充氮保護技術(shù)在空冷器中的應用

張建

摘 要：本文主要研究了空冷器充氮保護工藝方法，通過模擬試驗分析了各種方法的適用情況，利用以往制造經(jīng)驗以及理論計算確定工裝尺寸、充氮保護參數(shù)等，從而確定了空冷器管束完整的充氮保護方案。

關(guān)鍵詞：充氮保護；工藝方法；參數(shù)確定；操作要求

中圖分類號：TU831 文獻標志碼：A

1 概述

隨著國內(nèi)空冷器設(shè)計、制造技術(shù)的不斷提高，國產(chǎn)空冷式換熱器逐步進入國際市場，替代進口產(chǎn)品，因此在產(chǎn)品制造完畢直至產(chǎn)品使用過程中，往往經(jīng)過長途運輸、海運以及長時間存放，而對于碳鋼、耐熱鋼空冷器內(nèi)部一般無防腐處理，因此在運輸、存放過程中的內(nèi)部容易產(chǎn)生銹蝕，因此對空冷器管束充氮保護工藝進行研究，以確定在不同情況下所適用的保護方法。

2 充氮保護目的

2.1 內(nèi)部防腐

空冷器管束在運輸存放過程中的防腐主要是防止內(nèi)部碳鋼金屬表面銹蝕，而銹蝕是一種化學反應，本質(zhì)上是金屬接觸氧氣與水發(fā)生的氧化反應，因此有效控制管束內(nèi)氧氣與水的含量，就可以降低金屬腐蝕速率，而充氮保護是目前使用最為廣泛的一種方法。

2.2 保持內(nèi)部清潔干燥

由于液壓試驗后管束內(nèi)部死角或容器壁會殘留一定量水，對于碳鋼管束會產(chǎn)生銹蝕，對于不銹鋼管束會產(chǎn)生氯離子污染，因此通過充氮保護可一定程度地減少內(nèi)部殘留液體。對于管束內(nèi)部有干燥度（露點）要求的，制造廠利用氮氣處理、封存，這樣到現(xiàn)場用戶不需要進行太多的內(nèi)部露點置換。

2.3 密封性檢驗

由于充氮使得管束內(nèi)部有一定壓力且配有壓力表顯示，能夠直觀檢查容器密封性，可作為管束出廠前最后一道檢驗工序。

3 充氮保護方法

3.1 直接加壓法

將管束密封，直接將內(nèi)部充入一定量氮氣，使管束內(nèi)部形成正壓力，組織外界水蒸氣進入。

3.2 反復加壓法

將管束所有開口處用盲板封堵，然后內(nèi)部充入一定量氮氣，靜止一段時間后排氣，反復加壓、泄壓，通過壓力排除內(nèi)部空氣，然后充入一定量氮氣進行密封。

3.3 置換法

將管束密封，打開最低點排氣閥門，由上部連續(xù)充入氮氣，由于空氣略重于氮氣，因此通過高進低出，將管束內(nèi)部空氣排出，根據(jù)管束管程數(shù)與容積確定置換時間， 一般氮氣置換量不低于管束內(nèi)容量的兩倍。對于多管程管束可在每管程出口側(cè)設(shè)置排放閥門，逐管程進行置換。

3.4 抽真空法

以上方法均是降低管束內(nèi)氧含量，而抽真空法利用水在常溫下抽真空后會迅速沸騰氣化的原理，將管束內(nèi)水蒸氣排出。

3.5 復合法

即置換法+抽真空法+內(nèi)部干燥劑法，通過將多種充氮保護方法疊加使用，也可增加反復加壓法與其他方法組合使用。在內(nèi)部適當位置放置干燥劑，提高管束內(nèi)部干燥度。

4 管束充氮保護組成及參數(shù)確定

于法蘭盲板厚度可根據(jù)GB150進行計算，見式（1），

其中，δp為盲板計算厚度，mm；DC為盲板計算直徑，mm；PC為氮氣充裝壓力，MPa；K為結(jié)構(gòu)特征系數(shù)；[δ]t為設(shè)計溫度下盲板材料的許用應力，MPa； ?為焊接接頭系數(shù)。

5 模擬試驗

通過模擬試驗測試各方法對管束內(nèi)表面防銹的效果。采用同材質(zhì)掛片試樣，同種前處理過程，置于表1所示的充氮方法容器內(nèi)進行試驗，充氮壓力均為0.05MPa，密閉存放3個月后觀察試樣表面狀態(tài)，見表1與圖1（a）～圖1（e）。

6 綜合比較分析

直接加壓法：此方法操作簡單，但是無法徹底清除管束內(nèi)殘留空氣，可降低管束內(nèi)部腐蝕速率，然而長時間存放會產(chǎn)生銹蝕，如圖1（a）所示，因此僅適用于對內(nèi)部防腐要求不高或短途、短時間存放的管束。

反復加壓法：此種方法可有效降低管束內(nèi)氧含量，降低腐蝕速率，但對于多管程、結(jié)構(gòu)復雜管束，操作過程較為煩瑣，且氮氣用量較大，由于無法徹底清除管束內(nèi)部殘留水蒸氣，因此長時間存放表面會產(chǎn)生少量銹蝕，如圖1（b）所示，此方法不適用對管束干燥度、露點有要求情況。

置換法：此種方法為目前普遍使用的充氮方式，相對于反復加壓法，防護效果略有提升，操作簡便，氮氣置換效果較好，但氮氣用量相對較大，也無法徹底清除管束內(nèi)部殘留水蒸氣，因此長時間存放表面也會產(chǎn)生少量銹蝕，如圖1（c）所示，適用于長期儲存、運輸，且對干燥度、露點無特殊要求情況。

抽真空法：此種方法不僅僅能夠最大程度地排出管束內(nèi)殘留空氣，還可有效降低管束內(nèi)相對濕度，但由于空冷器管束結(jié)構(gòu)特殊，具有較多死角與螺紋連接處，因此無法徹底清除氧氣與水分，長時間存放表面也會產(chǎn)生個別銹點，如圖1（d）所示，對于有露點檢測要求的可采取此方法，實際操作相對簡單，但各連接接頭較多，對工裝密封性要求較高。

復合法：通過以上多種方法組合并配合局部處理方法能夠更加徹底地排除氧氣與水分。由于是將多種方法組合使用，實際操作較為復雜，連接接頭較多。但防護效果較為明顯，不僅有效地置換管束內(nèi)部空氣，還可排出大量水蒸氣，適用于長途運輸、海運或長時間存放的管束，且能夠滿足對露點有較高要求的環(huán)境。

結(jié)語

綜上所述，采用充氮保護技術(shù)可有效降低并控制管束內(nèi)部銹蝕，保證在運輸、存放過程中管束內(nèi)部不受到污染、侵害，提高設(shè)備安全穩(wěn)定性，對于實際應用的充氮保護方法多種多樣，不僅限于本文中所提到的方法，因此本文中所提到的內(nèi)容請讀者借鑒，對于不詳盡、歧義之處愿與讀者交流、修改。

參考文獻

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