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轻柴油换热器腐蚀原因分析及控制方法点击：1931 日期：[ 2014-04-26 22:14:18 ] |
| 轻柴油换热器腐蚀原因分析及控制方法 张 勇 (中国石油天然气股份有限公司辽河石化分公司，辽宁盘锦124022) 摘要：中国石油天然气股份有限公司辽河石化分公司催化裂化装置的轻柴油换热器管束，自投用以来经常发生腐蚀泄漏，虽多次对管束进行材质升级，但效果不佳。经调查分析，原因是该换热器壳程循环水(采暖水)流速过低，使得粘泥等杂质沉积形成泥垢，水与垢两相中的氧浓差形成了电化学腐蚀。通过采取改变换热器流程及对循环水(采暖水)进行处理等措施，使设备的腐蚀得到了控制。 关键词：换热器管束电化学腐蚀控制 中图分类号：TE980．43 文献标识码：B 文章编号：l007—015X(2006 )05—0058—02 1 换热器基本情况 中国石油天然气股份有限公司辽河石化分公司催化裂化装置的轻柴油换热器E206／A，B，管程走轻柴油(入口温度220℃ ，出口温度90℃)，壳程冬季走采暖水，其它季节走循环水(入口温度50℃ ，出口温度100℃)。由于该换热器自投用以来经常发生腐蚀泄漏，曾多次对管束材质进行过升级，从10号钢、镍磷镀、渗铝钢、直至09Cr2A1MoRE管束，但效果都不好(见表1)。 09Cr2A1MoRE管束在使用8个月后，虽然没有发生泄漏，但表面已经严重腐蚀(见图1)。换热器管束的频繁更换，不但造成了经济损失，而且严重影响了装置的安全和平稳运行。 2 换热器腐蚀原因分析 为了弄清发生腐蚀的真正原因，对E206／A，管束表面的腐蚀产物进行了定性和定量分析，分析方法按HG／T5—1605—1985{i_72业循环冷却水污垢和腐蚀产物中酸不溶物，磷、铁、铝、钙、镁、锌、铜含量测定方法》进行。 腐蚀垢样外观呈黑色，无异味，在105℃温度下烘干后表面出现一薄层黄色物，垢样与换热管壁结合较紧密。腐蚀垢样：分析结果见表2。 * 本方法只能定性和定量分析腐蚀垢样中的无机物成分和有机物的质量分数，而对一些微量的无机物和有机物由于分析方法和仪器的原因不能给出结果． 从表2的分析结果可以看出，垢样中Fe，O 的质量分数为69．24％ ，说明Fe2O 为主要腐蚀产物，铁的氧化腐蚀是造成该换热器腐蚀的主要原因。 分析垢样中没有氯离子，因此不存在氯离子的点蚀。垢样无异味，也没有硫酸盐存在，可以推断不存在硫酸盐还原菌的腐蚀。垢样的pH 值为5．5～6．0，而且定性分析结果均为氢氧化铁，也可以说明腐蚀主要是由粘泥及垢下的铁细菌引起的。 3 腐蚀机理分析 铁细菌能使水中的亚铁化合物(如FeCO )氧化形成氢氧化铁而沉积，通过下述反应获得生长所需能量： 4FeC03+6H20+02=4Fe(OH)3+4C02+ J产生的氢氧化铁在细菌周围形成大量的棕色粘泥，引起管道堵塞，同时在钢管管壁上形成锈瘤结节，产生坑蚀。 一般来说，铁细菌容易生长在含有铁和有机物的水中。当水中铁的质量分数高于0．2～0．3 bLg／g时，就有铁细菌存在。当铁的质量分数高于1～6 bLg／gl3~，铁细菌容易生长。如有机物的质量浓度与铁的质量浓度比例适当，且前者高于后者时，铁细菌发生几率较高。铁细菌喜欢生活在含氧少并含有c0，的弱酸性水中。而垢样的pH 值为5．5～6．0，正属于弱酸条件，适合铁细菌生存。 该换热器壳程走的循环水(采暖水)流速明显低于水冷器壳程走的循环水(采暖水)流速，低流速使得冷却水介质携带的粘泥等杂质容易沉积形成泥垢，造成了垢下腐蚀。垢下腐蚀主要是由循环水(采暖水)中的溶解氧在水相与垢相中的质量浓度不同形成的氧浓差电池而产生的电化学腐蚀。通常循环水(采暖水)中的氧处于饱和状态，因此在氧质量浓度大的水相中，碳钢表面为阴极，而在氧质量浓度小的垢相中，碳钢表面为阳极。溶解氧的作用是在体系中产生去极化作用，即垢相阳极的Fe(碳钢)失去4个电子，形成二价铁离子，而水相阴极的水分子和氧分子得到4个电子，形成氢氧根离子。整个化学反应过程可概括为Fe与水环境中的氧在因溶氧质量浓度所产生的两极电位差的影响下，化合生成氢氧化亚铁(腐蚀产物)。 溶液中氧的质量浓度越大，在水、垢两相中质量浓度差就越大，则阴阳两极的电位差也越大，Fe越易与氧反应产生腐蚀。垢层越厚，则越易在垢下产生腐蚀，并向纵深发展直至穿孔。 4 防腐蚀措施 通过对换热器管束的腐蚀分析，找到了产生腐蚀的主要原因，并采取了相应防腐蚀措施。 (1)合理设计流程，防止换热器中存在流体滞留区。将E206／A，B的管程和壳程介质进行互换，即改为轻柴油走壳程，循环水(采暖水)走管程，以增加循环水(采暖水)介质流速，减少因介质滞留而造成的泥垢沉积，改善诱发腐蚀产生的原始环境。 (2)加强水质管理，严格控制相关操作指标， 以符合工艺规定的要求。 (3)对循环水(采暖水)进行处理，投加复合型配方的水质稳定剂(缓蚀剂、阻垢分散剂、杀菌剂)。经采取上述防腐蚀措施后，仍然继续使用已经腐蚀的09Cr2A1MoRE换热器管束，使用6个月后对管束的腐蚀情况再次进行检查，发现管束的腐蚀情况没有加重，仍然可以继续使用。 在解决换热器206／A，B管束腐蚀问题的基础上，还对催化裂化装置其它换热设备采取了更安全的防腐蚀措施： (1)采用阴极保护或牺牲阳极保护法对换热器的管板和管口进行附加保护，降低产生电化学腐蚀的电位差。 (2)采用表面防腐蚀涂层技术，使基体碳钢材料与冷却水隔离，避免产生腐蚀。 (3)对不锈钢材质的冷却器进行焊后处理。不锈钢材质的管束或管板焊接后，进行局部的固溶处理；不锈钢焊缝焊接后用酸洗膏和钝化膏进行酸洗钝化，避免产生不锈钢应力腐蚀。 5 结论 水的腐蚀是炼油装置生产操作中常见的腐蚀问题，仅通过提升材质等级来解决腐蚀并不一定能达到理想的效果，还应采取消除设计制造缺陷、加强工艺管理、加强水质管理等综合措施，才能从根本上避免腐蚀的发生。 |
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