1、概况
碳钢冷却器采用油性涂料及Ni-P合金化学镀防腐施工技术，在化工装置生产中得到了广泛的应用，并取得了很好的经济效益和认可。近年来，为了进一步推广油性涂料及Ni-P合金化学镀的使用效果，我们对冷却器管束表面处理研究。冷却器是由几百根φ19×6000的碳钢管积累而成的管束,直径小到φ600大到φ1800，管与管之间呈三角形排列，结构紧密。采用机械法喷砂除锈，无论如何也无法使表面达到施工标准等级。只有采取化学浸蚀法，才可以达到施工要求。国内最普遍采用的盐酸浸蚀和硫酸等方法。这两种方法最大的缺点是易产生挂灰、氢脆和过腐蚀的危害，并且工艺繁锁，酸洗后容易在基体内留下缝隙腐蚀的隐患。对于结构较复杂的冷却器管束采用酸浸蚀进行表面处理，要达到完全冲洗干净残存盐（硫）酸液是很不容易的，因此，我们必须改变传统的酸浸蚀方法，采用磷酸浸蚀（也称磷化处理）技术来完成冷却器管束防腐表面处理问题。
2、除锈原理
通常用硫酸、盐酸和磷酸做为酸浸混合液。这些酸和铁的氧化物的反应是一个以化学还原溶解为主，包括化学溶解和剥离作用的复杂过程。电化学还原性溶解的机理是由于在钢铁表面上，锈层（氧化层）的不连边续处，产生的局部电池的阳极反应，把氧化铁还原成亚铁离子直接进入溶液中。可以把锈层的溶解过程看成是按下列反应进行的电化学溶解过程。
硫酸浸蚀：
FeO+H2SO4=FeSO4+H2O
Fe3O4+4H2SO4=FeSO4+Fe2（SO4）3+4H2O
Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O
Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑
盐酸浸蚀：
FeO+2HCL=FeCL2+H2O
Fe3O4+8HCL=FeCL2+2FeCL3+4H2O
Fe2O3+6HCL=2FeCL3+3H2O
Fe+2HCL=FeCL3+H2↑
磷酸浸蚀：
FeO+3H3PO4=Fe(H2PO4)3+H2O
Fe3O4+8H3PO4= Fe(H2PO4)2+2Fe(H2PO4)2+3H2O
Fe2O3+6H3PO4= 2Fe(H2PO4)3+3H2O
Fe+3H3PO4= Fe(H2PO4)3+H2↑
存在于溶液中
Fe(H2PO4)2 +2Fe= Fe3(H2PO4)2+2H2↑
不溶于水
总反应:
阴极反应：Fe2O3+６H＋-2ｅ=2Fe２＋+3H2O
阳极反应：Fe＝2Fe２＋+２ｅ
这种电化学作用还能沿着钢铁和氧化物的界面渗入到铁锈的底部，使氧化皮剥落离开金属表面。一般酸的浓度在40%-60%，温度在40℃-70℃之间，反应速度较快，当酸的浓度降低至6%的时候，溶解力下降，锈层不易除掉。当Fe２＋浓度超过250g/l时，浸蚀液需调整。
３、磷酸浸蚀工艺在冷却器防腐表面处理的应用
磷酸的化学性能较硫酸、盐酸、硝酸弱，但较醋酸、硼酸等弱酸强。无氧化能力，浓度在85％密度为1.78Kg/l无色透明，粘稠，无臭味。工业中用于配置磷化液，可对金属件进行表面磷化处理，增强耐蚀性，延长物件使用寿命。因此在生产中应用比较安全，劳动条件得到改善，并能减少缝隙腐蚀留下的隐患，经过不同条件下的对比实验，我们制定了适用冷却器管束表面状态的最佳工艺：
磷酸浸蚀工艺设备如下：
3．1脱脂槽：
规格6500×1600×1600mm，δ=4mm普通碳钢、采用环氧防锈漆防腐。
作用：用来清除管束表面油污，提高酸洗效果，采用水基清洗剂，代替传统的碱洗配方，一公斤清洗剂相当于50公斤汽油的除油效果。在15℃-60℃条件下有良好的除油效果，并且本身不含硝酸盐，对人体皮肤无刺激，无毒，配制方便省力。用过的清洗剂可循环使用，用时漂去悬浮物和过滤沉淀物再适应调整浓度就可继续使用。避免了常规碱洗配方会引起碱脆的危险，并且大大降低了成本。
3．2酸浸蚀槽：
规格6500×1600×1600mm，δ=4mm普通碳钢、采用衬胶防腐
采用磷酸浸蚀代替硫（盐）酸浸蚀，完全可以除掉管束表面及间隙的氧化皮，除锈效果安全可靠。同时表面生成暗灰色钝化膜，保持管束短时间内不返锈。表面的一层黑膜，使用0.3-0.4Mpa压缩风吹除，即可进行涂料防腐。
3．3活化槽：
规格6500×1600×1600mm，δ=4mm普通碳钢、采用衬胶防腐
采用磷酸浸蚀后的冷却器表面生成深灰色的钝化膜，若进行Ni-P合金化学镀，必须进行活化处理，露出物件金属本体颜色。
3．4水槽（两个）分装热水、冷水。
规格6500×1600×1600mm，δ=4mm普通碳钢、采用环氧防锈漆防腐。
4．磷酸浸蚀与盐酸浸蚀工艺比较
为什么抛弃成本低工艺的盐酸浸蚀而采用磷酸浸蚀工艺呢？这主要是和金属被腐蚀机理分不开的。盐酸浸蚀后盐酸或氯化物会残留在管件连接的缝隙中，产生缝隙腐蚀并扩散到管子中去。而磷酸浸蚀可以克服这一缺点，并生成钝化膜，还能提高漆膜和表面镀层的附着力，延长防腐层的使用寿命，因此磷酸浸蚀得到了普遍应用。
（1）磷酸浸蚀与盐酸浸蚀相比具有以下优点：
1）脱脂时间短，脱脂过程中能除去管子子上面的油污。
2）工序少，占地面积小，盐酸浸蚀需5道工序，而磷酸浸蚀需3道工序。因此降低了机械费与人工费，降低了水电消耗，同时提高了工作效率。
3）减少了钝化工序，避免亚硝酸盐工业污染及相应的环境保护措施。
（2）磷酸浸蚀缺点：
1）浸蚀液需加温使用。
2）浸蚀后表面生成的黑膜需用0.3-0.4Mpa压缩风吹除。
结束语
通过上文的对比可以发现，磷酸浸蚀工艺的优越性仍大于缺点。它具有节省能源，降低成本的效果，特别是与防腐层配套性能优良的特点，并且逐步得到广泛应用。
参考文献
[1]覃奇贤.几种钢材基体的浸蚀工艺[J].电镀与精饰,2008(11):23-23.
[2]刘明.磷酸浸蚀工艺在冷却器防腐表面处理的应用[C].石油腐蚀与管道防护学术会议,2007.
论文作者:代晓宇
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第14期
论文发表时间:2019/12/17
标签：磷酸论文; 冷却器论文; 盐酸论文; 表面论文; 工艺论文; 表面处理论文; 浓度论文; 《科学与技术》2019年第14期论文;