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炼油厂电脱盐换热器的腐蚀失效分析

点击:1887 日期:[ 2014-04-26 22:00:29 ]
                                炼油厂电脱盐换热器的腐蚀失效分析                                          王赢利 王建生                                (兰州石油化工公司,甘肃兰州730060)     摘要:通过对某炼厂焦化装置电脱盐换热器的腐蚀形貌检测、腐蚀产物化学成分分析、电脱盐水质分析,结合生产工艺对换热器的腐蚀原因进行了探讨。结果表明:壳程腐蚀是由于新鲜水中含有的钙、钡及泥沙聚集在换热器壳程表面而导致垢下腐蚀和小阳极-大阴极电化学腐蚀;管程腐蚀是由于电脱盐水的pH值过低造成的析氢电化学腐蚀。     关键词:焦化  电脱盐  换热器  腐蚀     中图分类号:TQ050.9 文献标识码:B 文章编号:1000-3738(2008)01-0081-03     0 引 言     某炼油厂2×106t·a-1延迟焦化装置的原料为苏丹六区的FULA混合原油,该原油酸值高达6 ~10 mg·g-1KOH,钙含量超过1 200 mg· kg-1 [1]。装置投入运行6个月后,电脱盐换热器因 管束腐蚀穿孔严重而导致装置停工,造成巨大经济 损失。     电脱盐换热器是焦化装置的配套设备,有3组6台,均为串联形式,换热器壳程介质为40℃新鲜水,管程介质为电脱盐污水,入口温度为130℃,出口温度为80℃,换热器管束材料为10号碳钢。为保证装置安全稳定运行生产,作者对其腐蚀 原因进行了分析,并提出了相应的改进措施。     1 理化检验和结果     1.1 换热器腐蚀宏观形貌     图1为电脱盐换热器管束外表面(接触壳程介质新鲜水)的腐蚀形貌,可见换热器管束外表面发生了严重腐蚀,表面覆盖了一层疏松、厚薄不均的产 物,同时分布着许多尺寸不均的蚀坑。腐蚀产物呈 锈黄色,除去该层产物后,底部为锈红色管束,管壁明显减薄。图2为电脱盐换热器管束入口端(接触管程介质电脱盐污水)的腐蚀形貌,可见换热器管束入口端为锈黄色,呈现均匀腐蚀形貌特征。                                              1.2 材质化学成分     取换热器管束试样进行化学成分检测,结果见表1。数据表明,现场材质符合10号钢标准。                    1.3 水 质     分析结果表明,新鲜水的pH值为6.91,呈微弱偏酸性,新鲜水加脱钙剂前电脱盐水的pH值为 7.94,呈偏碱性,加脱钙剂后电脱盐水的pH值为5.31,呈偏酸性;孔中Cl-和N含量比较低,Ca2+、SO2-4及S2-的含量较高。可见,加脱钙剂后电脱盐 水的总Fe3+含量和钙离子含量比加脱钙剂前增加了100多倍和近900倍。                    1.4 腐蚀产物     用EDS2100型X射线能谱仪对管束外壁的腐蚀产物进行了分析,结果见表3。数据表明,与10号钢材料的成分相比,腐蚀产物中碳、硫、硅、磷元素 含量较高,另外,还多了钡、氧、铝、钙四种元素。                   2 失效原因分析     2.1 壳 程            在管束表面,所以产物中含有很高的碳、硫、钡、氧、钙元素。另外,苏丹属典型的沙漠气候,常年的风沙使得新鲜水中不可避免带有泥沙,当新鲜水进入壳 程流经管束外表面时会沉积在管壁上,由于泥沙的主要组分为Al2O3和SiO2,所以产物中含有较高的硅、氧、铝等元素[2]。由于形成的产物层疏松,且与管束结合的不是很紧密,在冲刷下容易脱落,所以腐蚀介质很容易透过产物渗入到管束表面,由于渗入产物下的腐蚀介质处于相对滞流状态,从而会形成沉积膜垢下腐蚀[3],对产物下的管束造成腐蚀,所以产物下的管束也发生了严重腐蚀,呈锈红色。在产物局部脱落的部位会使裸露金属基体直接与腐蚀介质接触,使管束受到腐蚀,同时裸露金属表面会与产物覆盖的部位形成小阳极-大阴极电化学腐蚀[4],裸露部位为阳极、面积小,产物覆盖部位为阴极、面积大,所以会使裸露部位的腐蚀加剧,蚀孔迅速加深, 所以在管束表面产生了许多腐蚀坑。     2.2 管 程     因为在原油破乳时为了脱钙加入了酸性组分的脱钙剂,脱钙剂的加入使原油中的钙脱除进入了脱盐水,所以使脱盐水中的钙离子含量升高。由于脱钙剂中含有酸性组分,所以使脱盐水的pH值降低。由于加入脱钙剂后脱盐水的pH值降低,从而使管束入口和管束内表面的腐蚀由加脱钙剂前的偏碱性电化学吸氧腐蚀2H2O+4e+O2=4OH-,变为了加脱钙剂后的偏酸性电化学析氢腐蚀2H++2e=H2,加剧了管程的腐蚀,从而使脱盐水中的总铁离子含量增加了[5]。     3 结论及建议     (1)管束外表面腐蚀主要是因为新鲜水含有的钙、粘性泥沙等悬浮物聚集在换热器管束外壁,造成的沉积物垢下腐蚀,以及产物局部脱落引起的小阳极-大阴极电化学腐蚀。     (2)管束入口端表面腐蚀主要是因为脱钙剂的加入使电脱盐水呈酸性而造成的析氢电化学腐蚀。     (3)建议增加密闭及过滤措施以严格控制新鲜水水质;对脱钙剂的种类及加剂量进行调整,以提高脱盐水的pH值,降低对管程的腐蚀。     (4)建议采用耐腐蚀的金属和合金材料。装置采用耐腐蚀性能较高的18-8合金,同时降低了脱钙剂的加入量后换热器已运行2a,至今未发生腐蚀穿孔。 参考文献: [1] 程刚,陈磊,刘向普,等.脱钙剂在苏丹原油脱钙工艺中的工业化应用[J].化工进展,2006,25(3):343-346. [2] 万彬,王天奇,章祥林,等.广6注水系统注入水防垢机理的 研究与应用[J].江汉石油职工大学学报,2006,19(6):71- 72. [3] 刘玉堂,邵云巧.热媒/水换热器泄露原因分析[J].油气储运, 2001,20(12):40-60. [4] 杨德均,沈卓身.金属腐蚀学[M].北京:冶金工业出版社, 1999:122-132. [5] 陈匡民.化工机械材料腐蚀与防护[M].北京:化学工业出版 社,1990:50-52. 
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