专利名称：用于换热管内外壁防腐的渗箱层埋式扩散渗铝方法
技术领域：
本发明属于材料防腐领域，涉及化工石油换热设备碳钢换热管的防腐，尤其是用于换热管内外壁防腐的渗箱层埋式扩散渗铝方法。
背景技术：
随着我国加工进口高硫、高酸值原油的不断增加，设备腐蚀问题对装置长周期运行越来越构成威胁。而普通涂层防腐存在着不耐高温、不耐冲刷、易老化等缺陷，而依靠升级材料等级将大大增加建设投入，且不锈钢材料抗H2S腐蚀性不高。固态扩散渗铝技术可以很好地解决设备投资与材料抗腐蚀性直接的矛盾，有着很好的社会和经济效益。
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发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种用于换热管内外壁防腐的渗箱层埋式扩散渗铝方法，以有效提高碳钢设备对高含硫原油防腐蚀效果，降低设备成本。本发明实现目的的技术方案如下所述其他材料包括氢氧化钠、葡萄糖酸钠、玻璃粉、NaF, NH4C1、耐火泥，其重量比例为氢氧化钠葡萄糖酸钠玻璃粉NaF =NH4Cl :耐火泥=1:0. 3 :4:1:0. 8:15。本发明的优点和积极效果是1、本发明处理后的换热管，其整体机械性能基本保持不变，而表面渗铝层具有优异的抗高温氧化性能和耐腐蚀性能，且还具有很好的抗渗碳性和抗渗氢性，渗铝层在2400C 500°C范围内具有优异的抗高温S、H2S, SO2, SO3和RCOOH(环炕酸〉的腐蚀能力，在1200C以下低温湿环境中有优良的抗H2S、CO、CO2, NH3> HCN、HNO3和海水等介质的腐蚀能力，尤其是抗H2S腐蚀，对不锈钢的具有明显的性价比优势。2、本发明所采用的渗箱的结构型式和渗剂配比、工艺方法操作简单，省时，省力，环境污染小，在石油、化工、冶金、电力等行业有着广泛的应用，适用于非HCl环境高含硫原油换热设备的换热管内外壁防腐。
具体实施例方式下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。为便于叙述整个工艺流程，首先叙述一下渗箱的结构1、渗箱为长方体形，也可以是圆形(适用于井式炉)，包括箱体、箱盖及热电偶，所用材料为3 20钢板(0235及以上)，筋板采用δ 14钢板，箱体连接环板采用δ26钢板；箱体焊缝棱角度不超过(1/10壁厚+2) mm,直线度不超过1%全长；2、所有箱体焊缝均为连续焊，箱体(含顶盖)本体连接焊缝进行100%UT检测，JB4730-2005标准I级合格，未标注焊脚为较薄件厚度，筋板采用50*50mm交错断续焊。
3、每3000mm设置一个热电偶，热电偶设置在1/2箱体高度，位置居中，引线由透气孔穿出。4、渗箱顶盖外半管在工件及渗剂充装完毕后施焊，施焊后保证无泄漏。一种用于换热管内外壁防腐的渗箱层埋式扩散渗铝方法，步骤是⑴将多种金属与非金属材料按一定比例(铝粉材料占80-85%，石墨粉材料占10%，其他材料占6-10%)配好，在400°C以下密闭冶炼成固态合金，然后将此合金磨成20(Γ300目的粉末，这种合金粉末称为渗铝剂；⑵渗铝剂主要成分为氢氧化钠、葡 萄糖酸钠、三氧化二铝、铝粉、石墨粉、玻璃粉、耐火泥、NaF、NH4C1等；其中，氢氧化钠、葡萄糖酸钠、玻璃粉、NaF、NH4Cl、耐火泥的重量比例为氢氧化钠葡萄糖酸钠玻璃粉:NaF =NH4Cl :耐火泥=1:0. 3 :4:1:0. 8:15。⑶将被渗工件按水平分层装入渗箱内，然后向渗箱内装入调配好的渗铝剂，边装渗铝剂边振动渗箱，使渗铝剂严实充满箱内工件与工件间、工件与箱体间的所有空间，工件之间最小间距为10mm，依据工件大小在层间放置1-2支热电偶，热电偶需加金属护套，引线从透气孔穿出，加满渗铝剂后将箱体按要求密封。为了换热管内防腐的渗铝剂便于清理，需增加一定比率型砂(比例1%)，以确保溃散性；⑷将渗箱放进加热炉内，按设定的工艺曲线升温、恒温、降温、停炉冷却到一定温度时，即温升速度小于300°C /h，恒温温度为700-900°C，恒温时间4_6h条件下渗箱出炉。渗箱表面降到40°C以下时，打开渗箱工件与渗铝剂一起出箱、工件与渗铝剂剂分离、工件清理、检查验收入库、渗剂回收再用。本发明所涉及的渗箱层埋式扩散渗铝的工作机理渗箱层埋式扩散渗铝方法是将被渗工件和固体粉末渗铝剂，按一定要求装入一个特制的箱体内密闭，放进加热炉内，按一定的要求加热、恒温，在加热过程中渗铝剂内发生一系列的化学反应、使渗剂中的铝原子活化、从而将铝原子渗透(扩散)到钢表层基体内，在钢表层基体内形成一层铁招合金的过程。渗层的组织及硬度与铝含量的关系。根据铁铝合金状态图，随着渗层中铝含量的增加、在渗层中依次出现铝在α铁中的固熔体、Fe3Al、FeAl、FeAl2和少量的Fe2Al5及FeAl3等，渗层组织、硬度及铝含量有以下对应关系a渗层表面主要成份是FeAl2和少量的Fe2Al5及FeAl315这层最硬在HVa(l550(THVo.o5650左右，这层的铝含量在45% (wt)左右；b第二层主要成份是Al4C3相，灰色棒状；(3第三层主要成份是？41、硬度值!1\(153001^(|.(15500左右，这层铝含量32%(被)左右；d第四层主要成份是Fe3Al,硬度在HVaQ5400以下，这层铝含量在14%以下；e第五层Al在α铁中的固熔体，硬度在HVQ.Q5300以下，铝含量在10%(wt)以下。f第六层为贫碳区。g第七层为富碳区。渗铝层分为以上七层仅为理论上的表述，在实际上有些层可能不存在，有些即使存在层间也没有明显界限。3、固体粉末渗剂作用将多种金属与非金属材料按一定比例配好，在特定的环境下冶炼成合金、然后将此合金磨成20(Γ300目的粉末，这种合金粉末称为渗铝剂。其作用有以下四个一是作为热载体，使被其包埋的工件均匀受热；二是作为填充材料、严密充满工件与工件，工件与渗箱间的所有空间，使工件无法变形；三是此渗剂具有除去工件表面浮锈功能，当加热到一定温度时渗剂中的某些成份与工件上的氧化铁发生化学反应，除去工件上的锈；因是渗剂与混合其中的铝粉、催渗剂等在加热过程中发生反应，使铝原子活化达到进入钢表面基体的条件。 ①渗剂、换热管分层装填在渗箱内，根据换热换长度，渗箱可分为立式、卧式；②箱内设置热电偶，便于进行温度控制；③采用固体粉末包层埋，接触充分、扩散均匀，工件不需酸洗除锈。在生产过程中无酸性污染物排放；④是渗剂可长期使用，有效地降低了生产成本。
权利要求
1.一种用于换热管内外壁防腐的渗箱层埋式扩散渗铝方法，其特征在于步骤是 ⑴将多种金属与非金属材料按比例配好，在400°C以下密闭冶炼成固态合金，然后将此合金磨成20(Γ300目的粉末，这种合金粉末称为渗铝剂； ⑵将被渗工件分层装入渗箱内，然后向渗箱内装入渗铝剂，边装渗铝剂边振动渗箱，使渗铝剂严实充满箱内工件与工件间以及工件与箱体间的所有空间，工件之间最小间距为10mm，依据工件大小在层间放置1-2支热电偶，热电偶需加金属护套，引线从透气孔穿出，加 两渗招剂后将箱体常封； ⑶将渗箱放进加热炉内，按温升速度小于300°C /h、恒温温度为700-900°C、恒温时间4-6h加热，之后渗箱出炉； ⑷当渗箱表面温度降到40°C以下时，打开渗箱工件与渗铝剂一起出箱、工件与渗铝剂剂分离、工件清理、检查验收入库、渗剂回收再用。
2.根据权利要求1所述的用于换热管内外壁防腐的渗箱层埋式扩散渗铝方法，其特征在于所述渗铝剂的原料构成及其重量百分比范围是 铝粉 80-85% ； 石墨粉 10% ； 其他材料占5-10%。
3.根据权利要求2所述的用于换热管内外壁防腐的渗箱层埋式扩散渗铝方法，其特征在于所述其他材料包括氢氧化钠、葡萄糖酸钠、玻璃粉、NaF, NH4C1、耐火泥，其重量比例为氢氧化钠葡萄糖酸钠玻璃粉:NaF =NH4Cl :耐火泥=1:0. 3 :4:1:0. 8:15。
4.根据权利要求1所述的用于换热管内外壁防腐的渗箱层埋式扩散渗铝方法，其特征在于在步骤⑵中，所述渗铝剂添加总量的重量比例为1%的型砂。
全文摘要
本发明涉及一种用于换热管内外壁防腐的渗箱层埋式扩散渗铝方法，为渗箱层埋式扩散渗铝方法，适用于非HCl环境换热设备的换热管内外壁防腐。经过本方法渗铝后的换热管，其整体机械性能基本保持不变，而表面渗铝层具有优异的抗高温氧化性能和耐腐蚀性能，且还具有很好的抗渗碳性和抗渗氢性,渗铝层在240℃~500℃范围内具有优异的抗高温S、H2S、S02、S03和RCOOH(环炕酸〉的腐蚀能力；在120℃以下低温湿环境中有优良的抗H2S、CO、CO2、NH3、HCN、HNO3和海水等介质的腐蚀能力，尤其是抗H2S腐蚀，对不锈钢的具有明显的性价比优势。该渗箱结构型式和渗剂配比、工艺方法操作简单，省时，省力，环境污染小。因此在石油、化工、冶金、电力等行业有着广泛的应用。
文档编号C23C10/50GK103014614SQ20121055584
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者杜林川, 丁晓伟, 白金中 申请人:天津津滨石化设备有限公司