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催化装置折流杆换热器腐蚀及其防护

点击:1228 日期:[ 2014-04-26 21:54:05 ]
                             催化装置折流杆换热器腐蚀及其防护                                    刘吟1  魏玉垒2  刘美丽3     (1.克拉玛依市科比技术有限责任公司新疆克拉玛依834003)(2.中国石油大学(华东)山东东营257061)(3.克拉玛依广播电视大学新疆克拉玛依834003)     【摘要】对催化装置折流杆换热器的腐蚀状况进行了分析,指出应力腐蚀和孔蚀是破坏换热器的主要原因,并探讨了防止换热器腐蚀的一些措施。     【关键词】折流杆换热器应力腐蚀孔蚀腐蚀防护     2009年5月克拉玛依石化公司(以下简称克石化公司)大检修期间,催化装置L207/1、2经涡流检测后发现其腐蚀较严重,且有明显的缺陷,再经高压水清洗后,判断缺陷部位存在腐蚀穿孔。对此,进行了更为细致的腐蚀调查和原因分析,并采取了相应的防腐措施。     1·装置简介     催化装置L207/1、2,型号为LRH1100×6-345-1.6/BJ-4/600-2-6,用Φ6不锈钢线材为折流杆的折流杆换热器。管程介质为水,来自润滑油加热站,入口温度50℃-60℃,出口温度80℃-90℃;壳程介质为来自分馏塔的汽油、瓦斯、液化气及其他轻组分,入口温度95℃-108℃。L207/1、2在催化装置中的工艺流程如图1所示。                2·装置腐蚀状况调查     2.1宏观检测     现场经宏观检测,换热器管束有两处腐蚀穿孔,分别处于壳程的入、出口处(见图2、3);折流杆几乎全部断裂(见图4);折流环及纵向滑杆在焊缝处有不同程度的断裂(见图5)。另外,断裂后的折流杆已失去原有金属的强度2.2涡流检测经涡流检测,L207/1、2的换热器管束其腐蚀减薄现象较明显(见图5),约为30%-50%,少数地方存在严重缺陷,甚至穿孔。                   2.3介质腐蚀性评定     通过对L207/1、2管程、壳程介质的实验室电化学腐蚀速率评定,L207/1、2管程中水的腐蚀速率为0.45mm/a,L207/1、2壳程中油气的腐蚀速率为0.25mm/a,其中含有大量的硫化物,总硫含量约为2000ppm。     3·腐蚀原因分析     3.1腐蚀状况分析     从图2、3管束腐蚀穿孔的外形来看,处于壳程入口处管束的腐蚀穿孔是从管束外壁向内壁发展形成的,而从壳程出口处管束的腐蚀孔可见的残余螺纹来看,腐蚀是从内壁向外壁发展形成的。从腐蚀性介质的含量及宏观检测中折流杆、滑杆的断裂情况看,折流杆、滑杆的断裂都是由于H2S的应力腐蚀造成的。从对管程、壳程介质进行的腐蚀速率评定来看,管程、壳程介质都存在一定的腐蚀,需加以控制。总体来看,L207/1、2的腐蚀类型以应力腐蚀、孔蚀为主。其中,折流杆的腐蚀为H2S应力腐蚀;管束内壁向外壁的腐蚀为孔蚀;壳程入口处管束的腐蚀为有H2S腐蚀下的“冲刷”腐蚀。                   3.2腐蚀机理分析     (1)应力腐蚀机理H2S应力腐蚀的基本类型可分为应力腐蚀开裂、氢诱导裂纹、氢鼓包等[1]。折流杆材质为不锈钢,断裂处均在焊缝附近,存在焊接残余应力,同时处在高含硫的环境中符合产生应力腐蚀的条件。结合L207/1、2折流杆腐蚀的宏观特征及不锈钢棒材的力学性能判断,裂纹为应力腐蚀开裂。应力腐蚀开裂的机理众说纷纭,主要分成两大类[2]:     a)氢致开裂(HIC)或氢脆裂(HE)理论,该理论认为由于腐蚀的阴极反应产生氢,氢原子扩散到裂缝尖端金属内部,使这一区域变脆,在拉应力作用下脆断。此理论几乎一致的意见是:在应力腐蚀破裂中,氢起了重要的作用。     b)阳极溶解型应力腐蚀——活性通路理论,由于合金微结构的差异,局部应力集中,应变引起表面膜局部破裂,合金存在一条易于腐蚀的“活性通路”。在腐蚀环境中,当活性通路与周围的主体结构产生电位关系,电化学腐蚀就沿着这条路径进行,这条路径只有原子大小,它可能沿着晶界。当存在与裂纹垂直的较高的拉应力时,在裂纹尖端就产生应力集中,当应力足够高时(即达到临界点KIC),就引起尖端脆性断裂。应力撕破表面膜,由于膜的破坏,新的金属表面暴露出来,电解液在裂缝的毛细管作用下进入缝尖,于是又产生电化学腐蚀。随之产生极化作用和膜的再生。重复活性通路腐蚀,直到尖端又建立起足够大的应力集中,再次引起腐蚀,直至裂缝深入部件而断裂。     此外,Ni元素在抗H2S应力腐蚀中有害。Ni元素在金相组织中易偏析,降低钢板的相变点温度,降低钢板本身性能。另外,Ni元素可以同H2S水溶液生成一种特殊的硫化物,其组织疏松,易使氢渗透,从而出现裂纹。因此,在这种介质中折流杆不应选用不锈钢材质。     (2)孔蚀腐蚀机理[3]     由于铁的电极电位比氧的电极电位低,铁受水中溶解氧的腐蚀是一种电化学腐蚀,其中铁是阳极受到腐蚀,氧是阴极,进行还原,反应式如下:                当铁受腐蚀后生成Fe2+,它与水中的氧进一步反应生成黄褐色的结构疏松的Fe(OH)3二次产物层:              由于腐蚀产物的阻挡,水中的溶解氧到达这个腐蚀点的速度减慢,形成腐蚀点四周的氧浓度大于腐蚀点的氧浓度,这样,腐蚀点的四周便成为阴极,腐蚀点本身成为阳极,腐蚀继续进行。此时,腐蚀产生的Fe2+通入疏松的二次产物层向外扩散,当它遇到水中的OH-或O2时,便又产生新的二次产物,积累在原有的二次物层中。所以二次产物层越积越厚,形成鼓包,鼓包下面越腐蚀越深,久而久之便形成穿孔。4结论及对策克石化催化装置L207/1、2的腐蚀主要是折流杆、滑杆的H2S应力腐蚀、管束内壁水垢下的坑蚀及壳程入口处管束外壁的冲蚀。针对这一状况采取了几项措施:     (1)为更好地控制H2S应力腐蚀,折流杆不能采用不锈钢,应采用普通碳钢。     (2)换热器焊接完成后进行整体消除应力热处理,以达到消除残余应力防止应力腐蚀的目的。     (3)L207/1、2管束外壁及碳钢折流杆、滑杆均可采用热固化涂料防腐。     (4)L207/1、2管束内壁进行热固化涂料防腐。该措施的效果已通过2003年以来大检修的实际应用得到证实。     (5)对循环水进行处理,降低含氧量,添加缓蚀剂以降低腐蚀。     (6)优化设备结构及管线布置,避免热应力、减少涡流、减少流向剧变,防止冲蚀。     参考文献:     [1]闫凤芹,夏智富.硫化氢应力腐蚀原理与防护措施[J].炼油与化工,2009,20(1):60-61.     [2]许善会,李苏秦.烟气管道的应力腐蚀及其对策[J].炼油设计,2000(03):48-52.     [3]唐家俊.重油催化装置腐蚀原因分析及防护对策[J].全面腐蚀控制,2008(02):27-30.
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