污水换热器
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焦化装置分馏塔顶循换热器管束腐蚀原因分析点击：1902 日期：[ 2014-04-26 21:14:05 ] |
| 焦化装置分馏塔顶循换热器管束腐蚀原因分析及应对措施 高俊生，王 巍，刘 宝 （中国石油天然气股份有限公司大庆石化分公司炼油厂，黑龙江大庆１６３７１１） 摘 要：大庆石化分公司炼油厂１ ２００ｋｔ／ａ延迟焦化装置分馏塔顶循换热器Ｅ１１１７Ａ／Ｂ投用不到两年，其中换热器Ｂ的管束腐蚀穿孔，出现泄漏。分析认为，换热管腐蚀穿孔，是由于管程介质中含有较高的腐蚀性元素，使管内壁产生了垢下点腐蚀所致。对新制作管束的换热管内侧采用钛纳米防腐涂料进行了防腐处理，较好地解决了该换热器管束的腐蚀问题。 关键词：顶循换热器 管束 点腐蚀 钛纳米涂料 大庆石化分公司炼油厂１ ２００ｋｔ／ａ延迟焦化装置分馏塔顶循两台换热器Ｅ１１１７Ａ／Ｂ，于２００７年１２月由大庆石化分公司机械厂制造完成，型号为ＢＥＳ８００－２．５－２１５－６／１９－２Ｉ，２００８年９月随装置开工投入使用。该换热器夏季使用循环水、冬季使用低温水作为取热介质。２００９年５月装置停工检修期间，只对小浮头进行了热紧；同年６月开工后正常投用循环水；１０月５日操作工检查时发现换热器内部泄漏。两台换热器换热管材质均为１０号钢［１］，其规格为Φ１９ｍｍ×２ｍｍ。 １·换热器管束腐蚀泄漏情况 打开换热器后发现管板表面及换热管外表面腐蚀不明显，但管内存有石头等杂物。清洗管内试压堵漏后回装。水压试验后Ａ台管束未发生泄漏，Ｂ台管束充水后即发现泄漏２根，打压后共堵管１４根。为进一步分析泄漏原因，对管程和壳程介质进行了测定，并决定进行解体检查。对Ｂ台管束外表面进行了高压水清洗，清洗后发现换热管外表面有均匀麻坑，但腐蚀坑较浅，且分布较均匀。抽２根管检查发现，未进行水压试验时在每根换热管上发现一个漏点，漏点均发生在导流筒位置，且一根在固定管板侧，一根在浮动管板侧。 换热管泄漏部位宏观形貌见图１，泄漏孔呈圆形，管外表面有腐蚀产物沉积。在泄漏处截取长约１００ｍｍ管段，将其沿纵向剖开，观察发现泄漏部位的内孔远比外孔要大，说明泄漏孔是由内壁首先产生，并向外壁扩展而形成的。内表面均被腐蚀产物所覆盖，局部区域有较多呈铁锈色的物质堆积，并与内表面较牢固地贴在一起，见图２。将试样用热酸清洗后观察，发现内壁堆积物较多的部位腐蚀得较严重，并形成较明显的腐蚀坑，见图３。外表面同样有较多腐蚀坑，但腐蚀坑较浅，且分布较均匀。 ２．２ 操作工艺参数 操作工艺参数如表２所示。 ３·Ｅ１１１７Ａ／Ｂ操作工艺参数与老焦化装置顶循换热器Ｈ－６对比 老焦化装置的工艺流程与新焦化的工艺流程略有不同，老焦化装置顶循环油先经Ｈ４加热渣油，后进入Ｈ－６冷却，再经过Ｌ－２（空冷）后回分馏塔；而新焦化是顶循环油直接进入Ｅ１１１７Ａ／Ｂ后回分馏塔。因此，Ｅ１１１７Ａ／Ｂ的操作工艺参数和设备主要参数与Ｈ－６相比，也略有区别。 ３．１ 操作工艺参数对比 操作工艺参数对比如表３所示。 ３．２ 设备主要参数对比 设备主要参数对比见表４。 ４·腐蚀原因分析 为了弄清楚上述换热器管束腐蚀穿孔泄漏的原因，进行了下述检测、分析。 ４．１ 换热管质量检测分析 在穿孔部位制取高倍金相试样观察，泄漏部位由管内壁向外壁逐渐减薄，最终产生漏点。同时内壁有明显的腐蚀产物，并没有发现明显的冶金缺陷，金相组织为铁素体＋珠光体，见图４。在内壁堆积物较多部位制取高倍金相试样观察，该部位腐蚀坑较密集（见图３），而且腐蚀坑也较深，经显微镜测量，该处管壁厚度为１．７ｍｍ。在堆积物不明显部位制取高倍金相试样进行对比观察，这些部位腐蚀坑较少，且较浅，经显微镜测量该处壁厚为１．９５ｍｍ；其组织也为铁素体＋珠光体。经晶粒度评定，结果均为８．５级。夹杂物均未发现超标现象。沿管纵向制取高倍金相试样观察，珠光体沿轧制方向有明显变形，呈细条带状分布，见图５，这与轧制温度偏低有关。 检查换热管内壁发现，有的局部比较粗糙，或有折皱、裂纹等缺陷。这些缺陷为腐蚀产物的沉积和腐蚀元素的积聚提供了条件。 ４．２ 介质因素的影响 大多数冷却器均水走管程，因冷却水中含有钙、镁离子和酸式碳酸盐。当冷却水流经传热的金属表面时就发生如下反应： 反应的结果在传热面上逐渐结垢，同时伴随铁锈的生成。垢层使换热效果严重降低。有的个别管束使用不到１年换热管便被堵死。水对金属表面的腐蚀主要为电化学腐蚀，在腐蚀电池中阴极反应主要是氧的还原，阳极反应则是铁的溶解。碳钢在水中发生的腐蚀反应如下： 所以说，金属的垢下腐蚀由于本身电化学腐蚀存在自催化作用，将加速金属的腐蚀［２］。分别对换热管泄漏部位腐蚀产物及管内壁堆积物进行扫描电镜能谱分析，分析结果表明，两个试样的内壁腐蚀产物所含的各种元素基本相同，除含基体元素外，还含有Ｎａ、Ｋ、Ｃｌ、Ｏ、Ｓ等腐蚀性元素。其中的Ｃｌ、Ｏ、Ｓ等对换热管的腐蚀穿孔泄漏也起到了促进作用。 ４．３ 工艺因素的影响 根据该台设备使用的特点，夏季作为水冷器，冬季作为采暖水换热器，这样对设备的影响是比较大的。一是作为水冷器壳体有保温，这不利于壳程介质散热，循环水温度较高。二是该系统属于密闭的，冬季作为采暖水换热器水质温度更高。因为在密闭式循环冷却水中，金属的腐蚀速率随温度的升高而升高，这是因为在密闭系统中，氧在有压力的状态下溶解在水中而不能逸出。温度升高，扩散系数增大，氧扩散到金属表面的量值增大。该台设备冷却水的温度最高为８０℃，对应的腐蚀速率在０．２５～０．５ｍｍ／ａ。见图６。该管束壁厚为２ｍｍ不至于１年就腐蚀穿孔。 综上所述，此次换热管泄漏是由于换热管本身存在缺陷，管子表面的粗糙区域、折皱、裂缝或其他浅的缺陷可以从工艺流体或冷却水中捕集到固体颗粒，形成沉积物。这些表面缺陷或沉积物成为缝隙腐蚀或孔蚀的主因。管程介质中含较高腐蚀性元素，原设计换热管直径较小，水中存在的一些杂质等会阻碍介质的流动，从而加剧了腐蚀。 ５·处理措施 为保证顶循换热器的正常生产，新制作了两台换热器管束，管程水侧采用钛钠米防腐涂料进行了防腐处理，同时将其中一台管束的换热管由Φ１９ｍｍ×２ｍｍ改成Φ２５ｍｍ×２．５ｍｍ，以减少沉积物对流动介质的阻碍。换热器制造中加强质量控制以保证其设备质量达优；在正常生产中，加强循环水腐蚀介质含量测定和平稳操作。新换热器于２００９年１１月２日投用后，至今运行良好。 参考文献： ［１］赵世臣主编．常用金属材料手册［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９７８ ［２］左景伊主编．腐蚀数据手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９８５ |
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