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循環水換熱器腐蝕泄漏分析與防治

2019-07-03 09:26:25 作者：本網整理來源：設備管理與防腐分享至：

換熱設備利用率的高低直接影響到煉油工藝的效率以及成本的費用問題。由于換熱器工作介質復雜且腐蝕性強，運行工況條件苛刻，出現的腐蝕泄漏問題極大的影響著裝置的安全、平穩及長周期運行。

典型案例某煉廠穩定塔油氣冷卻器E309/B，管束型號BES1200-2.5-495-6/19-4II，該換熱器殼程為減一中油，管程為循環水。換熱器2014年大檢修更換新換熱器管束，運行至2015年2月底，新管束在僅投用三個月后即發生泄漏，換熱器管束出現內漏，對檢修期間更換的舊管束進行抽真空試壓，堵管10根后管束回裝，上水打壓合格。該水冷器漏損發生在管程水側，即管束內壁，并包括管板與循環水接觸側，失效形式為形成腐蝕坑及穿孔。

1 檢測與分析

該水冷器的管束材質為20#鋼，規格ф19×2mm光管；管板材質為16MnⅡ。管程介質循環水，溫度（入口）32/（出口）40℃，壓力0.4MPa；殼程介質減一線油，溫度（入口）90/（出口）50℃，壓力0.98MPa。

根據管束運行期間循環水采樣分析結果來看，在此期間共采樣137次，水樣分析結果顯示，部分水質數據較要求控制指標偏差較大，詳見表1。

表1 管束運行期間循環水檢測數據

項目	要求控制指標	實測值
1、PH值	7~9.5	＜7，最低6.5
2、總磷	12~15mg/L	9.7~35mg/l
3、濁度	≤35NTU	138~220NTU
4、濃縮倍數	≥3.5	2.6~3.5
5、石油類	＜10mg/L-	10~500mg/L
6、余氯	0.1~1mg/L	1~5.6mg

01 宏觀檢測

從水冷器中不同部位取腐蝕并穿孔及未失效管樣，并將管樣縱向剖開，并對腐蝕穿孔管樣進行了清洗。然后對管束內壁（水側）及管板水側的腐蝕狀況拍照，可見管束內壁呈現潰瘍狀腐蝕，管板上也存在許多圓形腐蝕坑，其中有些大的腐蝕坑穿孔，見圖1、圖2。

圖1 換熱管剖面腐蝕點坑及穿孔

圖2 腐蝕點坑放大圖貌

02 金相組織分析

從泄漏管束及未失效管束取金相樣品，在顯微鏡下觀察分析。失效失效管束內壁形成圓弧形腐蝕坑，造成管壁嚴重減薄；由于管束受到過清洗，在腐蝕坑底未見明顯的腐蝕產物附著；管壁金相組織為鐵素體+珠光體，發生嚴重腐蝕的管束與未失效管束的金相組織完全相同。

03 掃描電鏡分析

借助于掃描電鏡，對右下第17排第5根管內壁點蝕坑進行形貌觀察和能譜分析。觀察可見，點蝕坑內附著有疏松狀態的腐蝕產物；能譜分析確定，點蝕坑內的腐蝕產物主要由Fe、O元素組成，還有S、Cl、Si等，見圖3

圖3 腐蝕點坑能譜分析

2分析與討論

通過前面對腐蝕失效管束的多項理化檢驗分析，金相檢驗未發現組織異常等現象。管束腐蝕破壞是從管束內壁發生并發展，以形成潰瘍狀腐蝕并穿孔的破壞形式。潰瘍狀腐蝕是氧腐蝕的典型形貌，因此初步判斷管束的失效是由氧腐蝕造成的。

由于水冷器的管程通循環冷卻水，因此管束的腐蝕破壞與循環冷卻水有直接地關系。冷卻水系統常采用敞開式循環水系統。該系統均經水質穩定處理。鋼鐵受水中溶解氧的腐蝕其實質是一種電化學腐蝕，即溶解在水中的氧會造成鋼鐵的腐蝕，形成鐵銹。水中溶解氧濃度越大，鋼鐵的腐蝕速度越大。

其反應式為：

溶解氧腐蝕的特征是：在金屬表面形成直徑不等的鼓皰，直徑一般為1~30mm，鼓皰表面顏色由黃褐色到磚紅色不等，下面是黑色粉末狀物，這些均是腐蝕產物，將這些腐蝕產物清除后，便會出現凹坑，這種腐蝕也稱為潰瘍腐蝕。

循環水系統在運行過程中，懸浮于冷卻水中的污泥會牢固地附著在設備表面上，形成氧的濃差電池，使鐵被溶解，引起垢下腐蝕，導致水冷器管束的腐蝕穿孔的可能性是存在的。其次，從送檢方的描述中也證實管壁內部有一定結垢，由于使用時間較短，因此，垢層沉積并不嚴重。

水質監測顯示總磷、濁度、總鐵、石油類、余氯等均超要求控制指標。這些因素均會導致或促進垢下腐蝕的發生。總磷就是水中磷元素的總含量，磷含量過多會引起藻類植物的過度生長，水質富營養化，甚至造成水質污穢異臭，死亡的藻類將成為污泥。濁度表示水中懸浮微粒的含量，包括粘泥、腐蝕產物、雜質、微生物等。濁度高說明水中含有大量的懸浮微粒。總鐵含量超標表明水中鐵離子含量高，意味著水冷器管束腐蝕嚴重石油類含量嚴重超標說明系統漏油，油品進入到循環水中。油是微生物的營養源，有助于其生長和繁殖；另一方面油品又不斷地消耗循環水系統內投加的用于抑制微生物生長的氧化性滅菌劑氯。由于漏油，循環水濁度急劇增加，水質變差，油品粘附力強，與系統中的懸浮微粒粘合在一起，在管壁、管板的死角處沉積，使投加的藥劑作用得不到有效地發揮，而且形成大量的污泥，為細菌生存與繁殖創造條件，促進垢下腐蝕的發生。

3防治措施

在日常生產中，應從以下幾方面加強管理，提高換熱器管束生命周期：

01在生產操作方面要進一步改善循環水質量

加強腐蝕監控數據異常分析，充分利用循環水在線含油分析等在線監測系統，建立制度，定期查看分析，及時定位，及時預警處理。建立檢漏、查漏相關管理制度并組織查漏，杜絕泄漏的油品加劇結垢和腐蝕，造成腐蝕加劇漏油的惡性循環。按照工藝卡片，循環水水質監測每天一次，指導加藥、旁濾、排污換水。

02加強循環水流速管理

應定期對循環水流速進行檢測，管程循環冷卻水流速不宜小于0.9 m/s；殼程循環冷卻水流速不宜小于0.3 m/s。水量小、流速低、結垢嚴重；水量大、流速高、腐蝕嚴重；工藝介質超溫導致結垢；熱負荷大換熱面積不夠；熱負荷小導致浪費。

（1）采用便攜式流速測定儀（多普勒超聲波流量計）現場測循環水流速，調節并控制流速在合理的范圍，調整流量不合理的用水裝置和冷卻器；定期檢查閥門開度，控制冷換設備循環水閥門開度不宜小于全開的20%，防止流速過低，造成結垢腐蝕；分析腐蝕掛片器監測的碳鋼、不銹鋼、銅材質掛片腐蝕速率，根據循環水效果監測分析，進行水質控制效果評價，指導循環水流速控制。

（2）對各系統的給水、回水總量、進出壓力、溫度，對各用水裝置的循環水進出總流量、溫度、進出口壓力，對各個冷卻器循環水的流量、進出口溫度、壓力及介質進出口溫度進行標定和優化。

（3）對用水量超200m?/h，管程流速超1.5m/s的單臺冷換設備進行調整；將負荷較低、流速低于1m/s的冷卻器由并聯改為串聯，例如催化重整有6臺由并聯改串聯，催化有7臺由并聯改串聯；對于循環水閥門開度過小，流速低于1m/s的冷卻器，督促車間開大閥門，提高流速；經過優化調整，系統共減少循環水量1500 m?/h，循環水系統達到了合理、節約用水的目的，同時解決了部分冷卻器腐蝕結垢問題。

03更換管束

對于使用超過兩周期的管束，應按照介質種類、檢修腐蝕檢查情況，有計劃的逐步更換。

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