套管换热器
容积式换热器
新闻动态
延迟焦化装置中换热器管腐蚀失效分析点击：1955 日期：[ 2014-04-26 22:05:54 ] |
| 迟焦化装置中换热器管腐蚀失效分析 丛树林1,黄海涛2 (1.辽宁科技学院,辽宁本溪117022;2.华东理工大学承压系统安全科学教育部重点实验室,上海200237) 摘要:用金相、SEM和EDS等方法对延迟焦化装置中碳钢换热器管的腐蚀穿孔进行了失效 分析。结果表明:腐蚀产物主要为铁的氧化物/氢氧化物和氯化物,换热器管穿孔是由吸氧腐蚀造 成的;循环水除氧不彻底是造成吸氧腐蚀导致穿孔的根源,冷却水中的氯离子加速了腐蚀的进程; 控制水中的氧含量是预防换热器管腐蚀的关键。 关键词:换热器;吸氧腐蚀;穿孔 中图分类号:TG172.5 文献标识码:B 文章编号:1000-3738(2008)09-0079-03 0 引 言 腐蚀失效是造成换热器事故的主要原因,直接 威胁到换热设备的长期、安全和稳定生产。因此对 其腐蚀失效的研究一直是换热设备中一个重要课 题。换热器腐蚀失效的类型几乎包括了所有常见的 腐蚀类型,如均匀腐蚀、缝隙腐蚀、孔蚀、冲刷(磨损) 腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀等。分析腐蚀原因是有 效预防失效的关键,具有重要的工程价值。 某炼油厂延迟焦化装置中的换热器是塔顶循环 油/除氧水换热器,属于管壳式浮头换热器,其工况 参数见表1。该换热器的20钢管束在使用半年后 即有25%的管子发生腐蚀穿孔,造成很大的经济损 失。为防止换热器管早期失效的再次出现,作者对 其腐蚀原因进行了分析。 1 理化检验与结果 1.1 换热器管腐蚀表面的宏观形貌 换热器管腐蚀后外表面呈现出大的腐蚀凹坑和 局部穿孔(图1)。整个外表面均已被腐蚀,铁锈可 以剥落,剥落后可见大的坑或孔。腐蚀物的颜色呈 褐色,局部为红棕色。管束为卧式放置,上部管子的 腐蚀穿孔量要比下部管子的多。 整个外表面均由一层铁的锈蚀物所覆盖,锈蚀 物呈层状,大片脱落。而换热管的内表面情况要好 得多,只有轻微的腐蚀。 由此可见,腐蚀是从外表面开始的。当局部腐 蚀坑很深时,在管束内压力作用下而出现穿透,循环油便泄漏到管外的冷却水中。管外壁接触的介质为 除氧水,腐蚀的原因可以从工业用除氧冷却水对20 钢的腐蚀方面进行分析。 1.2 显微组织 在换热器管上沿纵向截取金相试样,用XJL-03 型光学显微镜分析显微组织。图2表明,换热器管 的显微组织由铁素体+少量珠光体组成。珠光体的 含量少,说明材料属低碳钢(与20钢基本对应)。因 此,换热管的显微组织无异常现象。 1.3 穿孔处的腐蚀产物 用PhilipsXL-30型扫描电镜(SEM)和 EDAX4型能谱仪(EDS)对腐蚀产物(主要是穿孔 处)进行分析。由图3可见,这些腐蚀产物主要是铁 的氧化物/氢氧化物和氯化物。腐蚀产物中氧含量 (质量分数,下同)为22.98%,氯为4.90%,同时还 有0.40%的硫。除穿孔处以外,换热器管外表面还 存在大面积的均匀腐蚀。对该处取样分析,由图4 可见,腐蚀产物为典型的氧腐蚀结晶物,说明穿孔处 与其它外表面均存在氧腐蚀[1,2]。 图5表明,换热器管外表面均匀腐蚀层下有深 度为0.10~0.15mm的腐蚀坑。 2 讨 论 由上可知,换热器碳钢换热管的腐蚀形态属于 点腐蚀穿孔,同时存在均匀腐蚀。腐蚀现象与碳钢管的材质没有直接联系。 经腐蚀产物形貌和成分分析证实,这种腐蚀主 要是由吸氧腐蚀所引起,另外水中的氯也促进了该 钢管腐蚀的进程[3]。 碳钢在水中的腐蚀是一种电化学腐蚀。当钢中 的铁原子以铁离子(Fe2+)的形式不断溶解(腐蚀) 进入水中,即使是中性的水,也会有氢氧根离子 (OH-)不断产生,从而与Fe2+形成氢氧化亚铁 Fe(OH)2[4]。 腐蚀产物Fe(OH)2在含氧水中是不稳定的, 将进一步氧化成三价的氢氧化物Fe(OH)3。氢氧 化物再脱水便形成Fe2O3和FeOOH铁锈。 这些铁锈在脱水时形成结晶状物质,呈红棕色, SEM观察到的针状物就是典型的α-FeOOH晶体 的形貌。因此针状物就是碳钢管外表面发生氧化腐 蚀的证据。说明除氧水的氧含量还未达到要求,水中的溶解氧起到了重要的腐蚀作用。 工业用冷却水中的氯是作为微生物杀灭剂而加 入的,它会降低水的pH值,使水略呈酸性,从而增 加了水的腐蚀性。其腐蚀形式是局部腐蚀,如孔蚀。 氯的腐蚀性主要是它溶解于水后形成了盐酸和次氯 酸而造成的:Cl2+H2O→HCl+HClO。 在换热器管的腐蚀产物中检测到质量分数约为 4.9%的氯,说明氯确实起到了腐蚀作用,生成的腐 蚀产物可能是FeCl2和FeCl3。 至于腐蚀产物中约有0.4%的硫[6],可能是循 环冷却水在喷淋式冷却塔中吸收大气环境中的硫 (二氧化硫或硫化氢)而带入来的;也可能是换热器 管穿孔后循环油带入的,这有待于今后对水质进一 步分析加以证实。 3 结 论 (1) 延迟焦化装置中碳钢换热器管的腐蚀及穿孔主要发生在外表面,主要由吸氧腐蚀造成。 (2)降低除氧冷却水中的氧含量,并加以严格 控制,可预防换热器管的腐蚀失效。 参考文献: [1] 战广深,刘贵昌,李贤,等.碳钢换热器U形管腐蚀失效分析 [J].石油化工设备,1998,27(1):4-8. [2] 陈炳华,吴金福,黄方益.氧腐蚀对热力设备的危害及处理措 施[J].硫酸工业,2004(4):40-41. [3] 解群.冷却水中微生物腐蚀及含氯杀生剂对凝汽器不锈钢管 的影响[J].华东电力,2002,30(9):30-32. [4] 王延明,赵占吉,董伟娟,等.牺牲阳极保护在碳钢换热器水相 腐蚀中的应用[J].石油化工腐蚀与防护,1994,11(3):33- 36. [5] 罗广辉,郑新兵,刑桂萍.换热器管束表面镀Ni-P防护层的防 腐应用[J].石油化工设计,2006,23(3):53-55. [6] 于振海.管壳式换热器腐蚀原因分析[J].锅炉压力容器安全 技术,2002(2):59-61. |
| 上一篇：换热器用16Mn+304复合钢板焊接工艺 | 下一篇：钎焊板式换热器传热与压降性能实验 |