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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：	更新時間： 2024年09月21日
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腐蝕與防護 石油化工設備技術，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，出現泄漏。分析認為，換熱管腐蝕穿孔，是由于管程介質中含有較高的腐蝕
性元素，使管內壁產生了垢下點腐蝕所致。對新制作管束的換熱管內側采用鈦納米防腐涂料進行了防腐處
理，較好地解決了該換熱器管束的腐蝕問題。
關鍵詞：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
水、冬季使用低溫水作為取熱介質。2009年5月
裝置停工檢修期間，只對小浮頭進行了熱緊；同年
6月開工后正常投用循環水；1O月5日操作工檢
查時發現換熱器內部泄漏。兩臺換熱器換熱管材
質均為1O號鋼¨1]，其規格為 19mm×2 mm。
1 換熱器管束腐蝕泄漏情況
打開換熱器后發現管板表面及換熱管外表面
腐蝕不明顯，但管內存有石頭等雜物。清洗管內
試壓堵漏后回裝。水壓試驗后A 臺管束未發生
泄漏，B臺管束充水后即發現泄漏2根，打壓后共
堵管14根。為進一步分析泄漏原因，對管程和殼
程介質進行了測定，并決定進行解體檢查。對
B臺管束外表面進行了高壓水清洗，清洗后發現
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根管檢查發現，未進行水壓試驗時
在每根換熱管上發現一個漏點，漏點均發生在導
流筒位置，且一根在固定管板側，一根在浮動管
板側。
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，觀察發現泄
漏部位的內孔遠比外孔要大，說明泄漏孔是由內
壁首先產生，并向外壁擴展而形成的。內表面均
被腐蝕產物所覆蓋，局部區域有較多呈鐵銹色的
物質堆積，并與內表面較牢固地貼在一起，見
圖2。將試樣用熱酸清洗后觀察，發現內壁堆積
物較多的部位腐蝕得較嚴重，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 (h)管內側
圖1 換熱管腐蝕及泄漏孔形貌
2 換熱器Elll7A／B設計、操作工藝參數
2．1 設計工藝參數
設計工藝參數如表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年畢業于大慶石化總廠職工大
學化工機械專業；1997年畢業于黑龍江大學行政管理專業。
現在煉油廠焦化車間從事設備管理工作，已發表論文9篇，
機械工程師。
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對措施
內壁沉積物堆積
圖2 換熱管泄漏處內部沉積物 圖3 換熱管內部沉積物腐蝕坑形貌
表1 Eli17A／B設計工藝參數
2．2 操作工藝參數
操作工藝參數如表2所示。
3 Ell17A／B操作工藝參數與老焦化裝置頂循
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，老焦化裝置頂循環油先經H4加熱渣
油，后進入H一6冷卻，再經過L一2(空冷)后回分
餾塔；而新焦化是頂循環油直接進入E1117A／B
后回分餾塔。因此，E1l17A／B的操作工藝參數
和設備主要參數與H一6相比，也略有區別。
3．1 操作工藝參數對比
操作工藝參數對比如表3所示。
3．2 設備主要參數對比
設備主要參數對比見表4。
表2 E1lI7A、B操作工藝參數
表3 操作工藝運行參數對比
表4 設備主要參數對比
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管程
殼程
1O
A3R
736 25 2．5
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石油化工設備技術
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，進行了下述檢測、分析。
4．1 換熱管質量檢測分析
在穿孔部位制取高倍金相試樣觀察，泄漏部
位由管內壁向外壁逐漸減薄，最終產生漏點。同
時內壁有明顯的腐蝕產物，并沒有發現明顯的冶
金缺陷，金相組織為鐵素體+珠光體，見圖4。在
內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行對比觀察，
這些部位腐蝕坑較少，且較淺，經顯微鏡測量該處
壁厚為1．95 mm；其組織也為鐵素體+珠光體。
經晶粒度評定，結果均為8．5級。夾雜物均未發
現超標現象。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，呈細條帶狀分布，
見圖5，這與軋制溫度偏低有關。
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
檢查換熱管內壁發現，有的局部比較粗糙，或
有折皺、裂紋等缺陷。這些缺陷為腐蝕產物的沉
積和腐蝕元素的積聚提供了條件。
4．2 介質因素的影響
大多數冷卻器均水走管程，因冷卻水中含有
鈣、鎂離子和酸式碳酸鹽。當冷卻水流經傳熱的
金屬表面時就發生如下反應：
Mg + HCO~-+ H 2 O MgCO3
+ Mg(OH)2·3MgCO。+CO
Ca + 2HcO 一H 2 O+CO2+ CaCO3
當水中加有聚合磷酸鹽作緩蝕劑時存在如下
反應：
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，反應如下：
2Fe+ 2H 2 O+ O2— 2Fe(OH)2
反應的結果在傳熱面上逐漸結垢，同時伴隨
鐵銹的生成。垢層使換熱效果嚴重降低。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腐蝕，在
腐蝕電池中陰極反應主要是氧的還原，陽極反應
則是鐵的溶解。碳鋼在水中發生的腐蝕反應
如下：
陽極反應：
2Fe 2Fe+ +4e
陰極反應：
O 2 4-2H2 O+ 4e一4OH
總反應：
2Fe+ 2H2O4-O2 2Fe(OH )2
在腐蝕發生時，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
穩定的，它將進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物及管內壁堆
積物進行掃描電鏡能譜分析，分析結果表明，兩個
試樣的內壁腐蝕產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
泄漏也起到了促進作用。
4．3 工藝因素的影響
根據該臺設備使用的特點，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
殼程介質散熱，循環水溫度較高。二是該系統屬
(下轉第63頁)
第32卷第6期 關巍巍．糠醛精制裝置的腐蝕及防護措施
平穩。
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、水進入系統，這將使糠醛氧化、變質的問題得
到根本解決，此工藝可取消水溶液回收系統，并且
能耗更低。惰性氣體汽提工藝將是溶劑精制工藝
發展的方向之一。
3．9 使用耐腐蝕材料。材質升級
糠醛對金屬的腐蝕具有選擇性，對碳鋼的腐
蝕遠超過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
腐蝕速率的對照表。
表4 糠酸對不同材質的腐蝕率
| ≯ 櫧黢i 蠢毫| 斌％甄逸率『(n吼 每
幫|
18—8不銹鋼
裝置于2010年6月檢修時實施材質升級，主
要為溶劑回收系統的蒸發塔及其出口管道，加熱
爐輻射室所有急彎彎管及部分爐管。
4 結語
糠酸是糠醛精制裝置設備腐蝕的主要腐蝕介
質，而環烷酸對糠醛氧化為糠酸起加速作用，系統
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、水進入系統，防止糠醛氧化變
質。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，提高糠醛進貨質量等。
針對水溶液回收系統腐蝕程度嚴重的情況，采取
加KQ 1緩蝕劑的措施，能不斷除去系統中的糠
酸，有效降低全裝置的腐蝕程度。操作上則要求
加強加熱爐及萃取塔平穩操作，防止超溫，防止糠
醛氧化結焦。另外對蒸汽發生系統的腐蝕則提出
加緩蝕劑的方法，操作上控制好液面，防止水擊，
定期排污，能有效改善蒸汽發生系統的腐蝕狀況。
參考文獻：
E1] 現代化工，1999．04
E22 郭健等．腐蝕與防護，1996(1)：31
(上接第56頁)
于密閉的，冬季作為采暖水換熱器水質溫度更高。
因為在密閉式循環冷卻水中，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中，氧在
有壓力的狀態下溶解在水中而不能逸出。溫度升
高，擴散系數增大，氧擴散到金屬表面的量值增
大。該臺設備冷卻水的溫度最高為80℃ ，對應的
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。管程介質中含較高
腐蝕性元素，原設計換熱管直徑較小，水中存在的
一些雜質等會阻礙介質的流動，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，新制作了兩
臺換熱器管束，管程水側采用鈦鈉米防腐涂料進
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
沉積物對流動介質的阻礙。換熱器制造中加強質
量控制以保證其設備質量達優；在正常生產中，加
強循環水腐蝕介質含量測定和平穩操作。新換熱
器于2009年11月2日投用后，至今運行良好。
參考文獻：
[1] 趙世臣主編． 常用金屬材料手冊EM]．北京：冶金
工業出版社，1978
1-22 左景伊主編．腐蝕數據手冊[M]．北京：化學工業
出版社，1985

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