[发明专利]钢换热器管束表面改性锌铝稀土共渗方法及其渗剂

说明书

技术领域

本发明涉及金属的化学热处理技术领域，是一种钢换热器管束表面改性锌铝稀土共渗方法及其渗剂。

背景技术

目前大涝坝集气处理站凝析油稳定换热器换热管束材质为20#碳钢，设计运行温度为195℃，因凝析油高含盐（143.95 mg/L ）、高含腊（14.68%）、高酸值（0.0758mgKOH/g）；地层水高氯离子（152823.61mg/L）、高矿化度（247536.91mg/L），低ph值（＜6），导致管束出现腐蚀穿孔，在4年的生产运行中相继5台管束穿孔报废，腐蚀速率3.14 mm/a。换热器是石油、化工、发电等行业主要的工艺装备，占装备总量的35％以上，而换热设备使用面临的一个主要问题就是腐蚀，据介绍，仅全国在炼油厂每年在换热器上的投资就近20亿元。    

通常减缓控制设备腐蚀的措施分为材料升级和材料表面处理两大类，材料升级是非常不经济的做法，一般企业难已接受。材料表面处理又分为防腐涂层和化学处理，而防腐涂层表面耐高温能差、难以消除针孔、涂层附着力较差，致使防腐层容易受到损坏，大涝坝凝稳换热器管束环氧树脂防腐层涂层高温段脱落也说明了这一点；化学镀镍磷合金换热器是阴极性镀层，可延长换热器运行周期，但延展性和粘结性质差，易出现气泡现象，实际应用中无法展示其优异的性能；化学镀镍磷粉末渗铝换热器900℃高温处理，高于碳钢管的退火温度，碳钢构件易变形，粉末渗锌换热器适用于200℃以下液体腐蚀环境，耐盐酸腐蚀性能差。国内石化系统炼油装置由于催化裂化，换热器温度高，腐蚀严重， 在20世纪90年代已经开展了金属覆盖层治理换热器腐蚀研究工作，并且取得了很好的使用成果。

如何选择导电性、导热性、塑性和韧性都好的金属，作为化学热处理的金属覆盖层材料，从提高碳钢管表面合金层质量，以适用苛刻的工作环境，延长换热管束使用寿命；改进加工生产工艺，降低生产制作成本，满足换热管束防腐蚀的两个问题入手，利用金属的活化温度，在合理高温区域条件下，将金属渗入到钢铁工件的表面层，改变表面层的化学成分组织和结构性能，形成以铁为基体的合金的金属覆盖层，体现优异抗腐蚀性能，达到高耐腐蚀性能和降低设备造价两种功能，是急切期盼解决换热管束防腐问题。目前设备表面防腐处理的方法有两种：一是使用防腐涂料，如表面喷涂、衬橡胶等，由于高分子材料的特性和施工现场条件的限制要杜绝针孔缺陷很难实现。同时表面防腐耐热温度低且防腐层也容易受到损坏，使用受到很多限制，而且有机涂层会降低设备的传热效率。另外一种是采用金属的化学热处理工艺，目前在国内普遍的作法单一渗铝、渗锌， 在碳钢管表面得到渗锌钢和渗铝钢，由于渗铝工艺温度高达900℃，构件外观易变形，需校准，其生产经济性差，适于渗涂小型零配件，同时渗涂时间10ｈ至15ｈ，电耗高。渗锌在涂层有盐酸(HCl)介质腐蚀、PH>12的碱性介质腐蚀性能差缺陷。

发明内容

本发明提供了一种钢换热器管束表面改性锌铝稀土共渗方法及其渗剂，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决目前换热器换热管束腐蚀穿孔的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种钢换热器管束表面改性锌铝稀土共渗方法，其按下述步骤进行：第一步，将钢换热器管束经过表面预处理；第二步，将第一步处理后的钢换热器管束包埋在渗剂中；第三步，加热渗剂使渗剂在480℃至580℃的温度下进行锌铝稀土共渗，共渗时间为不少于12小时，形成锌铝稀土共渗层；其中：渗剂按重量份组成为锌粉 40份至45份、锌铝铈合金粉40份至50份、氧化铝粉8份至12份、氯化铵2份至3份。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述锌粉为100目至150目的锌粉或/和锌铝铈合金粉为150目的锌铝铈合金粉或/和氧化铝粉为100目至150目的氧化铝粉。

上述锌铝铈合金粉中按重量份组成为锌33份至36份、铝8份至10份、铈1份至2份。

在上述第三步中，加热渗剂使渗剂在480℃的温度下进行以锌为主共渗，以锌为主共渗时间为不少于12小时；在以锌为主共渗完成后继续加热渗剂使渗剂在580℃的温度下进行以铝为主的共渗，以铝为主共渗时间为不少于12小时。

上述锌铝稀土共渗层的厚度为95mm 至105mm。

上述锌铝稀土共渗层的硬度为Hv400至Hv600。

上述第一步中，钢换热器管束经过表面预处理达到国际惯常通用标准Sa2标准、耐压力范围：壳程的为0.825 MPa、管程的为0.975MPa；钢换热器管束的材质为20#碳钢。