常減壓蒸餾裝置的電脫鹽設(shè)備中電極棒斷裂分析

郭慶云，陳 勇

(中國石油化工股份有限公司天津分公司裝備研究院，天津 300271)

常減壓蒸餾裝置的電脫鹽設(shè)備中電極棒斷裂分析

郭慶云，陳 勇

(中國石油化工股份有限公司天津分公司裝備研究院，天津 300271)

某常減壓蒸餾裝置的電脫鹽設(shè)備中電脫鹽罐中的6根電極棒于2009年3月更換，2011年1月1號(hào)正極棒發(fā)生斷裂。電極棒鼻根部分的內(nèi)外兩層套管均斷裂。宏觀檢查發(fā)現(xiàn)1號(hào)正極棒外管球頭的腐蝕麻坑象“蟲子”咬過，呈典型的電蝕特征。內(nèi)管及芯部銅導(dǎo)線有腐蝕坑，含Cu元素，表面有銅綠，都發(fā)生電蝕。斷口有二次裂紋及孔洞，顯示脆性斷裂特征，而外管斷口及蝕坑處橫截面未發(fā)現(xiàn)裂紋、晶間腐蝕跡象，說明是外力造成1號(hào)正極棒斷裂。電極棒、高壓電連接器和電極板之間的軟性連接接觸不良，使正極棒與電極板間的電路阻斷，電流成為雜散電流，正極棒作為陽極，很快發(fā)生電蝕。在流體沖擊下因電蝕減薄，強(qiáng)度不足在支點(diǎn)處斷裂，宜定期檢查、更換并采用新型電脫鹽設(shè)備。

常減壓蒸餾 交直流電脫鹽 電極棒 電蝕 斷裂

電脫鹽是原油加工的第一道工序。電脫鹽裝置運(yùn)行的好壞，對(duì)煉油裝置的生產(chǎn)影響很大。尤其是隨著劣質(zhì)油、高硫原油加工量越來越多，電脫鹽難度越來越大，對(duì)其效能要求會(huì)越來越高。原油電脫鹽易出現(xiàn)的故障有:電脫鹽效率低，電流波動(dòng)大、甚至跳閘;罐內(nèi)電極板變形或絕緣有問題;電氣線路或變壓器故障以及電極棒絕緣層擊穿等。本文討論一起電極棒因發(fā)生電蝕減薄、遭受外力沖擊，而發(fā)生的電極棒斷裂失效。

1 情況介紹

常減壓蒸餾裝置的電脫鹽設(shè)備于1995年投用，一級(jí)電脫鹽罐中的6根電極棒于2009年3月更換，1號(hào)、2號(hào)電極棒分別為A組變壓器送電的正負(fù)極，在運(yùn)行過程中，常出現(xiàn)電流過大現(xiàn)象。

該常減壓蒸餾裝置的電脫鹽設(shè)備采用二級(jí)串聯(lián)流程，1號(hào)罐(D101/1)、2號(hào)罐(D101/2)采用的是某公司提供的交直流電脫鹽技術(shù)，該交直流電脫鹽裝置主要由整流箱、變壓器、電極棒、垂直吊掛式變極距電極板、絕緣吊掛等組成。整流箱型號(hào)為BLX-A-125，輸入電壓:交流(13～25)kV，輸出電壓:+(5.85～11.25)kV。變壓器電流:交流329 A，電脫鹽罐的結(jié)構(gòu)示意見圖1(1號(hào)～6號(hào)為電極棒，原油中加入破乳劑、水、脫鹽劑，由靜態(tài)混合器充分混合，進(jìn)入電脫鹽罐，含鹽水由罐底部排出。操作壓力1.0 MPa，操作溫度125℃。

電極棒鼻端通過插入高壓電連接器，實(shí)現(xiàn)與電極板的通電連接，見圖2、圖3。

2011年1月車間人員巡檢時(shí)，發(fā)現(xiàn)電脫鹽罐地面及電脫鹽1號(hào)罐罐體有大量原油，經(jīng)檢查確認(rèn)是從罐頂電脫鹽裝置的變壓器油柱處噴漏出的，變壓器馬上斷電，并將該罐切除甩掉。開罐后將所有的6根電極棒取出，發(fā)現(xiàn)最北端的電極棒(1號(hào)電極棒，正極)在鼻端變徑處斷裂，原油正是由此沿著銅導(dǎo)線泄漏出去的。與1號(hào)正極棒同組使用的2號(hào)負(fù)極棒完好，其余4根電極棒中，另有一根電極棒的鼻端有腐蝕。

2 檢測(cè)結(jié)果及分析

2.1 宏觀外貌

斷裂的1號(hào)正極電極棒鼻端(見圖4)，分內(nèi)外兩層套管，兩層管均在鼻根部斷裂。電極棒鼻已掉落找不到。

外管較內(nèi)管斷口平整，無塑性變形。外管一側(cè)明顯減薄。放大鏡下，厚壁側(cè)斷口較粗糙，有氧化層。另外薄壁側(cè)殘壁高，有撕扯痕跡，說明終斷區(qū)在薄壁側(cè)。由此判斷厚壁側(cè)先開裂。

外管球頭外側(cè)沿球面遍布大小不一的腐蝕麻坑，蝕孔的形狀呈外寬內(nèi)窄，小孔的形狀比較圓滑，象“蟲子”咬過的痕跡，大孔邊緣比較粗糙，不規(guī)則。最大麻坑φ5 mm，最深1.5 mm。有明顯減薄，最小厚度1.5 mm。球面?zhèn)茸畲蠛穸?.0 mm(測(cè)量2號(hào)負(fù)極棒內(nèi)鼻原厚 3 mm，外鼻原厚2.5 mm)。外管內(nèi)側(cè)及斷口無蝕坑。

芯部的銅導(dǎo)線產(chǎn)生剛性彎曲，彎向斷口終斷側(cè)，銅導(dǎo)線終端變細(xì)，分布有小蝕坑。

對(duì)1號(hào)正極電極棒、2號(hào)陰極棒解剖，發(fā)現(xiàn)內(nèi)管外側(cè)有銅綠，內(nèi)管內(nèi)、外側(cè)及斷口都有腐蝕坑，端部管徑變細(xì)，外管內(nèi)側(cè)基本無腐蝕(見圖5、圖6)。

內(nèi)外兩層套管為內(nèi)楔式聯(lián)接，銅導(dǎo)線焊接在內(nèi)管端口(見圖6、圖7)。

2.2 光譜分析

光譜分析結(jié)果顯示電極棒的兩個(gè)斷口都只含有Mn，F(xiàn)e和Cu元素，結(jié)果見表1。

表1 光譜分析結(jié)果Table 1 Spectroscopic analysis results %

2.3 電鏡斷口分析

外管斷口平滑，只在厚壁處發(fā)現(xiàn)很少量裂紋及孔洞，大部分?jǐn)嗫诒谎趸锔采w，看不清晰，局部未氧化區(qū)，顯示脆性斷裂特征(見圖8、圖9)。

內(nèi)管斷口疏松，多二次裂紋及孔洞，顯示脆性斷裂特征(見圖10、圖11)。圖11 內(nèi)管脆性斷裂特征

圖8 外管厚壁處裂紋及孔洞Fig.8 Cracks and holes in extemal tube

圖9 外管脆性斷裂特征斷口ig.9 Brickle character of extornal tube break

圖10 內(nèi)管裂紋及孔洞Fig.10 Cracks and hole of inner tube

Fig.11 Brickle character of internal tube

2.4 金相檢驗(yàn)

外管斷口及蝕坑處橫截面做金相檢驗(yàn)，組織正常，為鐵素體 +珠光體，未發(fā)現(xiàn)裂紋、晶間腐蝕跡象。

3 斷裂原因分析

1號(hào)正極棒外管球頭的腐蝕麻坑，為典型的電蝕特征。內(nèi)管及芯部銅導(dǎo)線有腐蝕坑，光譜分析顯示兩個(gè)斷口都含Cu元素，內(nèi)管上有銅綠，說明內(nèi)管及芯部銅導(dǎo)線同樣發(fā)生了電蝕。芯部銅導(dǎo)線彎向斷口終斷側(cè)，說明受到的外力很大，且力來自外管厚壁側(cè)。

電鏡斷口分析發(fā)現(xiàn)有二次裂紋及孔洞，并顯示脆性斷裂特征，而外管斷口及蝕坑處橫截面金相組織都正常，未發(fā)現(xiàn)裂紋、晶間腐蝕跡象。說明裂紋不是起源于腐蝕坑，是外力造成1號(hào)正極棒斷裂。

電極棒通過鼻端插入高壓電連接器實(shí)現(xiàn)與電極板的電連接。整個(gè)連接為軟性連接，容易松動(dòng)，導(dǎo)電接觸不好。在運(yùn)行中高壓電連接器容易被油污、氧化皮覆蓋，使電極棒與電極板間電路阻斷。

電流都是由正極流向負(fù)極，如果正極棒與電極板間電路阻斷，電流便流不到電極板，而是成為雜散電流，由正極棒流出到油介質(zhì)中，此時(shí)正極棒為陽極，很快發(fā)生電蝕現(xiàn)象，引起陽極溶解，首先在鼻尖端腐蝕，很快向鼻連接處發(fā)展。從電脫鹽操作上會(huì)引起電流增大、跳閘現(xiàn)象。

由于電脫鹽罐的工藝特點(diǎn)，水向罐底排流，油層向上流動(dòng)，難免對(duì)電極板產(chǎn)生沖撞力。電蝕因溶解及點(diǎn)蝕，使金屬發(fā)生減薄，機(jī)械強(qiáng)度下降。而鼻連接處為幾何不連續(xù)、應(yīng)力集中帶，且是受力支點(diǎn)，所以一旦受到足夠大的外力沖擊，容易在鼻連接處斷裂。

外管斷裂后，與內(nèi)管的內(nèi)楔式聯(lián)接，使之與電斷開，電蝕停止。而仍連電的內(nèi)管暴露在油介質(zhì)中，連同銅導(dǎo)線一起開始發(fā)生電蝕，一直持續(xù)到漏油，給變壓器斷電，所以內(nèi)管內(nèi)外側(cè)及斷口都有大量蝕坑，銅導(dǎo)線明顯變細(xì)。

4 結(jié)論

(1)定期檢查電極板變形、吊掛失效等情況;

(2)及時(shí)清理油污、氧化皮，保障電極棒和高壓電連接器的電連接良好;

(3)定期更換(2～3 a)電極棒和高壓電連接器;

(4)采用新型電脫鹽裝置。

Study on Fracture of Electrode Rod of Electro-static Desalter in Atmospheric-vacuum Distillation Unit

Guo Qingyun，Chen Yong
(SINOPEC Tianjin Petrochemical Co.，Ltd.，Tianjin 300271)

Six electrode rods in the electro-static desalter of an atmospheric-vacuum distillation unit were replaced on March 2009，and No.1 electrode rod fractured during operation on January 2011.The two conduit tubes on the nose root of the electrode rod all fractured.The macro examination found many pits on the end of electrode rod，looking like to be bitten by worms and showing electrical erosion characters.Covered with Cu and patina，the inner tube and copper lead also suffered from electrical erosion.There were subcracks and cavities on the fracture，which featured brittle rupture.On the cross section of outer tube no cracks and intergranular corrosion were found，which indicated that the fracture of No.1 electrode rod was induced by external force.Due to the bad contact of soft join connection among the electrode rods，high voltage coupler，electrode boards，working current becoming stray current and the positive pole becoming anode，the positive rod as anode would suffer from rapid electric erosion.As corrosion thinning lowered the strength，the electrode rod fractured on pivot point under liquid impingement.Therefore，the system should be periodically inspected，equipment should be replaced or new equipment should be applied when necessary.

atmospheric-vacuum distillation unit，current desalting，electrode rod，electrical erosion，fracture

TE986

A

1007－015X(2011)05－0061－04

2011－04－ 29;修改稿收到日期:2011－07－10。

郭慶云，高級(jí)工程師，1989年畢業(yè)于北京化工大學(xué)金屬腐蝕與防護(hù)專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位。2006年獲天津大學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程專業(yè)在職工程碩士學(xué)位。主要從事煉油、化工設(shè)備的腐蝕與防護(hù)研究以及特種設(shè)備檢驗(yàn)工作。E-mail:guoqingyun.tjsh@sinopec.com。

(編輯 陳鳳娥)