1 概述

某石化公司MTBE 裝置萃取水冷卻器，用于冷卻甲醇回收塔經泵送來的萃取水，管程的循環水冷卻殼程的萃取水。管束規格為Φ25×2.5mm,材質10＃鋼，數量120根。裝置投產運行以來，該水冷器管束泄露嚴重，多次腐蝕穿孔，影響了裝置的正常運行，裝置多次對管束進行了更換，對泄漏穿孔的舊管束穿孔換熱管進行失效分析。

2 分析過程

2.1、宏觀檢驗：

換熱管樣品見圖1。外壁表面附著黑色、紅銹色垢物；局部減薄穿孔，孔徑約1mm～2mm；沿管縱向剖開，可見管內壁堆積褐色垢物，見圖2。垢物松散易清理，清理后的表面無金屬光澤，凹凸不平，局部呈不均勻減薄特征，腐蝕穿孔。

圖1 外壁表面腐蝕穿孔

圖2 內壁腐蝕特征

2.2、成份分析：

彎頭材料為10鋼，化學成分符合GB/T 9948標準，組織正常；換熱管為正火態，組織為鐵素體+珠光體。

2.3、金相檢驗：

取樣部位：腐蝕穿孔部位、正常部位。換熱管為正火狀態，組織正常；腐蝕發生在內壁表面，呈局部不均勻減薄特征，為垢下腐蝕特征。

圖3 金相組織圖

圖4內壁腐蝕坑金相組織圖

2.4、腐蝕產物：

宏觀特性：內壁堆積褐色垢物，垢物呈褐色松散，見圖5；

圖5 管內腐蝕產物

圖6  內壁腐蝕形貌及穿孔特征

清理后的表面無金屬光澤，凹凸不平，局部不均勻減薄穿孔，見圖6。

微觀形貌:換熱管內壁表面腐蝕形貌主要表現為腐蝕產物和基體金屬組織顯現以及蝕坑，見圖7，圖8，圖9，圖10，圖11，圖12。

圖7  穿孔部位

圖8腐蝕產物

圖9基體金屬+蝕坑

圖10腐蝕產物

圖11 基體金屬+蝕坑

圖12  基體金屬+蝕坑

分析結果：垢物中主要是含有Si、S、Ca元素的鈣化合物和二氧化硅；腐蝕產物主要是氧化鐵Fe2.964O4 、Fe2O3 、Fe2O3 ·H2O等。

2.5、水樣分析：

水質分析結果：水冷器使用的循環水水質較差，氯離子、鎂離子、鈣離子含量都很高；循環水中懸浮物也較多，這些都是造成換熱管束內壁附著結垢，形成垢下腐蝕的主要原因。

3 結論

從分析檢驗結果可知：管束材質合格，換熱管腐蝕失效是因為冷卻水管內壁結垢嚴重，垢下產生了腐蝕，并產生穿透性蝕孔造成。從試樣的內表面上出現局部減薄但還未穿透的現象,證實蝕孔產生于材料的內表面并向外擴展,即冷卻水管內流入的水是引起該材料的主要腐蝕性介質，冷卻水管外流動的甲醇萃取水對此影響不大。冷卻水的測試結果表明,水中鈣、鎂離子含量過高,直接造成了冷卻水在管中的嚴重結垢,給垢下腐蝕提供了必要條件，在Cl- 的作用下,腐蝕加速,最終導致管束穿孔失效。

4 建議

A、嚴格控制材料的加工、熱處理等工藝過程，使材料理化性能更高，或著選用更好的材質。

B、增大循環水流速，改進水質,降低循環水中的鈣、鎂和氯離子濃度,以減少材料產生垢下腐蝕,，同時盡量降低水中沉積物，降低冷卻水中的O2, Cl- 和SO42－等含量,從而降低循環水管的腐蝕速率。

C、在水中加入藥劑（如緩蝕劑、阻垢劑、殺菌劑等）,控制水中的微生物含量,在管束內外表面涂上防腐涂料等措施來降低冷卻水管的腐蝕破壞。

D、定期或者在檢修期間對管束進行物理（機械外力方式）、化學（酸、堿、絡合劑、表面活性劑、聚電解質等）的清洗。