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焦化裝置分餾塔頂循換熱器管束腐蝕原因分析及應(yīng)對措施

文檔作者：高俊生，王巍，劉寶文檔來源：中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司煉油廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年09月21日
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腐蝕與防護(hù) 石油化工設(shè)備技術(shù)，2011，32(6)·54· Petro—Chemical Equipment Technology
焦化裝置分餾塔頂循換熱器管束腐蝕
原因分析及應(yīng)對措施
高俊生，王 巍，劉 寶
(中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司煉油廠，黑龍江大慶163711)
摘要：大慶石化分公司煉油廠1 200 kt／a延遲焦化裝置分餾塔頂循換熱器Ell17A／B投用不到兩年，
其中換熱器B的管束腐蝕穿孔，出現(xiàn)泄漏。分析認(rèn)為，換熱管腐蝕穿孔，是由于管程介質(zhì)中含有較高的腐蝕
性元素，使管內(nèi)壁產(chǎn)生了垢下點腐蝕所致。對新制作管束的換熱管內(nèi)側(cè)采用鈦納米防腐涂料進(jìn)行了防腐處
理，較好地解決了該換熱器管束的腐蝕問題。
關(guān)鍵詞：頂循換熱器 管束點腐蝕 鈦納米涂料
大慶石化分公司煉油廠1 200 kt／a延遲焦化
裝置分餾塔頂循兩臺換熱器E1117A／B，于2007
年12月由大慶石化分公司機(jī)械廠制造完成，型號
為BE$800—2．5—215—6／19—2I，2008年9月
隨裝置開工投入使用。該換熱器夏季使用循環(huán)
水、冬季使用低溫水作為取熱介質(zhì)。2009年5月
裝置停工檢修期間，只對小浮頭進(jìn)行了熱緊；同年
6月開工后正常投用循環(huán)水；1O月5日操作工檢
查時發(fā)現(xiàn)換熱器內(nèi)部泄漏。兩臺換熱器換熱管材
質(zhì)均為1O號鋼¨1]，其規(guī)格為 19mm×2 mm。
1 換熱器管束腐蝕泄漏情況
打開換熱器后發(fā)現(xiàn)管板表面及換熱管外表面
腐蝕不明顯，但管內(nèi)存有石頭等雜物。清洗管內(nèi)
試壓堵漏后回裝。水壓試驗后A 臺管束未發(fā)生
泄漏，B臺管束充水后即發(fā)現(xiàn)泄漏2根，打壓后共
堵管14根。為進(jìn)一步分析泄漏原因，對管程和殼
程介質(zhì)進(jìn)行了測定，并決定進(jìn)行解體檢查。對
B臺管束外表面進(jìn)行了高壓水清洗，清洗后發(fā)現(xiàn)
換熱管外表面有均勻麻坑，但腐蝕坑較淺，且分布
較均勻。抽2根管檢查發(fā)現(xiàn)，未進(jìn)行水壓試驗時
在每根換熱管上發(fā)現(xiàn)一個漏點，漏點均發(fā)生在導(dǎo)
流筒位置，且一根在固定管板側(cè)，一根在浮動管
板側(cè)。
換熱管泄漏部位宏觀形貌見圖1，泄漏孔呈
圓形，管外表面有腐蝕產(chǎn)物沉積。在泄漏處截取
長約100 mm管段，將其沿縱向剖開，觀察發(fā)現(xiàn)泄
漏部位的內(nèi)孔遠(yuǎn)比外孔要大，說明泄漏孔是由內(nèi)
壁首先產(chǎn)生，并向外壁擴(kuò)展而形成的。內(nèi)表面均
被腐蝕產(chǎn)物所覆蓋，局部區(qū)域有較多呈鐵銹色的
物質(zhì)堆積，并與內(nèi)表面較牢固地貼在一起，見
圖2。將試樣用熱酸清洗后觀察，發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁堆積
物較多的部位腐蝕得較嚴(yán)重，并形成較明顯的腐
蝕坑，見圖3。外表面同樣有較多腐蝕坑，但腐蝕
坑較淺，且分布較均勻。
(a)管外側(cè) (h)管內(nèi)側(cè)
圖1 換熱管腐蝕及泄漏孔形貌
2 換熱器Elll7A／B設(shè)計、操作工藝參數(shù)
2．1 設(shè)計工藝參數(shù)
設(shè)計工藝參數(shù)如表1所示。
收稿日期：2011一Ol_29；修改稿收到日期：2011 06—29。
作者簡介：高俊生，男，1981年畢業(yè)于大慶石化總廠職工大
學(xué)化工機(jī)械專業(yè)；1997年畢業(yè)于黑龍江大學(xué)行政管理專業(yè)。
現(xiàn)在煉油廠焦化車間從事設(shè)備管理工作，已發(fā)表論文9篇，
機(jī)械工程師。
Email：gao．junsheng@ 163．com
第32卷第6期 高俊生等．焦化裝置分餾塔頂循換熱器管束腐蝕原因分析及應(yīng)對措施
內(nèi)壁沉積物堆積
圖2 換熱管泄漏處內(nèi)部沉積物 圖3 換熱管內(nèi)部沉積物腐蝕坑形貌
表1 Eli17A／B設(shè)計工藝參數(shù)
2．2 操作工藝參數(shù)
操作工藝參數(shù)如表2所示。
3 Ell17A／B操作工藝參數(shù)與老焦化裝置頂循
換熱器H-6對比
老焦化裝置的工藝流程與新焦化的工藝流程
略有不同，老焦化裝置頂循環(huán)油先經(jīng)H4加熱渣
油，后進(jìn)入H一6冷卻，再經(jīng)過L一2(空冷)后回分
餾塔；而新焦化是頂循環(huán)油直接進(jìn)入E1117A／B
后回分餾塔。因此，E1l17A／B的操作工藝參數(shù)
和設(shè)備主要參數(shù)與H一6相比，也略有區(qū)別。
3．1 操作工藝參數(shù)對比
操作工藝參數(shù)對比如表3所示。
3．2 設(shè)備主要參數(shù)對比
設(shè)備主要參數(shù)對比見表4。
表2 E1lI7A、B操作工藝參數(shù)
表3 操作工藝運行參數(shù)對比
表4 設(shè)備主要參數(shù)對比
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殼程
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石油化工設(shè)備技術(shù)
4 腐蝕原因分析
為了弄清楚上述換熱器管束腐蝕穿孔泄漏的
原因，進(jìn)行了下述檢測、分析。
4．1 換熱管質(zhì)量檢測分析
在穿孔部位制取高倍金相試樣觀察，泄漏部
位由管內(nèi)壁向外壁逐漸減薄，最終產(chǎn)生漏點。同
時內(nèi)壁有明顯的腐蝕產(chǎn)物，并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的冶
金缺陷，金相組織為鐵素體+珠光體，見圖4。在
內(nèi)壁堆積物較多部位制取高倍金相試樣觀察，該
部位腐蝕坑較密集(見圖3)，而且腐蝕坑也較深，
經(jīng)顯微鏡測量，該處管壁厚度為1．7 mm。在堆積
物不明顯部位制取高倍金相試樣進(jìn)行對比觀察，
這些部位腐蝕坑較少，且較淺，經(jīng)顯微鏡測量該處
壁厚為1．95 mm；其組織也為鐵素體+珠光體。
經(jīng)晶粒度評定，結(jié)果均為8．5級。夾雜物均未發(fā)
現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。沿管縱向制取高倍金相試樣觀察，
珠光體沿軋制方向有明顯變形，呈細(xì)條帶狀分布，
見圖5，這與軋制溫度偏低有關(guān)。
圖4 換熱管泄漏處金相組織為鐵素體+珠光體
5 換熱管珠光體組織沿軋制方向有明顯的變形
檢查換熱管內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)，有的局部比較粗糙，或
有折皺、裂紋等缺陷。這些缺陷為腐蝕產(chǎn)物的沉
積和腐蝕元素的積聚提供了條件。
4．2 介質(zhì)因素的影響
大多數(shù)冷卻器均水走管程，因冷卻水中含有
鈣、鎂離子和酸式碳酸鹽。當(dāng)冷卻水流經(jīng)傳熱的
金屬表面時就發(fā)生如下反應(yīng)：
Mg + HCO~-+ H 2 O MgCO3
+ Mg(OH)2·3MgCO。+CO
Ca + 2HcO 一H 2 O+CO2+ CaCO3
當(dāng)水中加有聚合磷酸鹽作緩蝕劑時存在如下
反應(yīng)：
3Ca +2PO ～ Ca(PO4)2
此外溶解在冷卻水中的氧還會造成金屬腐
蝕，形成鐵銹，反應(yīng)如下：
2Fe+ 2H 2 O+ O2— 2Fe(OH)2
反應(yīng)的結(jié)果在傳熱面上逐漸結(jié)垢，同時伴隨
鐵銹的生成。垢層使換熱效果嚴(yán)重降低。有的個
別管束使用不到1年換熱管便被堵死。
水對金屬表面的腐蝕主要為電化學(xué)腐蝕，在
腐蝕電池中陰極反應(yīng)主要是氧的還原，陽極反應(yīng)
則是鐵的溶解。碳鋼在水中發(fā)生的腐蝕反應(yīng)
如下：
陽極反應(yīng)：
2Fe 2Fe+ +4e
陰極反應(yīng)：
O 2 4-2H2 O+ 4e一4OH
總反應(yīng)：
2Fe+ 2H2O4-O2 2Fe(OH )2
在腐蝕發(fā)生時，鐵生成氫氧化亞鐵從溶液中
沉淀出來。因這種亞鐵化合物在含氧的水中是不
穩(wěn)定的，它將進(jìn)一步氧化生成氫氧化鐵。
2Fe(OH)z+2H O4-1／2O2 2Fe(OH)3
之后，氫氧化鐵脫水，生成鐵銹。
2Fe(OH)3一FeOOH + H2O
所以說，金屬的垢下腐蝕由于本身電化學(xué)腐
蝕存在自催化作用，將加速金屬的腐蝕E引。
分別對換熱管泄漏部位腐蝕產(chǎn)物及管內(nèi)壁堆
積物進(jìn)行掃描電鏡能譜分析，分析結(jié)果表明，兩個
試樣的內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物所含的各種元素基本相同，
除含基體元素外，還含有Na、K、C1、O、S等腐蝕
性元素。其中的Cl、o、S等對換熱管的腐蝕穿孔
泄漏也起到了促進(jìn)作用。
4．3 工藝因素的影響
根據(jù)該臺設(shè)備使用的特點，夏季作為水冷器，
冬季作為采暖水換熱器，這樣對設(shè)備的影響是比
較大的。一是作為水冷器殼體有保溫，這不利于
殼程介質(zhì)散熱，循環(huán)水溫度較高。二是該系統(tǒng)屬
(下轉(zhuǎn)第63頁)
第32卷第6期 關(guān)巍巍．糠醛精制裝置的腐蝕及防護(hù)措施
平穩(wěn)。
3．8 溶劑干式蒸餾工藝
本裝置的汽提均采用水蒸氣汽提，從實驗室
結(jié)果可以看到，由于水蒸氣的引入將使腐蝕速率
增加7～8倍，如果能實現(xiàn)溶劑干式蒸餾，對溶劑
回收及脫氣塔采用N 汽提工藝將可有效阻止
氧、水進(jìn)入系統(tǒng)，這將使糠醛氧化、變質(zhì)的問題得
到根本解決，此工藝可取消水溶液回收系統(tǒng)，并且
能耗更低。惰性氣體汽提工藝將是溶劑精制工藝
發(fā)展的方向之一。
3．9 使用耐腐蝕材料。材質(zhì)升級
糠醛對金屬的腐蝕具有選擇性，對碳鋼的腐
蝕遠(yuǎn)超過18—8不銹鋼。表1是在糠酸酸值為15
mgKOH／g，溫度60℃條件下，糠酸對兩種材質(zhì)
腐蝕速率的對照表。
表4 糠酸對不同材質(zhì)的腐蝕率
| ≯ 櫧黢i 蠢毫| 斌％甄逸率『(n吼 每
幫|
18—8不銹鋼
裝置于2010年6月檢修時實施材質(zhì)升級，主
要為溶劑回收系統(tǒng)的蒸發(fā)塔及其出口管道，加熱
爐輻射室所有急彎彎管及部分爐管。
4 結(jié)語
糠酸是糠醛精制裝置設(shè)備腐蝕的主要腐蝕介
質(zhì)，而環(huán)烷酸對糠醛氧化為糠酸起加速作用，系統(tǒng)
中水的存在會使糠酸腐蝕大大加重，因此防腐的
思路是阻止氧氣、水進(jìn)入系統(tǒng)，防止糠醛氧化變
質(zhì)。采取的措施主要有對原料罐、容一2及容一5／
1～4采取N。密封保護(hù)，提高糠醛進(jìn)貨質(zhì)量等。
針對水溶液回收系統(tǒng)腐蝕程度嚴(yán)重的情況，采取
加KQ 1緩蝕劑的措施，能不斷除去系統(tǒng)中的糠
酸，有效降低全裝置的腐蝕程度。操作上則要求
加強(qiáng)加熱爐及萃取塔平穩(wěn)操作，防止超溫，防止糠
醛氧化結(jié)焦。另外對蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的腐蝕則提出
加緩蝕劑的方法，操作上控制好液面，防止水擊，
定期排污，能有效改善蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的腐蝕狀況。
參考文獻(xiàn)：
E1] 現(xiàn)代化工，1999．04
E22 郭健等．腐蝕與防護(hù)，1996(1)：31
(上接第56頁)
于密閉的，冬季作為采暖水換熱器水質(zhì)溫度更高。
因為在密閉式循環(huán)冷卻水中，金屬的腐蝕速率隨
溫度的升高而升高，這是因為在密閉系統(tǒng)中，氧在
有壓力的狀態(tài)下溶解在水中而不能逸出。溫度升
高，擴(kuò)散系數(shù)增大，氧擴(kuò)散到金屬表面的量值增
大。該臺設(shè)備冷卻水的溫度最高為80℃ ，對應(yīng)的
腐蝕速率在0．25～0．5 mm／a。見圖6。該管束
壁厚為2 mm不至于1年就腐蝕穿孔。
0 2O 40 6O 8O 1 0()120 140 16O 18O
溫度／℃
圖6 腐蝕速率
綜上所述，此次換熱管泄漏是由于換熱管本
身存在缺陷，管子表面的粗糙區(qū)域、折皺、裂縫或
其他淺的缺陷可以從工藝流體或冷卻水中捕集到
固體顆粒，形成沉積物。這些表面缺陷或沉積物
成為縫隙腐蝕或孔蝕的主因。管程介質(zhì)中含較高
腐蝕性元素，原設(shè)計換熱管直徑較小，水中存在的
一些雜質(zhì)等會阻礙介質(zhì)的流動，從而加劇了腐蝕。
5 處理措施
為保證頂循換熱器的正常生產(chǎn)，新制作了兩
臺換熱器管束，管程水側(cè)采用鈦鈉米防腐涂料進(jìn)
行了防腐處理，同時將其中一臺管束的換熱管由
19mm×2 mm 改成 25mm×2．5 mm，以減少
沉積物對流動介質(zhì)的阻礙。換熱器制造中加強(qiáng)質(zhì)
量控制以保證其設(shè)備質(zhì)量達(dá)優(yōu)；在正常生產(chǎn)中，加
強(qiáng)循環(huán)水腐蝕介質(zhì)含量測定和平穩(wěn)操作。新?lián)Q熱
器于2009年11月2日投用后，至今運行良好。
參考文獻(xiàn)：
[1] 趙世臣主編． 常用金屬材料手冊EM]．北京：冶金
工業(yè)出版社，1978
1-22 左景伊主編．腐蝕數(shù)據(jù)手冊[M]．北京：化學(xué)工業(yè)
出版社，1985

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