有能適合煉廠及石化企 業(yè)多種水質(zhì)，防腐阻垢性能優(yōu)異，又能滿足開停 工蒸汽

14、吹掃的耐熱要求，以及施工方便，成本較 低的特點。該涂料采用有較高苯基含量的有機硅對環(huán) 氧樹脂改性，并加入合適的顏填料與其它助劑， 另外采用毒性低，揮發(fā)慢，固化度適中的胺類作 固化劑。該涂料為雙組份包裝。其技術性能如表 8所示。© 1994-2010 China .Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. hitp:/ 50 化工設備設計1998年第35卷哀8 JST-2L涂料技術性能項目底»面 »顔色鐵紅色鉆綠色細皮卩mW50W50附著力級11沖擊張度kgcm.50500.

15、70.7柔IS性曲11耐負性220X72E 無裂22OT72h*»別快系&W/H.K1.4371.350耐化學藥品性<40X的所有踐類與盤類 10僥HC1與H2S3干濕水溶液，H2 S零有良好的耐til性耐油性汽油煤油油厚油污油等 有良好的*ft*性*9 Sy-92涂料技術性能« 目底»面漆»色淺鐵紅色tfl% Pm<60<40附著力圾11粘度»30-4030-40抗沖擊性kg.cm5050«鷹0.70.8柔韌性511滋干肘間h<4<4耐然性200弋24h不?1不裂耐況熱(144h)級11耐冷熱締

16、環(huán).(-18O-2OOX)無變化無變化耐化學性能河水、版水、匸業(yè)水15弋30%M0H -NaiCCh 常溫-95 X.|30%HC H2SO4 ibPO< HAC90r /1S00 h制1蘇歸'踽鐘丿無交化2 .5SY92酚醛改性環(huán)氯碳鋼水冷器防腐涂料該涂料系由酚醛改性環(huán)氧，再添加防蝕導熱的 顏填料及其它助劑制成，兼有環(huán)氧與酚醛兩者的 長處，具有耐水、耐油、耐溶刑、耐稀酸、耐弱堿 等性能，耐溫180弋。其技術性能見表9 o3 涂層換熱器施工工藝為保證涂層換熱器良好運行，不僅專用涂料 要有優(yōu)良的性能，而且更重要的是要有嚴格的 涂裝工藝。(1) 表面處理涂裝的表面處理主要有噴砂除銹與

17、化學清 洗。對換熱器管程涂裝宜采取噴砂涂銹；除銹等 級要達到GB8923 - 88Sa2卡級c對殼程涂裝宜采 取化學清洗(或磷化處理)，可用浸泡法或泵循 環(huán)法。通過堿洗水洗-酸洗-水洗f鈍化(或 磷化)->烘干等工序。表面清洗等級要達到德國 DIN55928標準中的Be級。對已使用過的老設備，由于有腐蝕與結垢， 原則上不建議再處理涂裝，如希望涂裝，應進行 機械清理一噴砂一化學清洗多步處理，直至露 岀金屬表面，徹底除油才符合涂裝要求。(2) 涂裝涂裝方式有噴涂、刷涂、浸涂、淋涂與灌涂 等。如對換熱器管程主要采用灌涂，殼程主要采. 用淋涂.背板采用刷涂與噴涂。灌涂法，即是將表面處理合格的換熱

18、器吊裝 成一定傾角，并與泵及漆槽連接成循環(huán)系統(tǒng)，采 用專用噴頭，逐根灌涂。淋涂法要采用大流量漆 料，從上到下均勻地噴淋，確保換熱器管束底部 外壁無漏涂。涂裝時要根據(jù)環(huán)境條件與涂裝方式控制涂 料粘度，涂料必須過濾。(3) 固化涂層表干后要進行固化，固化有加熱固化與 常溫固化，根據(jù)不同涂料而定，見表104 涂層換熱器質(zhì)管理與控制主要抓好涂裝過程每一環(huán)節(jié)的檢驗，包括原 材料及涂裝設施的檢驗，以及成品質(zhì)量驗收。詳 見中石化暫行規(guī)定。檢驗項目主要有：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. /Ml right

19、s reserved. hUpz/j'第2期(1) 每道涂層固化完畢后要用涂層測厚儀檢 測，涂層全部完工后應測疑總厚度；(2) 成膜外觀光亮平滑，無流掛、滴墜、氣孔、 鼓泡、無漏涂；(3) 成膜固化程度，應采用蘸有專用溶劑(如環(huán)己酮)的棉團對涂層反復擦拭，以不變色為合 格；(4) 參照NACE標準檢驗，采用電火花檢測， 如電壓lkV.火花發(fā)生><10個/亦為合格c5 涂層換熱器的幾個問題在設計換熱器時應優(yōu)先選擇在碳鋼管材上 采用防腐阻垢涂層，同時在設計時應考慮以下幾 個技術同題。5.1設計時選用涂料原則(1) 應根據(jù)生產(chǎn)工藝具體要求選用相應涂 料。如接觸介質(zhì)為冷卻水(<

20、;150匯)時可選用 CH- 784、TH- 847等，對煉廠水冷器還要滿足 殼程蒸汽吹掃要求時，應選用DH22- 1、JST2L 等。如接觸介質(zhì)為油品(150 300七)時，應選用 UTJ、TH - 901、DH22-1、DH22 2 等。(2) 要求施工容易，且對人體毒害較少，對 污染較少。如熱固型涂料比常溫固化型涂料，施 工難度大，需要用大型烘房。但常溫固化型涂料 可現(xiàn)場涂裝與修復。TH- 847較CH- 784配套溶 劑刺激少。(3)價格低廉。一般耐熱耐油涂料價格較高, 熱固型涂料比常溫固化型涂料價格髙些。5.2涂層導熱性與換熱面積的設計根據(jù)國內(nèi)有關研究單位對CH-784涂層測 定，其

21、熱阻/? = 0 .1050?K/kW，導熱系數(shù)入= 2 . 857 W/mK，并對有涂層與無涂層兩根管子 連續(xù)進行兩個月傳熱性對比實驗，得岀圖1?？?見，由于涂層表面光滑，阻垢明顯，流速快，故比 未涂層提高了傳熱效果。0 123 457 8時閥局)涂料爼禰根據(jù)產(chǎn)品說明涂層總總度(Mm)涂裝逍數(shù)固化 力法Cll- 784TH-84779102OO±5O2itt底灤4逬面漆除晟外層外毎進涂層農(nóng)干后緩慢升汩至160遲2hR外層緩受升溫至2009 3UTJTH-901150或根據(jù)需耍ITTJ-2 , 4jfiSUTJ- 1、2ifi(1)常沒固化毎天涂lifi需J5天完金固化力可便用 熱周

22、化,毎逍100£lh ttJil *逬120匸2hDH-22120(DDH22- 1、第ittSOXlh 第二道100915h .第三道120口弘.第四(2)DH22-2 第-ifilSOrth 第二ittlMJXl.Sh、第三道2KH3 5h 第四 itt230r2hJST-2L100- 160常溫24-56HSY92陳Id外肚外I80Y 處外層200乂表10 換熱器專用涂料固化方法比較圖1有涂戻與未涂戻忖傳熱性能比絞© 1994-2010 China .Academic Journal Electronic Publishing House. All rights re

23、served. hUpz/A 50 化工設備設計1998年第35卷另外，阻礙傳熱的主要因素幾乎是管子內(nèi)外 表面水膜，以及管子水側(cè)結垢，管子材料的導熱 率僅為2%。根據(jù)J .K . Maurer分析，影響熱傳導 比例為：物料側(cè)水膜18%;物料側(cè)結垢8%;管壁 2%；水側(cè)結垢33%;水側(cè)膜39%。由于換熱器設 計過程中，對流換熱系數(shù)，污垢系數(shù)對換熱器的 換熱效率起著決定作用，而換熱管內(nèi)壁增加一層 原為25OMm的高分子涂層后對換熱影響不大。故 在涂層換熱器設計中，在充分考慮鋼管涂層后阻 垢防腐，雖有一定涂層厚度，但總的換熱效率仍 比光裸又腐蝕結垢的鋼管提高的情況下，在計算 換熱面積問題上可以等同于

24、用鋼管作換熱管設 計。5 .3安全涂層厚度設計評定某種涂層能否防腐與使用壽命長短，僅 選用耐介質(zhì)腐蝕的涂層是不夠的，還應考慮涂層 的屏蔽作用，即介質(zhì)中氧、水、C1SO/等通過 涂層的滲透(擴散)彫響，更重要的是考慮涂層的 厚度O根據(jù)Menges公式：1L =纟 D + On)式中：涂層壽命/-涂層厚度D擴散系數(shù)0常數(shù)P。一底材的界面壓力6涂層的附著應力增加涂層厚度，可提高涂層的使用壽命，這 也是重防腐涂料要求厚膜的最重要特點。如上海石化引進的芳炷聯(lián)合裝置有較多的索 卡酚涂層水冷器，曾對使用10年的EA- 107冷卻 器管子表面涂層厚度用德制MINIEST測厚儀測 定，平均厚度為350"

25、;),而目前國內(nèi)對涂層厚度要 求不一，中石化雖規(guī)定涂層厚度為200 ± 50Mm,但 在執(zhí)行時有較大差異.因現(xiàn)行涂裝工藝的局限 性，有時很難達到上述規(guī)定，有些施工單位認為 涂層太厚會影響導熱性與粘結力，自行降低涂層 厚度要衣，從而造成早期破壞。但涂層厚度也不 是越厚越好，而是根據(jù)設備使用要求與環(huán)境條件 而定。建議厚度：耐冷卻水涂層厚度一200 - 500Mm耐海水涂層厚度一250300卩m耐侵蝕性化學介質(zhì)涂層厚度一300350卩m5 .4管子與管板連接涂層換熱器設計應按GB151- 89“鋼制管殼 式換熱器”進行管子與管板連接最好采用脹焊并 用，如強度焊加貼脹，這樣除密封性能較高能承

26、 受振動或疲勞外，主要是能保證涂裝質(zhì)量，只脹 接的管口縫隙內(nèi)含油脂，在涂裝最后一逍200七 固化時，油氣揮發(fā)常常使涂層產(chǎn)生針孔。5 .5換熱器加工清理要求被涂設備零部件表面不允許有棱角，彎 曲，過渡應圓滑均勻，被涂表面焊縫應打磨清除 焊根，不應有氣孔，夾渣等缺陷。尤其對換熱器 管口處尖角或焊口應采取打磨預處理。清理要求 需在設計圖紙上注明。5 .6壓力試驗除換熱器應進行水壓試驗或氣密性試驗，經(jīng) 嚴格檢查不漏合格方能進行涂裝。涂裝后換熱器 一般不再進行壓力試驗，更不能進行焊接等損傷 涂層的噪作。參考文獻1余存炸，涂層水冷器技術綜述，石油化工腐恤與防護,1992 , 9(2) .12姬玉林.冷換設

27、備的特種防腐，化工防腐，1996(4)643秦國治，新史防腐81垢破鋼換熱器涂料.涂料工業(yè),1997(4) 4余存烽，涂層水冷器質(zhì)最監(jiān)理與涂裝工藝改進，石油化工腐 蝕與防護，1996 13(3)575余存燼，莊燕群.沈曉陽.碳鋼水冷器安全涂層號度討論，石 油化丄腐蝕與防腐，1997 .14(1)31© 1994-2010 China .cademk Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. hUp:" 4 PROCESS EQUPMENT DESIGNVol .35 No. 2 April 1998

28、(Total No. 185)Unstable Heat Transfer Calculation forLiquid in Stirred Vessels with OuterExchangers in Complex FlowZhang LiguiDqxartJnenl of Chemical Technology, Nan Chang UniveraityNan Chang 330029Abstract: Hie calculation method of unstable heat transfer for the liquids in the stirred vessels with

29、 outer exchanges in complex flow was presented in this paper. Hie equations for several normal conditions were deduced. Then, the use of the method was demonstraied by some examples Keywords: stirred vessel, unstable heat transfer, heat exchange in complex flowAnticorrosive Paint for CoatedExchanger

30、s and EngineeringApplication in ChinaYu Chunye, Shen XiaoyangShanghai PetrochemicaJ Company limited, Shanghai 200540Abstract: Although coated exchangers has been used widely, it need to be improved yet. In this article, the characteristics of several representative paints for the exchangers were pre

31、sented At the same times, some relevant problems in the painting and quality control were discussed.Keywords: exchanger, paint, anticorrosion, paintingImprovement of Cross Tube Structure atBottom of Gas Creative FurnaceZhou HanwenYing City Chemical Fertilizer Factory t Ying City 432401Abstract: The

32、source of the rupture of the gas piping in the down stream of the gas creative system was analyzed in the article. lc cross tube structure at the bottom of the gas creative furnace was discussed, and improvement scheme was presented After improvement ,the life of the piping in the down stream has in

33、creased from a little more half year to one and half year. The piping can be continued lo use after the approval of the inspection.Keywords: gas creation t rupture of the piping in down stream, improvement of cross tubeA Calculating Method for Design of Integralllibesheet in U - llibe Heat Exchanger

34、sQiu RongxianSi Chuan Institute ol Boiler and Pressure Vessel Jni-ficction» Chen Du 610041 Zhang FuyuanChina Design Institute of Nuclear Power, Chen Du 610041Li XinSi Chuan United University» Chen Du 610065Abstract: One calculation method used in designing integral tubesheet of U tube exchangers was introduced in this paper. In the method, the central perforated re