煤制油酸性水储罐内防腐技术

煤制油酸性水储罐内防腐技术

摘要:煤制油示范工程中,由于产生的酸性水复杂的组分造成的储罐内防腐层严重脱落,文章介绍了着力解决这一问题的关于储罐内防腐技术的探索。

关键词:煤制油酸性水储罐防腐

1 引言

煤制油酸性水储罐内壁的腐蚀特征复杂,一般的储罐内防腐材料无法满足要求,内防腐脱落问题是酸性水储罐设备安全的隐患,同时也是制约装置长周期运行的瓶颈,已成为煤制油化工领域酸性水处理方面的一大课题。没有一种涂料可以作为储罐内壁的通用防腐蚀涂料,不同的介质和使用状况下,需要采用不同的涂料系统。[1]

2 煤制油酸性水储罐内防腐存在的问题

我公司污水汽提装置有四台酸性水储罐,分别为两台公称容积5000m3的事故缓冲罐T-103AB和两台工程容积3000m3的原料水罐T-101AB。自2008年10月份开始,四台储罐均在装置运行过程中储存了煤制油产生的酸性水,至2009年3月份,在全公司第一周期联动试车后的检修过程中发现四台储罐的内防腐均严重脱落,不再具备防腐作用。四台储罐投用前的内防腐使用酚醛环氧涂料,底漆涂敷层数:一道,面漆涂敷层数:二道,涂层厚度≥0.3mm。这种涂料和施工方法在石化行

业的酸性水储罐中较常见,但为什么应用在煤制油酸性水储罐中却在短短几个月的时间里便脱落了呢？对此我们结合罐内情况进行了分析,首先是一直处于满液位状态的T-101A罐的内壁防腐全部脱落,罐壁钢板全部裸露且隐约有腐蚀的斑点,罐底清理出大量防腐漆皮;而事故水罐T103AB两罐内由于储存酸性水的时间相对较短,罐内防腐层并未完全脱落,而是大面积的龟裂、起泡,外力作用轻易就能擦掉,另一重要现象就是储罐中部有一条约1米宽的防腐层彻底脱落部分,这说明油(含溶剂油)层对内防腐的破坏作用相对酸性水更大。我们认为:酸性水中的硫化物和氨含量较高且含有较多的酚、油(含溶剂油)等有机组分,普通的防腐材料无法满足要求,这是四个储罐内原防腐层脱落的主要原因。

3 煤制油酸性水储罐内防腐技术的探索

3.1 防腐涂料的选择

目前石化行业储罐内壁防腐涂层系统主要有环氧导静电涂料、环氧涂料、溶剂型酚醛环氧、无溶剂环氧涂料、无机硅酸锌涂料等涂层系统[2]。我公司酸性水储罐的设备使用情况如下:工作压力≤0.006MPa,工作温度≤60℃,储存酸性水组成:硫化物、氨、挥发酚、油(硫化物最高含量25000mg/L,氨最高含量40000 mg/L,油最高含量8%,挥发酚最高含量6000mg/L),腐蚀环境与普通石化厂储罐的腐蚀介质有一定差

别,采用通用的石化行业储罐内壁防腐涂层系统难以达到防腐要求。针对此特殊的腐蚀环境(温度较高,酸碱交替,油含量和挥发酚含量高)的特点,我们联系武汉材料保护研究所开发了纳米二氧化硅改性酚醛环氧涂料WF40A专用涂料,在两个公称容积3000m3的储罐T-101AB 中试用,取得了较好的效果。

3.2 WF40A专用涂料性能检测

为保证我公司酸性水储罐的防腐性能,对武汉材料保护研究所提供的纳米二氧化硅改性酚醛环氧涂料WF40A专用涂料性能进行了检测,并与使用较多的环氧涂料性能进行了对比试验。

3.2.1 纳米二氧化硅改性的酚醛环氧树脂的力学性能

由表1可以看出,环氧树脂涂膜属于典型的脆性断裂,断裂伸长率小。而纳米二氧化硅改性酚醛环氧树脂涂膜为韧性断裂,其断裂伸长率比环氧树脂涂膜提高十四倍,明显提高了酚醛环氧树脂的韧性,且拉伸强度和弹性模量均有提高,可提供高强度、高韧性的涂层。纳米材料颗粒细小,在分散过程中由于表面特性和晶体结构的独特之处会使材料产生很高的纵横比和表面积,能显示出一般材料所不具有的优异性能,使填充纳米粒子的材料性能大大优于填充传统材料性能。[3]纳米氧化硅分子中有羟基官能团能与酚醛中的羟基作用,使之嵌入酚醛结构中形成一种共聚物,从而提高酚醛环氧树脂的力学性能。

3.2.2 WF40A专用涂料的耐水性能

表2是纳米改性酚醛环氧涂料与环氧涂料在水中浸泡一段时间后涂层对金属底材的附着性能变化,从表中可以看出,环氧涂料在水溶液中涂层的附着性能降低很快,而纳米改性酚醛环氧涂料附着性能降低很慢,因此,纳米改性酚醛环氧涂料的附着性保持能力更好,长期防腐蚀能力更强。

3.2.3 WF40A专用涂料的耐溶剂性能

纳米二氧化硅改性酚醛环氧涂料与环氧涂料相比,有更高的交联密度,因此具有更好的耐溶剂性能(表3),对我公司酸性水特殊的腐蚀

环境(温度较高,溶剂含量和挥发酚含量高)的特点更适合。

3.2.4 WF40A专用涂料的耐酸碱盐腐蚀性能

纳米氧化硅改性酚醛环氧树脂WF40A专用涂料具有较高的耐温性与耐盐水,耐酸碱、耐溶剂腐蚀的效果(表4)。酚醛环氧树脂经纳米二氧化硅改性不仅提高了聚合物膜的交联密度,形成了高密度网状结构涂膜,具有好的耐水性与耐盐水腐蚀性。此外,由于纳米氧化硅有其独特的表面效应、体积效应、量子效应,纳米二氧化硅的加入使树脂交联度增强从而使其硬度增加,热变形温度提高,耐热性能也得到了改善。

上述防腐试验结果表明,WF40A专用涂料性能远优于普通环氧防腐涂料,其较好的耐温,耐酸、耐碱、耐溶剂性能正是煤制油酸性水储罐防腐技术所要求的。

3.3 酸性水罐防腐施工

2009年5月我们采用武汉材料保护研究所开发了纳米二氧化硅改性酚醛环氧涂料WF40A专用涂料在我公司的两个公称容积3000m3的储罐,进行了防腐施工。单台设备直径15m,筒体高度17.82m,罐体母材牌号:Q235-B,焊接材料牌号:J427,设备净重116600kg,内壁防腐面积2526.4m2。

3.3.1 表面处理要求

保证酸性水储罐内防腐的成功,除了选择好的防腐材料之外,更需要高素质的涂装施工队伍和设备,以及严格的质量控制程序。

储罐内壁的表面处理要求十分严格,主要涉及到喷射清理、表面粗糙度、灰尘清洁度、盐分测试等。喷射清理通常要求达到Sa 2.5(GB 8923—1988)表面粗糙度,对于一般涂层要求为Rz40～75μm,灰尘清洁度要求不大于ISO 8502－3的2级。对于盐分测试,按ISO 8502－6和ISO 8502－9进行,要求表面氯离子含量小于50mg/m2。

3.3.2 涂层体系和涂层厚度

使用WF40A改性酚醛环氧涂料,底漆涂敷层数:一道,面漆涂敷层数:二道,涂层总厚度≥0.3mm,采用刷涂施工。

3.3.3 质量检查要点

储罐内壁的施工需要专业的人员和专业的设备,其质量控制要点可以按施工阶段一般分为现场检查、结构和清洁检查、表面处理检查、施工检查和最终检查。必须按照施工要求,对各项细节进行严格检查。

4 WF40A专用涂料的使用情况

使用了纳米二氧化硅改性酚醛环氧涂料WF40A专用涂料后,至2010年4月份装置停工检修再次入罐检查,发现T-101A罐内防腐层完