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循環(huán)水換熱器腐蝕泄漏分析與防治

2019-07-03 09:26:25 作者：本網(wǎng)整理來源：設(shè)備管理與防腐分享至：

換熱設(shè)備利用率的高低直接影響到煉油工藝的效率以及成本的費(fèi)用問題。由于換熱器工作介質(zhì)復(fù)雜且腐蝕性強(qiáng)，運(yùn)行工況條件苛刻，出現(xiàn)的腐蝕泄漏問題極大的影響著裝置的安全、平穩(wěn)及長周期運(yùn)行。

典型案例某煉廠穩(wěn)定塔油氣冷卻器E309/B，管束型號BES1200-2.5-495-6/19-4II，該換熱器殼程為減一中油，管程為循環(huán)水。換熱器2014年大檢修更換新?lián)Q熱器管束，運(yùn)行至2015年2月底，新管束在僅投用三個(gè)月后即發(fā)生泄漏，換熱器管束出現(xiàn)內(nèi)漏，對檢修期間更換的舊管束進(jìn)行抽真空試壓，堵管10根后管束回裝，上水打壓合格。該水冷器漏損發(fā)生在管程水側(cè)，即管束內(nèi)壁，并包括管板與循環(huán)水接觸側(cè)，失效形式為形成腐蝕坑及穿孔。

1 檢測與分析

該水冷器的管束材質(zhì)為20#鋼，規(guī)格ф19×2mm光管；管板材質(zhì)為16MnⅡ。管程介質(zhì)循環(huán)水，溫度（入口）32/（出口）40℃，壓力0.4MPa；殼程介質(zhì)減一線油，溫度（入口）90/（出口）50℃，壓力0.98MPa。

根據(jù)管束運(yùn)行期間循環(huán)水采樣分析結(jié)果來看，在此期間共采樣137次，水樣分析結(jié)果顯示，部分水質(zhì)數(shù)據(jù)較要求控制指標(biāo)偏差較大，詳見表1。

表1 管束運(yùn)行期間循環(huán)水檢測數(shù)據(jù)

項(xiàng) 目	要求控制指標(biāo)	實(shí)測值
1、PH值	7~9.5	＜7，最低6.5
2、總磷	12~15mg/L	9.7~35mg/l
3、濁度	≤35NTU	138~220NTU
4、濃縮倍數(shù)	≥3.5	2.6~3.5
5、石油類	＜10mg/L-	10~500mg/L
6、余氯	0.1~1mg/L	1~5.6mg

01 宏觀檢測

從水冷器中不同部位取腐蝕并穿孔及未失效管樣，并將管樣縱向剖開，并對腐蝕穿孔管樣進(jìn)行了清洗。然后對管束內(nèi)壁（水側(cè)）及管板水側(cè)的腐蝕狀況拍照，可見管束內(nèi)壁呈現(xiàn)潰瘍狀腐蝕，管板上也存在許多圓形腐蝕坑，其中有些大的腐蝕坑穿孔，見圖1、圖2。

圖1 換熱管剖面腐蝕點(diǎn)坑及穿孔

圖2 腐蝕點(diǎn)坑放大圖貌

02 金相組織分析

從泄漏管束及未失效管束取金相樣品，在顯微鏡下觀察分析。失效失效管束內(nèi)壁形成圓弧形腐蝕坑，造成管壁嚴(yán)重減薄；由于管束受到過清洗，在腐蝕坑底未見明顯的腐蝕產(chǎn)物附著；管壁金相組織為鐵素體+珠光體，發(fā)生嚴(yán)重腐蝕的管束與未失效管束的金相組織完全相同。

03 掃描電鏡分析

借助于掃描電鏡，對右下第17排第5根管內(nèi)壁點(diǎn)蝕坑進(jìn)行形貌觀察和能譜分析。觀察可見，點(diǎn)蝕坑內(nèi)附著有疏松狀態(tài)的腐蝕產(chǎn)物；能譜分析確定，點(diǎn)蝕坑內(nèi)的腐蝕產(chǎn)物主要由Fe、O元素組成，還有S、Cl、Si等，見圖3

圖3 腐蝕點(diǎn)坑能譜分析

2分析與討論

通過前面對腐蝕失效管束的多項(xiàng)理化檢驗(yàn)分析，金相檢驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)組織異常等現(xiàn)象。管束腐蝕破壞是從管束內(nèi)壁發(fā)生并發(fā)展，以形成潰瘍狀腐蝕并穿孔的破壞形式。潰瘍狀腐蝕是氧腐蝕的典型形貌，因此初步判斷管束的失效是由氧腐蝕造成的。

由于水冷器的管程通循環(huán)冷卻水，因此管束的腐蝕破壞與循環(huán)冷卻水有直接地關(guān)系。冷卻水系統(tǒng)常采用敞開式循環(huán)水系統(tǒng)。該系統(tǒng)均經(jīng)水質(zhì)穩(wěn)定處理。鋼鐵受水中溶解氧的腐蝕其實(shí)質(zhì)是一種電化學(xué)腐蝕，即溶解在水中的氧會造成鋼鐵的腐蝕，形成鐵銹。水中溶解氧濃度越大，鋼鐵的腐蝕速度越大。

其反應(yīng)式為：

溶解氧腐蝕的特征是：在金屬表面形成直徑不等的鼓皰，直徑一般為1~30mm，鼓皰表面顏色由黃褐色到磚紅色不等，下面是黑色粉末狀物，這些均是腐蝕產(chǎn)物，將這些腐蝕產(chǎn)物清除后，便會出現(xiàn)凹坑，這種腐蝕也稱為潰瘍腐蝕。

循環(huán)水系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，懸浮于冷卻水中的污泥會牢固地附著在設(shè)備表面上，形成氧的濃差電池，使鐵被溶解，引起垢下腐蝕，導(dǎo)致水冷器管束的腐蝕穿孔的可能性是存在的。其次，從送檢方的描述中也證實(shí)管壁內(nèi)部有一定結(jié)垢，由于使用時(shí)間較短，因此，垢層沉積并不嚴(yán)重。

水質(zhì)監(jiān)測顯示總磷、濁度、總鐵、石油類、余氯等均超要求控制指標(biāo)。這些因素均會導(dǎo)致或促進(jìn)垢下腐蝕的發(fā)生。總磷就是水中磷元素的總含量，磷含量過多會引起藻類植物的過度生長，水質(zhì)富營養(yǎng)化，甚至造成水質(zhì)污穢異臭，死亡的藻類將成為污泥。濁度表示水中懸浮微粒的含量，包括粘泥、腐蝕產(chǎn)物、雜質(zhì)、微生物等。濁度高說明水中含有大量的懸浮微粒。總鐵含量超標(biāo)表明水中鐵離子含量高，意味著水冷器管束腐蝕嚴(yán)重石油類含量嚴(yán)重超標(biāo)說明系統(tǒng)漏油，油品進(jìn)入到循環(huán)水中。油是微生物的營養(yǎng)源，有助于其生長和繁殖；另一方面油品又不斷地消耗循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)投加的用于抑制微生物生長的氧化性滅菌劑氯。由于漏油，循環(huán)水濁度急劇增加，水質(zhì)變差，油品粘附力強(qiáng)，與系統(tǒng)中的懸浮微粒粘合在一起，在管壁、管板的死角處沉積，使投加的藥劑作用得不到有效地發(fā)揮，而且形成大量的污泥，為細(xì)菌生存與繁殖創(chuàng)造條件，促進(jìn)垢下腐蝕的發(fā)生。

3防治措施

在日常生產(chǎn)中，應(yīng)從以下幾方面加強(qiáng)管理，提高換熱器管束生命周期：

01在生產(chǎn)操作方面要進(jìn)一步改善循環(huán)水質(zhì)量

加強(qiáng)腐蝕監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)異常分析，充分利用循環(huán)水在線含油分析等在線監(jiān)測系統(tǒng)，建立制度，定期查看分析，及時(shí)定位，及時(shí)預(yù)警處理。建立檢漏、查漏相關(guān)管理制度并組織查漏，杜絕泄漏的油品加劇結(jié)垢和腐蝕，造成腐蝕加劇漏油的惡性循環(huán)。按照工藝卡片，循環(huán)水水質(zhì)監(jiān)測每天一次，指導(dǎo)加藥、旁濾、排污換水。

02加強(qiáng)循環(huán)水流速管理

應(yīng)定期對循環(huán)水流速進(jìn)行檢測，管程循環(huán)冷卻水流速不宜小于0.9 m/s；殼程循環(huán)冷卻水流速不宜小于0.3 m/s。水量小、流速低、結(jié)垢嚴(yán)重；水量大、流速高、腐蝕嚴(yán)重；工藝介質(zhì)超溫導(dǎo)致結(jié)垢；熱負(fù)荷大換熱面積不夠；熱負(fù)荷小導(dǎo)致浪費(fèi)。

（1）采用便攜式流速測定儀（多普勒超聲波流量計(jì)）現(xiàn)場測循環(huán)水流速，調(diào)節(jié)并控制流速在合理的范圍，調(diào)整流量不合理的用水裝置和冷卻器；定期檢查閥門開度，控制冷換設(shè)備循環(huán)水閥門開度不宜小于全開的20%，防止流速過低，造成結(jié)垢腐蝕；分析腐蝕掛片器監(jiān)測的碳鋼、不銹鋼、銅材質(zhì)掛片腐蝕速率，根據(jù)循環(huán)水效果監(jiān)測分析，進(jìn)行水質(zhì)控制效果評價(jià)，指導(dǎo)循環(huán)水流速控制。

（2）對各系統(tǒng)的給水、回水總量、進(jìn)出壓力、溫度，對各用水裝置的循環(huán)水進(jìn)出總流量、溫度、進(jìn)出口壓力，對各個(gè)冷卻器循環(huán)水的流量、進(jìn)出口溫度、壓力及介質(zhì)進(jìn)出口溫度進(jìn)行標(biāo)定和優(yōu)化。

（3）對用水量超200m?/h，管程流速超1.5m/s的單臺冷換設(shè)備進(jìn)行調(diào)整；將負(fù)荷較低、流速低于1m/s的冷卻器由并聯(lián)改為串聯(lián)，例如催化重整有6臺由并聯(lián)改串聯(lián)，催化有7臺由并聯(lián)改串聯(lián)；對于循環(huán)水閥門開度過小，流速低于1m/s的冷卻器，督促車間開大閥門，提高流速；經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整，系統(tǒng)共減少循環(huán)水量1500 m?/h，循環(huán)水系統(tǒng)達(dá)到了合理、節(jié)約用水的目的，同時(shí)解決了部分冷卻器腐蝕結(jié)垢問題。

03更換管束

對于使用超過兩周期的管束，應(yīng)按照介質(zhì)種類、檢修腐蝕檢查情況，有計(jì)劃的逐步更換。

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