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電鍍工藝在石化設備腐蝕防護方面的應用
劉清榮， 王曉輝（赤峰學院建筑與機械工程學院，內蒙古赤峰０２４０００）
摘要：以蒸餾裝置常壓塔頂冷凝器為對象，概述電鍍工藝在石化設備腐蝕防護方面的應用。介紹電鍍工藝原理及工藝流程，并對電鍍工藝效果進行實驗評價。結果表明：電鍍Ｎｉ－Ａｌ復合鍍層的蒸餾裝置常壓塔頂冷凝器內表面總體平整，表面狀況良好，防腐性能較優(yōu)。這反映出電鍍工藝在增強石化設備表面防護效果方面具有優(yōu)勢且展現(xiàn)出美好的應用前景。
關鍵詞：石化設備；腐蝕防護；電鍍；工藝流程；工藝效果
中圖分類號：ＴＧ １７４ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：１０００－４７４２（２０１３）０６－０００４－０３
０ 前言
因所處環(huán)境惡劣（富含氮化物、硫化物、無機鹽和多種類型酸），致使腐蝕破損成為石化設備最主要的失效形式［１］。設備腐蝕非但影響正常運轉，更會造成嚴重損失。針對于此，提高石化設備的防腐性能以延長其應用周期顯得尤為必要且頗具現(xiàn)實意義。以石化設備的防腐降損為宗旨，石化企業(yè)和腐蝕領域的相關學者在對設備腐蝕機制進行深入研究的基礎上，提出并嘗試了多項防腐措施，如更換設備材質［２］、設備表面噴涂處理［３－４］、設備表面鍍覆處理［５－６］等。
本研究選取設備表面鍍覆處理的方法，以增強蒸餾裝置常壓塔頂冷凝器表面腐蝕防護效果為目標，于表面電鍍Ｎｉ－Ａｌ復合鍍層，并考察電鍍表面的形貌狀況與防腐性能。
１ 電鍍工藝原理及工藝流程
１．１ 工藝原理
歸納而言，電鍍是借助于氧化還原反應實現(xiàn)金屬離子還原為金屬并鍍覆沉積的工藝過程。具體闡釋為：陽極基質金屬失電子氧化為金屬陽離子進入鍍液，并在極間場力作用下遷移傳輸，于陰極表面得電子而還原鍍覆。
１．２ 工藝流程
蒸餾裝置常壓塔頂冷凝器內表面防腐處理的工藝流程主要包括表面修磨處理、表面除污屏蔽處理、表面活化處理、表面中和干燥處理和表面電鍍五個環(huán)節(jié)。下面著重闡述各環(huán)節(jié)的具體實施方法及工藝要點。
（１）表面修磨處理
為增強鍍層與被鍍基體的結合強度，需對基體進行打磨修整處理。修磨采用２８０＃和８００＃兩種類型的金相砂紙，分粗修磨和精修磨兩步展開。粗磨用以清除基體表面的蝕銹層，精磨則用以消除基體表面的微觀凹凸狀況。
（２）表面除污屏蔽處理
除污劑選用稀釋的丙酮溶液，并輔助超聲波振蕩，清洗時間約為５ｍｉｎ，以徹底去除表面積存的油污。對于非鍍表面，涂耐腐蝕絕緣密封膠進行屏蔽。
（３）表面活化處理
活化溶劑選用體積比約為１∶１的稀鹽酸，浸泡約２ｍｉｎ，溶解破壞表面氧化層，為鍍層與基體牢靠結合創(chuàng)造利好前提。
（４）表面中和干燥處理
經(jīng)活化處理后，緊接著先用稀氫氧化鈉溶液浸洗，中和表面殘存的稀鹽酸。再用蒸餾水反復沖洗待鍍表面，并進行整體真空干燥處理。
（５）表面電鍍
電鍍是核心環(huán)節(jié)，所選鍍液和所用工藝條件直接制約著鍍層防護效果的發(fā)揮。因本研究的對象為Ｎｉ－Ａｌ復合鍍層，兼顧鍍液分散性、鍍層內應力和Ａｌ粉與基質金屬鎳共沉積等方面，選擇氨基磺酸鹽型鍍液。優(yōu)選鍍液組分為：氨基磺酸鎳４００ｇ／Ｌ，氯化鎳４０ｇ／Ｌ，氯化鈉２０ｇ／Ｌ，硼酸３５ｇ／Ｌ，表面活性劑０．１ｇ／Ｌ。Ａｌ粉的粒徑約為１０μｍ，經(jīng)半鈍化處理后添加至鍍液中，其質量濃度為３０ｇ／Ｌ。為避免因滲氫氫脆而削弱鍍層的防護效果，電鍍過程在較高溫度（５０℃）下進行，以起到對鍍層持續(xù)熱處理的效果。另外，為減緩Ａｌ粉的沉降速率，促使其與基質金屬鎳共沉積并被嵌于鍍層中，電鍍中施加高強度攪拌，轉速為６００ｒ／ｍｉｎ。同時，兼顧共沉積速率和電極過程液相傳質狀況，電流密度采用７Ａ／ｄｍ２。
２ 電鍍工藝效果
研究表明：良好的形貌和致密的結構是鍍層發(fā)揮優(yōu)良防腐效果的先決前提［７］。對此，首先用表面輪廓儀觀察鍍層的形貌，用粗糙度計測定鍍層的表面粗糙度，再用掃描電鏡測試鍍層的微觀織構，進行間接預評價。其次，采用靜態(tài)浸泡腐蝕失重法，以質量損失率為指標，直接全面評價鍍層的防腐性能。
因工況決定蒸餾裝置常壓塔頂冷凝器內表面腐蝕多為鹽酸造成［８］，為確保實驗條件貼近實際應用環(huán)境以使結果具有可參考性，故腐蝕介質選用質量分數(shù)為１０％的稀鹽酸溶液。
２．１ 鍍層的表面狀況
圖１為電鍍Ｎｉ－Ａｌ復合鍍層的蒸餾裝置常壓塔頂冷凝器內表面的形貌。由圖１可知：電鍍Ｎｉ－Ａｌ復合鍍層的蒸餾裝置常壓塔頂冷凝器內表面總體平整，未出現(xiàn)明顯的坑洼起伏狀況，僅邊緣區(qū)域出現(xiàn)微幅翹凸。以中心線為界，分別向兩側按恒定間距（４ｍｍ）隨機取點測定表面粗糙度，結果見表１。由表１可知：鍍層表面不同區(qū)域處的粗糙度有所差異，測定范圍內的最低值約為０．７０μｍ，最高值約為０．８３μｍ。相比較而言，邊緣位置的粗糙度較中心位置的大。對比Ｎｉ－Ａｌ復合鍍層表面不同區(qū)域處的粗糙度，雖然可見明顯的升降趨勢，但就升降幅度來說，仍可歸為合理限度。由此可反映出鍍層表面狀況較為良好。
２．２ 鍍層的防腐性能
進一步評價Ｎｉ－Ａｌ復合鍍層的防腐性能。測定得出：鍍層在質量分數(shù)為１０％的ＨＣｌ溶液中的腐蝕質量損失率僅為６．５％。復合鍍層包含鎳與鋁兩種類型的金屬，因鋁的標準電極電位比鎳的更負，故由它們組合而成的腐蝕電池是以鋁作為陰極。圖２為Ｎｉ－Ａｌ復合鍍層腐蝕前后的微觀形貌。對比圖２（ａ）和圖２（ｂ）可知：因鋁表面極易氧化而形成保護薄膜，致使電極反應難發(fā)生，這就相當于減緩陽極鋅的溶解速率，從而表現(xiàn)為復合鍍層的防腐性能較優(yōu)，腐蝕輕微。
３ 結語
本文介紹了蒸餾裝置常壓塔頂冷凝器內表面電鍍的工藝原理和工藝流程，并考察了鍍層的表面狀況和防腐性能。得出結論：電鍍Ｎｉ－Ａｌ復合鍍層的蒸餾裝置常壓塔頂冷凝器內表面狀況良好，防腐性能較優(yōu)。這反映出電鍍工藝在增強石化設備表面防護效果方面具有優(yōu)勢且展現(xiàn)出美好的應用前景。
參考文獻：
［１］陳學東，王冰，關衛(wèi)和，等．我國石化企業(yè)在用壓力容器與管道使用現(xiàn)狀和缺陷狀況分析及失效預防對策［Ｊ］．壓力容器，２００１，１８（５）：４８－５１．
［２］徐公信．應用新材料新技術減輕氯堿工業(yè)腐蝕［Ｊ］．中國氯堿，２０００（９）：１５－１６．
［３］馬章林，呂傳富，劉澤昊．熱噴涂鋁覆蓋層在防腐中的應用［Ｊ］．油氣儲運，１９９６，１５（６）：２２－２４．
［４］郭清泉，黃慧民，陳煥欽．石化行業(yè)用金屬防腐涂料現(xiàn)狀及發(fā)展［Ｊ］．腐蝕科學與防護技術，２００６，１８（１）：４６－４９．
［５］陳相振．化學鍍鎳磷合金防腐工藝的應用［Ｊ］．設備管理與維修，１９９７（１１）：１３－１４．
［６］吳浩，尚世顯，顏衛(wèi)星，等．大型反應釜化學鍍鎳處理［Ｊ］．材料保護，１９９５，２８（１）：３６－３７．
［７］曹克寧，許韻華，楊玉國，等．高頻脈沖鍍Ｎｉ－Ｃｏ合金的形貌、微觀結構及耐蝕性研究［Ｊ］．電鍍與涂飾，２００７，２６（１２）：１－３．
［８］夏延燊．常減壓蒸餾裝置塔頂冷凝系統(tǒng)防腐蝕措施［Ｊ］．石油煉制與化工，２００６，３７（１）：３５－３７．
劉清榮， 王曉輝（赤峰學院建筑與機械工程學院，內蒙古赤峰０２４０００）
摘要：以蒸餾裝置常壓塔頂冷凝器為對象，概述電鍍工藝在石化設備腐蝕防護方面的應用。介紹電鍍工藝原理及工藝流程，并對電鍍工藝效果進行實驗評價。結果表明：電鍍Ｎｉ－Ａｌ復合鍍層的蒸餾裝置常壓塔頂冷凝器內表面總體平整，表面狀況良好，防腐性能較優(yōu)。這反映出電鍍工藝在增強石化設備表面防護效果方面具有優(yōu)勢且展現(xiàn)出美好的應用前景。
關鍵詞：石化設備；腐蝕防護；電鍍；工藝流程；工藝效果
中圖分類號：ＴＧ １７４ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：１０００－４７４２（２０１３）０６－０００４－０３
０ 前言
因所處環(huán)境惡劣（富含氮化物、硫化物、無機鹽和多種類型酸），致使腐蝕破損成為石化設備最主要的失效形式［１］。設備腐蝕非但影響正常運轉，更會造成嚴重損失。針對于此，提高石化設備的防腐性能以延長其應用周期顯得尤為必要且頗具現(xiàn)實意義。以石化設備的防腐降損為宗旨，石化企業(yè)和腐蝕領域的相關學者在對設備腐蝕機制進行深入研究的基礎上，提出并嘗試了多項防腐措施，如更換設備材質［２］、設備表面噴涂處理［３－４］、設備表面鍍覆處理［５－６］等。
本研究選取設備表面鍍覆處理的方法，以增強蒸餾裝置常壓塔頂冷凝器表面腐蝕防護效果為目標，于表面電鍍Ｎｉ－Ａｌ復合鍍層，并考察電鍍表面的形貌狀況與防腐性能。
１ 電鍍工藝原理及工藝流程
１．１ 工藝原理
歸納而言，電鍍是借助于氧化還原反應實現(xiàn)金屬離子還原為金屬并鍍覆沉積的工藝過程。具體闡釋為：陽極基質金屬失電子氧化為金屬陽離子進入鍍液，并在極間場力作用下遷移傳輸，于陰極表面得電子而還原鍍覆。
１．２ 工藝流程
蒸餾裝置常壓塔頂冷凝器內表面防腐處理的工藝流程主要包括表面修磨處理、表面除污屏蔽處理、表面活化處理、表面中和干燥處理和表面電鍍五個環(huán)節(jié)。下面著重闡述各環(huán)節(jié)的具體實施方法及工藝要點。
（１）表面修磨處理
為增強鍍層與被鍍基體的結合強度，需對基體進行打磨修整處理。修磨采用２８０＃和８００＃兩種類型的金相砂紙，分粗修磨和精修磨兩步展開。粗磨用以清除基體表面的蝕銹層，精磨則用以消除基體表面的微觀凹凸狀況。
（２）表面除污屏蔽處理
除污劑選用稀釋的丙酮溶液，并輔助超聲波振蕩，清洗時間約為５ｍｉｎ，以徹底去除表面積存的油污。對于非鍍表面，涂耐腐蝕絕緣密封膠進行屏蔽。
（３）表面活化處理
活化溶劑選用體積比約為１∶１的稀鹽酸，浸泡約２ｍｉｎ，溶解破壞表面氧化層，為鍍層與基體牢靠結合創(chuàng)造利好前提。
（４）表面中和干燥處理
經(jīng)活化處理后，緊接著先用稀氫氧化鈉溶液浸洗，中和表面殘存的稀鹽酸。再用蒸餾水反復沖洗待鍍表面，并進行整體真空干燥處理。
（５）表面電鍍
電鍍是核心環(huán)節(jié)，所選鍍液和所用工藝條件直接制約著鍍層防護效果的發(fā)揮。因本研究的對象為Ｎｉ－Ａｌ復合鍍層，兼顧鍍液分散性、鍍層內應力和Ａｌ粉與基質金屬鎳共沉積等方面，選擇氨基磺酸鹽型鍍液。優(yōu)選鍍液組分為：氨基磺酸鎳４００ｇ／Ｌ，氯化鎳４０ｇ／Ｌ，氯化鈉２０ｇ／Ｌ，硼酸３５ｇ／Ｌ，表面活性劑０．１ｇ／Ｌ。Ａｌ粉的粒徑約為１０μｍ，經(jīng)半鈍化處理后添加至鍍液中，其質量濃度為３０ｇ／Ｌ。為避免因滲氫氫脆而削弱鍍層的防護效果，電鍍過程在較高溫度（５０℃）下進行，以起到對鍍層持續(xù)熱處理的效果。另外，為減緩Ａｌ粉的沉降速率，促使其與基質金屬鎳共沉積并被嵌于鍍層中，電鍍中施加高強度攪拌，轉速為６００ｒ／ｍｉｎ。同時，兼顧共沉積速率和電極過程液相傳質狀況，電流密度采用７Ａ／ｄｍ２。
２ 電鍍工藝效果
研究表明：良好的形貌和致密的結構是鍍層發(fā)揮優(yōu)良防腐效果的先決前提［７］。對此，首先用表面輪廓儀觀察鍍層的形貌，用粗糙度計測定鍍層的表面粗糙度，再用掃描電鏡測試鍍層的微觀織構，進行間接預評價。其次，采用靜態(tài)浸泡腐蝕失重法，以質量損失率為指標，直接全面評價鍍層的防腐性能。
因工況決定蒸餾裝置常壓塔頂冷凝器內表面腐蝕多為鹽酸造成［８］，為確保實驗條件貼近實際應用環(huán)境以使結果具有可參考性，故腐蝕介質選用質量分數(shù)為１０％的稀鹽酸溶液。
２．１ 鍍層的表面狀況
圖１為電鍍Ｎｉ－Ａｌ復合鍍層的蒸餾裝置常壓塔頂冷凝器內表面的形貌。由圖１可知：電鍍Ｎｉ－Ａｌ復合鍍層的蒸餾裝置常壓塔頂冷凝器內表面總體平整，未出現(xiàn)明顯的坑洼起伏狀況，僅邊緣區(qū)域出現(xiàn)微幅翹凸。以中心線為界，分別向兩側按恒定間距（４ｍｍ）隨機取點測定表面粗糙度，結果見表１。由表１可知：鍍層表面不同區(qū)域處的粗糙度有所差異，測定范圍內的最低值約為０．７０μｍ，最高值約為０．８３μｍ。相比較而言，邊緣位置的粗糙度較中心位置的大。對比Ｎｉ－Ａｌ復合鍍層表面不同區(qū)域處的粗糙度，雖然可見明顯的升降趨勢，但就升降幅度來說，仍可歸為合理限度。由此可反映出鍍層表面狀況較為良好。
２．２ 鍍層的防腐性能
進一步評價Ｎｉ－Ａｌ復合鍍層的防腐性能。測定得出：鍍層在質量分數(shù)為１０％的ＨＣｌ溶液中的腐蝕質量損失率僅為６．５％。復合鍍層包含鎳與鋁兩種類型的金屬，因鋁的標準電極電位比鎳的更負，故由它們組合而成的腐蝕電池是以鋁作為陰極。圖２為Ｎｉ－Ａｌ復合鍍層腐蝕前后的微觀形貌。對比圖２（ａ）和圖２（ｂ）可知：因鋁表面極易氧化而形成保護薄膜，致使電極反應難發(fā)生，這就相當于減緩陽極鋅的溶解速率，從而表現(xiàn)為復合鍍層的防腐性能較優(yōu)，腐蝕輕微。
３ 結語
本文介紹了蒸餾裝置常壓塔頂冷凝器內表面電鍍的工藝原理和工藝流程，并考察了鍍層的表面狀況和防腐性能。得出結論：電鍍Ｎｉ－Ａｌ復合鍍層的蒸餾裝置常壓塔頂冷凝器內表面狀況良好，防腐性能較優(yōu)。這反映出電鍍工藝在增強石化設備表面防護效果方面具有優(yōu)勢且展現(xiàn)出美好的應用前景。
參考文獻：
［１］陳學東，王冰，關衛(wèi)和，等．我國石化企業(yè)在用壓力容器與管道使用現(xiàn)狀和缺陷狀況分析及失效預防對策［Ｊ］．壓力容器，２００１，１８（５）：４８－５１．
［２］徐公信．應用新材料新技術減輕氯堿工業(yè)腐蝕［Ｊ］．中國氯堿，２０００（９）：１５－１６．
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［４］郭清泉，黃慧民，陳煥欽．石化行業(yè)用金屬防腐涂料現(xiàn)狀及發(fā)展［Ｊ］．腐蝕科學與防護技術，２００６，１８（１）：４６－４９．
［５］陳相振．化學鍍鎳磷合金防腐工藝的應用［Ｊ］．設備管理與維修，１９９７（１１）：１３－１４．
［６］吳浩，尚世顯，顏衛(wèi)星，等．大型反應釜化學鍍鎳處理［Ｊ］．材料保護，１９９５，２８（１）：３６－３７．
［７］曹克寧，許韻華，楊玉國，等．高頻脈沖鍍Ｎｉ－Ｃｏ合金的形貌、微觀結構及耐蝕性研究［Ｊ］．電鍍與涂飾，２００７，２６（１２）：１－３．
［８］夏延燊．常減壓蒸餾裝置塔頂冷凝系統(tǒng)防腐蝕措施［Ｊ］．石油煉制與化工，２００６，３７（１）：３５－３７．
