表面涂层技术在石油炼制领域的应用

肖建韩 张甫敏

中石油云南石化有限公司 云南 安宁 650300

摘要：石油炼制生产环境恶劣，设备在高温高压条件下长期运行，可能出现腐蚀、失效问题，为延长设备使用寿命，可引进表面涂层技术。基于此，文章以表面涂层技术在石油炼制领域的应用为研究对象，总结表面涂层技术的应用方式、内容与未来发展趋势，深化行业工作者对表面涂层技术的认识，使其得到推广普及。

关键词：表面涂层技术；石油炼制；换热器

前言：表面涂层技术是指在物品表面涂刷一层性能优异材料，提高物品表面的某项性能，如耐高温性能、抗腐蚀性能、耐磨损性能等，避免物品在使用期间出现破损、老化、腐蚀等问题。表面涂层技术在石油炼制领域的应用，可增强石油炼制装置的运行性能，实现高效、安全生产。

1. 表面涂层技术在石油炼制领域的应用方式

在材料多元化发展背景下，表面涂层技术的涂层材料、涂层方式更为多样，可用于石油炼制领域的技术相对较多，技术人员可根据石油炼制的需求，选择合适的表层涂层技术，常用方式如下：

1. 热浸镀技术。该技术的涂层材料为金属，选择合适的金属材料，浸入表层为低熔点金属或合金的构件中，在构件表层覆盖性能更优异的金属层，以此保护构件表层，避免其出现腐蚀或磨损问题，影响构件运行。在表面涂层技术中，热浸镀工艺成熟，适用于外观相对平整的工件，如反应器管道、转换器等，涂层厚度为0.5-1mm，易在石油炼制期间脱落或变形^[1]。未来发展重点在于材料的创新与热浸镀方式的改革升级，如在镀液中引入合金，利用超声波实施热浸镀等。

2. 热喷涂技术。该技术的涂层材料较为多样，通过加热处理，使涂层材料转变为熔融或半熔融状态，转变为熔滴，喷涂于工件表面，增强工件的耐磨性能、绝缘性能或耐高温性能等。该技术适用于大部分工件，如烟气轮机、反应器等，喷涂效率高，但涂层结合力稍显不足，且涂层孔隙率较高。未来发展的重点在于热喷涂层的孔隙率、涂层与基地间的结合强度等方面。

3. 固体粉末包埋技术。该技术的涂层材料为金属粉末、活化剂等物质的混合物，适用于石油炼制生产所用的小型工件，如填料或炉管等。技术人员可将涂层材料置于密封容器内，再将小型工件置于涂层材料中，密封容器进行加热处理，使工件表面出现扩散镀层，不会出现漏渗现象，但耗材较多，扩散镀层易被氧化，未来趋势在于涂层材料的节约与创新。

4. Ni-P化学镀技术。该技术的涂层材料为镍、磷金属材料，通过化学镀技术在工件表层覆盖金属镍磷层，涂层具有较高致密性，可提高工件表层硬度、均匀性。该技术的适用性较强，对工件形状无要求，适用于阀门、转子叶片等工件的涂层，但镀液存在污染问题。未来发展趋势在于Ni-P化学镀技术与其他技术的融合，如Ni-P基纳米复合镀层等。

5. 激光熔覆技术。该技术的涂层材料为粉末材料，如碳化物复合粉或合金粉末等，通过高能密度激光将涂层材料熔覆于工件表面，可在短时间内迅速凝固，增强表面性能。该技术可显著提升工件表面的耐高温性能与耐磨性，但涂层易出现裂纹，适用于活塞杆、轴类零件等工件，未来发展趋势在于涂层材料的优化与改进。

2. 表面涂层技术在石油炼制领域的应用内容

1. 常减压装置

在常减压装置中，表面涂层技术用于以下工件：（1）换热器，使用Ni-P化学镀技术，进行换热器管道涂层，可在保障传热效率的基础上，将其抗腐蚀性能提升约四倍；也选择碳钢渗铝作为涂层材料，通过固体粉末包埋技术涂层，提高低温换热器的强度与耐磨性（2）阀门，在石油炼制领域，常减压装置的阀门密封面运行环境表现出低温、腐蚀特点，可在阀门密封面堆焊合金，也可以Ni基直熔合金为涂层材料，通过激光熔覆技术涂层，使阀门密封面表层更为致密；（3）填料，常减压装置的填料更换频率较高，可通过CTS纳米表面改性技术，对填料进行强化处理，提升其耐腐蚀性、抗拉强度，减少填料更换频率，降低成本。

2. 加氢装置

在石油炼制领域，加氢装置的环境温度较高，最大为420℃，且装置内烃类分子裂解，产生具有腐蚀性的化学物质，装置运行环境恶劣，某石油企业改变传统不锈钢耐蚀层堆焊工艺，以陶瓷粉末为材料，实施热障涂层，规避材料回火脆化问题的出现，提高反应器耐腐蚀性，延长其使用寿命，降低生产成本。同时，技术人员也可应用热喷涂技术，选择锌或铝作为涂层材料，也可配合使用两种金属，或选择稀土铝合金材料，提升热喷涂层和工件表面的结合强度，增强耐腐蚀效果。

3. 延迟焦化装置

某炼油厂技术人员发现换热器管道内壁涂层出现破损，引发穿孔问题，影响换热器功能。在此基础上，技术人员引进先进表面涂层技术，以钛纳米聚合物作为涂层材料，通过化学方法在管道内壁形成涂层，目前该炼油厂的换热器管道已正常运行四年，涂层效果显著。同时，美国C3企业研发了氧化物纳米薄膜，可作为涂层材料，保护延迟焦化装置的加热炉管道，避免管道内聚集大量焦炭，延长管道使用寿命

^[2]。

4. 催化裂化装置

在催化裂化装置中，表面涂层技术常用于如下工件中：（1）烟气轮机，以GH864合金为涂层材料，通过激光熔覆技术涂层，可用于修复烟气轮机，或应用WC-12Co材料，进行热喷涂；（2）油浆泵，该工件在石油炼制领域使用寿命较短，可采用热喷涂技术，将Ni-Cr材料覆盖于油浆泵过流区域，应用激光熔覆技术覆盖泵筒内壁等区域，延长使用寿命；（3）压缩机，在石油炼制中，压缩机的主轴运行环境具有高温、烟气浓度高的特点，可通过热喷涂技术，将Ni-Cr-Si镍基合金覆盖于压缩机主轴表层，延长其使用寿命；（4）滑阀与阀杆，选择Co-Cr-W系钴基合金为涂层材料，以热喷涂技术涂层，修复腐蚀的滑阀与阀杆，延长近4年使用寿命。

结论：综上所述，在石油炼制领域，常用的表面涂层技术较多，技术人员应合理选择，将表面涂层技术用于石油炼制领域的各个装置，如常减压装置的换热器、阀门、填料，催化裂化装置的烟气轮机、油浆泵、压缩机、滑阀与阀杆，以及加氢装置、延迟焦化装置，为石油炼制装置创造稳定运行条件，提升生产效益。

参考文献：

[1]王哲,马勤云,张会英,等.石油管道腐蚀因素及其防护策略分析[J].中国石油和化工标准与质量,2020,40(16):27-28+30.

[2]王振.石油炼化管道防腐保温隔热复合涂层的制备及性能研究[D].江西理工大学,2020.