鋼換熱器管束表面改性鋅鋁稀土共滲方法及其滲劑技術

本發明專利技術涉及金屬的化學熱處理技術領域，是一種鋼換熱器管束表面改性鋅鋁稀土共滲方法及其滲劑；該鋼換熱器管束表面改性鋅鋁稀土共滲方法，按下述步驟進行：第一步，將鋼換熱器管束經過表面預處理；第二步，將第一步處理后的鋼換熱器管束包埋在滲劑中。本發明專利技術通過將鋼換熱器管束包埋在滲劑中，使基體金屬鐵獲得一種外層富鋁，內層富鋅的雙層結構的鋅鋁稀土共滲層，抗腐蝕性能顯著提高，通過滲劑添加稀土元素，進一步提高了滲層的附著力；從而使材料的抗高溫腐蝕性能得到大幅度提高，其加工制作比滲鋁和化學鍍的成本低15％至30％，解決了制約生產運行的腐蝕問題，取得了明顯的防腐運行的效果，降低了生產成本，延長了使用壽命。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及金屬的化學熱處理
，是ー種鋼換熱器管束表面改性鋅鋁稀土共滲方法及其滲劑。
技術介紹
目前大澇壩集氣處理站凝析油穩定換熱器換熱管束材質為20#碳鋼，設計運行溫度為195°C，因凝析油高含鹽(143. 95 mg/L )、高含臘(14. 68%)、高酸值(0. 0758mgK0H/g)；地層水高氯離子(152823. 61mg/L)、高礦化度(247536. 91mg/L)，低ph值(< 6)，導致管束出現腐蝕穿孔，在4年的生產運行中相繼5臺管束穿孔報廢，腐蝕速率3. 14 mm/a。換熱器是石油、化工、發電等行業主要的エ藝裝備，占裝備總量的35%以上，而換熱設備使用面臨的ー個主要問題就是腐蝕，據介紹，僅全國在煉油廠毎年在換熱器上的投資就近20億元。 通常減緩控制設備腐蝕的措施分為材料升級和材料表面處理兩大類，材料升級是非常不經濟的做法，一般企業難已接受。材料表面處理又分為防腐涂層和化學處理，而防腐涂層表面耐高溫能差、難以消除針孔、涂層附著力較差，致使防腐層容易受到損壞，大澇壩凝穩換熱器管束環氧樹脂防腐層涂層高溫段脫落也說明了這一點；化學鍍鎳磷合金換熱器是陰極性鍍層，可延長換熱器運行周期，但延展性和粘結性質差，易出現氣泡現象，實際應用中無法展示其優異的性能；化學鍍鎳磷粉末滲鋁換熱器900°C高溫處理，高于碳鋼管的退火溫度，碳鋼構件易變形，粉末滲鋅換熱器適用于200°C以下液體腐蝕環境，耐鹽酸腐蝕性能差。國內石化系統煉油裝置由于催化裂化，換熱器溫度高，腐蝕嚴重，在20世紀90年代已經開展了金屬覆蓋層治理換熱器腐蝕研究工作，并且取得了很好的使用成果。如何選擇導電性、導熱性、塑性和韌性都好的金屬，作為化學熱處理的金屬覆蓋層材料，從提高碳鋼管表面合金層質量，以適用苛刻的工作環境，延長換熱管束使用壽命；改進加工生產エ藝，降低生產制作成本，滿足換熱管束防腐蝕的兩個問題入手，利用金屬的活化溫度，在合理高溫區域條件下，將金屬滲入到鋼鐵エ件的表面層，改變表面層的化學成分組織和結構性能，形成以鐵為基體的合金的金屬覆蓋層，體現優異抗腐蝕性能，達到高耐腐蝕性能和降低設備造價兩種功能，是急切期盼解決換熱管束防腐問題。目前設備表面防腐處理的方法有兩種ー是使用防腐涂料，如表面噴涂、襯橡膠等，由于高分子材料的特性和施工現場條件的限制要杜絕針孔缺陷很難實現。同時表面防腐耐熱溫度低且防腐層也容易受到損壞，使用受到很多限制，而且有機涂層會降低設備的傳熱效率。另外ー種是采用金屬的化學熱處理工藝，目前在國內普遍的作法単一滲鋁、滲鋅，在碳鋼管表面得到滲鋅鋼和滲鋁鋼，由于滲鋁エ藝溫度高達900°C，構件外觀易變形，需校準，其生產經濟性差，適于滲涂小型零配件，同時滲涂時間10 h至15 h，電耗高。滲鋅在涂層有鹽酸(HCl)介質腐蝕、PH>12的堿性介質腐蝕性能差缺陷。
技術實現思路
本專利技術提供了一種鋼換熱器管束表面改性鋅鋁稀土共滲方法及其滲劑，克服了上述現有技術之不足，其能有效解決目前換熱器換熱管束腐蝕穿孔的問題。本專利技術的技術方案之一是通過以下措施來實現的一種鋼換熱器管束表面改性鋅鋁稀土共滲方法，其按下述步驟進行第一歩，將鋼換熱器管束經過表面預處理；第二歩，將第一步處理后的鋼換熱器管束包埋在滲劑中；第三歩，加熱滲劑使滲劑在480°C至580°C的溫度下進行鋅鋁稀土共滲，共滲時間為不少于12小時，形成鋅鋁稀土共滲層；其中滲劑按重量份組成為鋅粉40份至45份、鋅鋁鈰合金粉40份至50份、氧化鋁粉8份至12份、氯化銨2份至3份。下面是對上述專利技術技術方案之一的 進ー步優化或/和改進 上述鋅粉為100目至150目的鋅粉或/和鋅鋁鈰合金粉為150目的鋅鋁鈰合金粉或/和氧化鋁粉為100目至150目的氧化鋁粉。上述鋅鋁鈰合金粉中按重量份組成為鋅33份至36份、鋁8份至10份、鈰I份至2份。在上述第三步中，加熱滲劑使滲劑在480°C的溫度下進行以鋅為主共滲，以鋅為主共滲時間為不少于12小時；在以鋅為主共滲完成后繼續加熱滲劑使滲劑在580°C的溫度下進行以招為主的共滲，以招為主共滲時間為不少于12小時。上述鋅招稀土共滲層的厚度為95mm至105mm。上述鋅鋁稀土共滲層的硬度為Hv400至Hv600。上述第一歩中，鋼換熱器管束經過表面預處理達到國際慣常通用標準Sa2標準、耐壓カ范圍殼程的為0. 825 MPa、管程的為0. 975MPa ;鋼換熱器管束的材質為20#碳鋼。本專利技術的技術方案之ニ是通過以下措施來實現的ー種上述的鋼換熱器管束表面改性鋅鋁稀土共滲方法中所使用的滲劑，其組成為鋅粉40份至45份、鋅鋁鈰合金粉40份至50份、氧化鋁粉8份至12份、氯化銨2份至3份。下面是對上述專利技術技術方案之ニ的進ー步優化或/和改進 上述鋅粉為100目至150目的鋅粉或/和鋅鋁鈰合金粉為150目的鋅鋁鈰合金粉或/和氧化鋁粉為100目至150目的氧化鋁粉。上述鋅鋁鈰合金粉中按重量份組成為鋅33份至36份、鋁8份至10份、鈰I份至2份。本專利技術通過將鋼換熱器管束包埋在滲劑中，使基體金屬鐵獲得ー種外層富鋁，內層富鋅的雙層結構的鋅鋁稀土共滲層，抗腐蝕性能顯著提高，通過滲劑添加稀土元素，進ー步提聞了滲層的附著力；從而使材料的抗聞溫腐蝕性能得到大幅度提聞，其加工制作比滲鋁和化學鍍的成本低15%至30%，解決了制約生產運行的腐蝕問題，取得了明顯的防腐運行的效果，降低了生產成本，延長了使用壽命。附圖說明附圖I為本專利技術滲鍍溫度對鋅鋁共滲的影響關系曲線圖。附圖2為本專利技術滲鍍溫度在580°C下鋅鋁共滲的加熱時間曲線圖。附圖3為本專利技術580°C下鋅鋁稀土共滲層12h后掃描電鏡截面形貌掃描圖。附圖4為本專利技術580°C下鋅鋁稀土共滲層12h后表面XRD物相分析結果圖。附圖5為滲鋁試樣、滲鋅試樣、20#鋼試樣、本專利技術所得鋼換熱器管束表面改性鋅鋁稀土共滲的試樣(簡稱為本專利技術試樣)在40°C自來水介質中沖刷腐蝕重量變化-時間關系曲線圖。附圖6為滲鋁試樣、滲鋅試樣、20#鋼試樣、本專利技術所得鋼換熱器管束表面改性鋅鋁稀土共滲的試樣(簡稱為本專利技術試樣)在40°C的3. 5%氯化鈉水介質中沖刷腐蝕重量變化-時間關系曲線圖。附圖7為滲鋁試樣、滲鋅試樣、20#鋼試樣、本專利技術所得鋼換熱器管束表面改性鋅鋁稀土共滲的試樣(簡稱為本專利技術試樣)在40°C的3. 5%氯化鈉十20g/L ニ氧化硅水介質中磨損的增重變化-時間關系曲線圖。 具體實施例方式本專利技術不受下述實施例的限制，可根據本專利技術的技術方案與實際情況來確定具體的實施方式。實施例1，該鋼換熱器管束表面改性鋅鋁稀土共滲方法按下述步驟進行第一步，將鋼換熱器管束經過表面預處理；第二步，將第一歩處理后的鋼換熱器管束包埋在滲劑中；第三歩，加熱滲劑使滲劑在480°C至580°C的溫度下進行鋅鋁稀土共滲，共滲時間為不少于12小時，形成鋅鋁稀土共滲層；其中滲劑按重量份組成為鋅粉40份至45份、鋅鋁鈰合金粉40份至50份、氧化鋁粉8份至12份、氯化銨2份至3份。實施例2，該鋼換熱器管束表面改性鋅鋁稀土共滲方法按下述步驟進行第一步，將鋼換熱器管束經過表面預處理；第二步，將第一歩處理后的鋼換熱器管束包埋在滲劑中；第三歩，加熱滲劑使滲劑在480°C或580°C的溫度下進本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋼換熱器管束表面改性鋅鋁稀土共滲方法，其特征在于按下述步驟進行：第一步，將鋼換熱器管束經過表面預處理；第二步，將第一步處理后的鋼換熱器管束包埋在滲劑中；第三步，加熱滲劑使滲劑在480℃至580℃的溫度下進行鋅鋁稀土共滲，共滲時間為不少于12小時，形成鋅鋁稀土共滲層；其中：滲劑按重量份組成為鋅粉？40份至45份、鋅鋁鈰合金粉40份至50份、氧化鋁粉8份至12份、氯化銨2份至3份。

【技術特征摘要】
1.一種鋼換熱器管束表面改性鋅鋁稀土共滲方法，其特征在于按下述步驟進行第一步，將鋼換熱器管束經過表面預處理；第二步，將第一步處理后的鋼換熱器管束包埋在滲劑中；第三步，加熱滲劑使滲劑在480°C至580°C的溫度下進行鋅鋁稀土共滲，共滲時間為不少于12小時，形成鋅鋁稀土共滲層；其中滲劑按重量份組成為鋅粉40份至45份、鋅鋁鈰合金粉40份至50份、氧化鋁粉8份至12份、氯化銨2份至3份。2.根據權利要求I所述的鋼換熱器管束表面改性鋅鋁稀土共滲方法，其特征在于鋅粉為100目至150目的鋅粉或/和鋅招鋪合金粉為150目的鋅招鋪合金粉或/和氧化招粉為100目至150目的氧化鋁粉。3.根據權利要求2所述的鋼換熱器管束表面改性鋅鋁稀土共滲方法，其特征在于鋅鋁鈰合金粉中按重量份組成為鋅33份至36份、鋁8份至10份、鈰I份至2份。4.根據權利要求I或2或3所述的鋼換熱器管束表面改性鋅鋁稀土共滲方法，其特征在于加熱滲劑使滲劑在480°C的溫度下進行以鋅為主共滲，以鋅為主共滲時間為不少于12小時；在以鋅為主共滲完成后繼續加熱滲劑使滲劑在580°C的溫度下進行以鋁為主的共滲，以鋁為主共滲時間為不少于12小時。5.根據權利要求I或2或3或4所述的鋼換熱...

【專利技術屬性】
技術研發人員：文軍紅，羊東明，吐依洪江，代維，賈雷，梁根生，姚金花，陳玉，
申請(專利權)人：中國石油化工股份有限公司，
類型：發明
國別省市：