王向寧，程紹杰，王金昌

(海工英派爾工程有限公司，山東 青島 266061)

隨著天然氣需求的不斷增加，國內(nèi)液化天然氣(LNG)產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，國內(nèi)LNG 接收站的需求量也日趨增加。LNG 接收站均分布在我國東部和南部海岸線上［1］。海水氣化器是LNG 接收站中的關鍵設備，是以海水為熱源的換熱設備，通過海水不停的對汽化器的換熱管不停的沖刷從而實現(xiàn)低溫LNG 換熱，使液態(tài)LNG 氣化。由于開架式海水氣化器(ORV)的介質(zhì)是LNG 和海水，而換熱管又是長期處于流動海水的包覆中，對換熱管的防腐是至關重要的。介紹195 t/h 開架式海水氣化器(以下稱海水氣化器為ORV)科研項目中ORV 換熱管的防腐情況。

1 ORV 換熱管的設計條件及結構

介質(zhì) NG/LNG

介質(zhì)流量/(kg·h-1) 195 000

設計壓力(內(nèi)部)/MPa 12.0

設計溫度/℃ 65

操作壓力(內(nèi)壓)/MPa 10.5

操作溫度/℃ -162 至3

材料 6063-T5 鋁合金

結構型式 星型翅片

2 ORV 換熱管材料特性

6063-T5 鋁合金是工業(yè)中應用最廣泛的一類有色金屬材料，6063-T5 鋁合金密度低，但強度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導電性、導熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用，使用量僅次于鋼。

圖1 開架式汽化器

圖2 星型翅片換熱管

2.1 6063-T5 自身特點

6063 鋁合金是AL-Mg-Si 系中具有中等強度的可熱處理強化合金，Mg 和Si 是主要合金元素。該合金加工性能好，具有優(yōu)良的可焊接性、擠出性及電鍍性、良好的抗腐蝕性、韌性，易于拋光、上色膜，陽極氧化效果優(yōu)良，是典型的擠壓合金。

6063-T5 鋁合金有一個致命的缺點，這種材料遇到汞可引起金屬脆化，導致鋁合金材料對接焊縫處發(fā)生穿壁開裂。這種脆裂失效對5083-O，5083 H112 和6063-T5 鋁合金材料都存在影響。溶液中存在的微量重金屬銅離子(10-9 級)會在鋁合金表面沉積，使鋁合金自腐蝕電位正移，但卻不會破壞鋁合金表面自然氧化膜，使點蝕電位保持不變。

2.2 海水對6063-T5 的腐蝕

海水對6063-T5 的腐蝕情況是非常復雜的。該可項目中的ORV 換熱管一直處于流動海水的不斷沖刷中，相當于處于海水的飛濺區(qū)和全浸區(qū)，這是海水腐蝕比較復雜的兩個區(qū)域，腐蝕深度比平均腐蝕速度大2.5～3 個數(shù)量級，6063-T5 換熱管會因點蝕、縫隙腐蝕、剝落腐蝕或應力腐蝕開裂等局部腐蝕受到破壞［2］。6063-T5 鋁合金一旦被海水腐蝕，就可能發(fā)生孔蝕，使腐蝕集中到被腐蝕部分從而產(chǎn)生空隙，從而降低材料的強度，使材料產(chǎn)生斷裂或剝離。防6063-T5 換熱管腐蝕的方法有在鋁合金表面噴涂鋁、鋅或鎂(及它們的合金)保護層，再加密封層。

3 ORV 換熱管在海水中的防腐

在本項目中，根據(jù)換熱管的材質(zhì)特性以及海水對其的腐蝕特點，主要從兩方面對換熱管的防腐進行處理:

(1)控制海水的質(zhì)量:根據(jù)6063-T5 鋁合金的特點，一般要求所接觸的海水，不能含有汞離子同時銅離子含量不超過1 ×10-10。該項目中ORV使用的海水中不能含金屬汞和銅，海水溫度高于5 ℃，海水含沙量應小于148 mg/L。這樣能夠有效的減少海水中的汞離子引起的材料本身的脆化以及銅離子電位正移引起的點蝕。

(2)在換熱管表面做防腐涂層:為有效避免因海水不斷沖刷對換熱管進行腐蝕，在換熱管表面熱噴涂防腐層，使用犧牲腐蝕保護的方法對浸入海水中的換熱管進行腐蝕保護處理。

3.1 防腐涂層工藝

防腐涂層的質(zhì)量直接決定防腐的效果，從而影響換熱管的使用壽命。

3.1.1 涂層材料

ORV 換熱管防腐機理為犧牲陽極保護陰極的腐蝕機理。熱涂層的材料應在電化學上比基材(6063-T5)更活潑，因此可以起到犧牲陽極的作用，以阻止基材的腐蝕，Al-2%Zn 可以很好的滿足要求。

3.1.2 噴涂的步驟區(qū)域和厚度

ORV 熱噴涂主要分為三個步驟:表面處理、熱噴涂和密封。

(1)待噴涂表面用鋁土噴砂打磨，粗糙度滿足SIS Sa3。

打磨完后用壓縮空氣吹掃待噴涂表面，并進行目測不能存在鋁土顆粒及污漬等。

(2)ORV 換熱管應該以Al-Zn 為噴涂材料進行氧丙烷噴涂。

(3)密封。熱噴涂涂層后金屬表面有微孔，這些微孔應用密封物(環(huán)氧樹脂)灌注;密封物應在熱噴涂后用液壓噴槍或手工刷在表面。

3.2 防腐涂層檢測

3.2.1 噴涂前檢測

在進行噴涂前對徐噴涂的管件的檢測主要有:表面處理前用測其表面是否適合表面處理;表面處理后，用粗糙度儀測量粗糙度，粗糙度應該為7～23 μm/Ra。

3.2.2 噴涂厚度檢測

管翅上的涂層厚度通過對管式和板式傳熱的切片樣品檢驗方法來進行檢測。管式和板式的切片樣品應放在管件邊上并同時進行噴涂。噴涂完成后將管式樣品從中間切開，并進行放大拍照，通過測量照片來測量涂層厚度。板式樣品可通過顯微量尺來測量其噴涂厚度。涂層厚度應為70～400 μm。

3.2.3 熱噴涂后檢查

(1)目測噴涂后的外表，看有無突起、沙眼、缺口及靠近的松散微粒是否都噴涂均勻。

(2)熱噴涂的劃痕測試。從板式樣品上切下間隔5 mm 的柵格裝的晶體(見圖3);在涂層上面緊粘一層黏性帶;垂直扯去黏性帶;涂層不應該剝落。

圖3 熱噴涂的劃痕測試

3.2.4 密封的視檢

密封后，所有的熱噴涂層表面均應進行可視檢查。不應該有異常狀況，如隆起、起泡、縫隙、脫落及重粘附力的灰塵。

4 結論

195 t/h 海水汽化器換熱管由于長期處于海水中容易被海水腐蝕進而破壞材料，應采取相應的防腐措施:

(1)控制海水中不含金屬汞離子和銅離子，海水溫度高于5 ℃，海水含沙應小于148 mg/L。

(2)用犧牲陽極保護陰極的腐蝕機理，采用熱噴涂方法在換熱管表面噴涂70～400 μm Al-2%Zn薄膜。

(3)為保證噴涂層質(zhì)量應制定嚴格的噴涂工藝和檢測。

［1］張偉成.LNG 接收站開架式氣化器在高含沙海水工況下使用的探討［J］.石油工程建設，2007，33(6):8-10.

［2］朱相榮.金屬材料的海洋腐蝕與防護［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1999:187-190.