0 引言
换热器是化工行业重要工艺设备，在连续化生产的装置中占有很高的比例，例如石化企业各类换热器可占设备总重量的40%左右。化工行业高温高压，易燃易爆，酸碱盐及有机溶剂介质的特点，使得大量以碳钢为主的换热器设备在裸用的条件下仅几个月就可能腐蚀穿孔。在换热器中约有三分之一是水冷却换热器，纯水介质条件下，水分子对漆膜的渗透性比酸碱盐介质更强。所以对金属碳钢换热器进行涂层防腐是一种有效可靠的方法。比如用涂料防护、电化学保护、非晶态镍磷化学镀层保护，其中涂料涂层保护为广泛和实用。也是国内外防腐专业重点关注的课题。半个多世纪前，西德研制的索卡芬(SAKAPHEN)涂料成功用于换热器，其使用年限达10年以上。国内70年代也进入这一领域开发出各类不同的换热器涂料。
1 不同种类的换热器专用涂料
1.1 酚醛树脂类
传统的酚醛树脂耐化学腐蚀的特点和价格低的优势早引入制备换热器涂料的成膜物。用苯酚和甲醛在碱性催化剂作用下缩聚而成热固性液体树脂。以其作为成膜物涂膜很脆，需改性，改性树脂很多，经实践，效果好的是采用柔性好，与酚醛树脂相容性好的烯类树脂。产品涂膜坚硬不脆。耐非氧化性酸，耐酸性气体和一些有机溶剂。但对碱，尤其高浓度的碱，湿氯气介质不稳定。耐热150℃。多数用于中低温150℃以下的水冷却换热器。漆膜光亮，坚硬，耐垢导热性强。配方见表1。
1.2 改性环氧酚醛类
具有烃基和醚键的环氧树脂耐碱性突出和附着力优的性能被用来与酚醛改性，所获改性树脂在耐酸、碱、盐和有机溶剂时更显突出。由于环氧与酚醛化学结构的特点，互为固化剂，会影响产品的储存期。在配方设计时应选分子量中低环氧和用弱碱性催化剂制备的液体酚醛树脂。制备成换热器涂料的产品涂膜致密性好，坚硬光亮，耐垢性好。配方见表2。
1.3 改性有机硅类
针对耐高温换热器防腐特点，利用有机硅树脂进行聚酯、丙烯酸或环氧酚醛进行热聚合反应，制备的改性有机硅树脂用于换热器涂料解决了一些行业因检修时要除去设备中的可燃成分，需周期性24～48h/240℃过热蒸汽吹扫的工艺要求。涂层光亮，耐结垢性好。该涂料一般制成单组份，自干。实际涂装后涂膜经日后装配在工艺线上的高温流程二次高温固化，可获多维交联的分子网状结构体，发挥出大的防腐特性。这类树脂可自制，市场也有售。配方见表3。
※25℃自干，真正干透固化还需烘烤180℃/2h再测附着力，硬度和耐化学品性。
1.4 漆酚钛树脂类
漆酚钛树脂是一种带有不饱和脂肪族长链的二元酚。其结构式见图1。
利用漆酚苯环上的2个互为邻位的酚羟基和不饱和脂肪族长链R上的双键，可参与氧化聚合反应。比如改性漆酚环氧，漆酚糠醛，漆酚有机硅。其中漆酚糠醛再与经环氧和有机钛单体醚化螯合的半成品反应即得棕色透明漆酚钛树脂液。这类终以钛原子为中心和2个漆酚分子中的4个羟基结合的树脂与颜填料经分散制得的液漆是一种不溶不熔的成膜物，用于换热器效果很好。由于树脂粘度小，颜填料物理自重造成的防沉效果不好，储存期短，性脆，柔性差是其欠缺。但漆酚钛树脂在343℃时的失重率4%的优势获得特殊防腐行业的青睐。配方见表4。
※25℃自干，真正干透固化还需烘烤180℃/2h再测附着力，硬度和耐化学品性。
以上由各类合成树脂制备的换热器涂料，由于有机分子链上不同官能团，链段的不饱和程度及长短要完全适应耐酸碱盐和溶剂目的，在实践上都是很难的。但是，利用无机(SiO2)与有机环氧丙烷苯基醚反应形成的不含羟基和酯基功能团，而代之以-(-C-O-C)-化学键的新型无机-有机复合高分子-环硅缩水干油醚(Pentaglicidalether of cyclosilicon)。结构式为
的聚合物则可以做到，这种新型的无机-有机复合无溶剂树脂经固化剂交联后形成具有致密稳固的硬度和柔性俱佳的新材料。以此树脂为基料制备的换热器涂料漆膜如同陶瓷坚硬光亮，硬度可达6H，耐结垢和导热性强，涂膜柔性好，耐高低温-50～250℃。难能可贵的是耐酸碱盐和耐有机溶剂的综合性能是上述几种涂料不能相比的。特别是耐丙烯酸，环烷酸等有机酸和有机涂料不敢涉及的二氯乙烷等更显杰出。
这类无机-有机复合无溶剂陶瓷涂料在换热器上应用颜色有米灰和浅灰、黑、绿等色。甲乙双组份配套。在实际使用时可用甲乙酮或甲基异丁基酮兑稀至施工粘度后使用。无机-有机复合无溶剂涂料耐蚀性见表5。
2 换热器涂料的涂装
按GB151-89标准设计钢制管壳式换热器利用有机涂层的表面防护是解决金属腐蚀的方法之一。为获得好的实用的涂层，除正确选用涂料外，涂装施工也是重要的一环。换热器设备的特点是管径小，通常50毫米以下，小的20～30毫米；管子长一般2～6米。管数多达几百。自身体积大而质量重。所以只能采用特殊施工方法进行涂装。
2.1 对金属表面的处理
金属设备涂覆前必须进行表面处理。目前这一行业采用喷砂或化学处理方法较多。
2.1.1 喷砂法
用于换热器设备的喷砂清理的目的是除去氧化皮，浮锈和蚀锈。对于金属油脂清除大多是采用高温300℃烘烤碳化油脂，1小时的办法。冷却后再采用非金属磨料铜精炼渣、石英砂、煤炉渣或镍精炼渣等不同的磨料经喷射、可有效清除锈蚀并产生粗糙度。通常喷砂处理Sa21/2 (ISO8501-1/GB9823)可满足换热器防腐体系的要求。对换热器的管板面的喷砂处理较易，对列管内壁的喷砂处理困难。其效果，尤其深处的评价更不易。弥补的办法是用磨砂(刷)工具进行深处往复刷檫。 喷砂完毕，2小时内涂装道涂料。
2.1.2 化学处理法
换热器由数百根列管组成。对管束外壁，即壳程涂装，管表面前处理因管间密麻，间距很小而除锈涂装受限，“U”型管换热器，管一端从平置下端进弯转后上端出的装置也无法有效喷砂。好的办法是采用化学处理。用无机碱除油，无机酸或有机酸与金属表面的铁锈进行化学反应移去金属氧化物。操作在适应大型换热器体积的槽中进行。实在无法浸渍的部位可用刷子破布浸酸后檫试，配方见表6。
2.2 涂层涂装办法
经过前处理的换热器应及时进行涂层涂装。按不同工艺技术要求需要选用不同的涂料品种。换热器涂装的施工是比较复杂的，多年的实践，总结出不少的办法。其中主要采用灌注，真空抽吸法和真空浸淋法。
2.2.1 灌注法
小于2米的列管式换热器可用灌注法，将列管换热器的一端封头上好，立直垂放或斜放。从上端采用专用灌注漏斗逐根注入涂料。下端集收回料。这种办法耗料量大。
2.2.2 真空抽吸法
对于大于2米长的换热器灌注法上述办法不适用。真空抽吸法显其优势。将换热器斜放或立放垂直。根据管径配置耐油胶塞，上端胶塞链接可视透明玻璃管或透明耐油塑胶管；下端胶塞连接进，回料耐油管并达涂料液槽。操作时，上端的透明管与真空管相连，当料从下端料槽被真空吸入管后，上端透明可视处见料便速拔去上端吸料管，料液回流料槽。如此这般，逐根上料。这种方法省料省时，操作规范。一般2～3人现场操作。每遍完毕后将换热器两端高低互换，因液料在从上往下回料时会造成管上端薄下端厚。器件整体应180°翻转以防管壁及壳体上薄下厚。
2.2.3 真空浸淋法
列管换热器的管间，管束和壳体之间的间隙小，很难用通常的喷刷方法进行涂装。唯有采用真空浸淋法完成涂装。将换热器平放在可360°转动体身的装置上。为少用料采用2次浸淋。计算换热器管束与壳体间容积用料的一半左右，用真空将料液吸入至横卧的换热器壳内，浸渍下半部。继续抽真空(600mmHg)30分钟。尽可能将换热器壳内边缘，缝隙角落残存气泡抽出，使得入内的料液浸润完全；再将换热器180°翻转。浸渍上半部，同样真空。遍完工后放出料液。进行加热固化。
以上3种涂装办法，涂料施工粘度范围都要调整在20～30秒(涂4#粘度杯)。每一遍热固化可根据自身条件选用管内通蒸汽加热或进烘房加热，烘烤温度依不同的涂料品种给出的干性温度而定。为增加每遍涂层间的附着力，前遍的烘烤温度采用规定烘烤温度和时间的70%～80%。注意未烘烤前要空干至料液内的稀释剂尽可能逸出。后一遍按涂料干性技术标准要求操作。对于换热器端板一般采用喷、刷方法。一般换热器涂层膜厚在200um以上，上述操作需反复进行4～6次。如选用双组份冷固化的品种，操作如前，省去烘烤加温固化。要注意是前遍涂装后空干， 避免下遍涂装料液中的溶剂咬起上遍未干涂膜。此类涂层经投入使用在工艺高温流程中会交联固化更，达到佳物化性能。
2.3 涂层质量管理
涂层每遍涂装时，质检应及时目测涂膜的外观平滑，有无流挂，漏涂和膜面气泡针孔；每遍干膜测厚，后测总膜厚；检测涂膜固化程度，可根据不同品种的耐溶剂性能，用相应溶剂檫试，涂膜
应不变色为合格。采用电火花检测，可参考NACE标准。这些仅能对换热器板端面和近端管内外面检测。管深处则无法检测。造成膜厚指标不确定性，而牢固的200um以上的膜厚又是保证换热器使用年限的重要因素，国外，比如索卡酚(SAKAPHEN)几种换热器涂料的膜厚要求350μm左右。为规范涂层涂装标准，中国石化总公司编制了《碳钢水冷器防腐涂层技术暂行规定》要求膜厚为200+50μm 。
3 结束语
换热器涂料和涂装在国内已有几十年的历史了。其动力来自化工业的发展。经涂装的涂层极大的延长换热器的使用年限，不易结垢的特点起到了节能效果。以上介绍的实用品种都是经笔者实践并获得实效的。尤其是无机-有机复合树脂无溶剂陶瓷类用于换热器后解决了以往各种产品很难取得实效的氯碱行业二氯乙烷，有机单体丙烯酸的换热器涂层。
