真空加熱爐盤管腐蝕原因分析

汪 勇，景萬德，周世德，王小麗

（長慶油田第一采油廠，陜西 延安 716000）

一、基本概況

真空加熱爐是油氣田生產(chǎn)中不可缺少的熱能供應(yīng)設(shè)備。在油田生產(chǎn)過程中，真空加熱爐是原油集輸處理過程中第一道工序及最后一道工序，用于提高原油溫度，提高其破乳能力及外輸溫度，保證中后端原油處理工藝的順利進行。在現(xiàn)場使用過程中，由于真空加熱爐特殊的運行環(huán)境和使用方法，造成加熱爐的腐蝕日趨嚴(yán)重，影響其使用壽命及可靠性。通過對長慶油田第一采油廠王南作業(yè)區(qū)一臺真空加熱爐盤管泄漏原因調(diào)查，總結(jié)分析了真空加熱爐存在的一些腐蝕現(xiàn)象及特征，從而尋求有效的防治措施。

二、真空加熱爐腐蝕機理

通過解體真空加熱爐爐體及盤管進行檢查后發(fā)現(xiàn)最下一排盤管左數(shù)第五根管在盤管與固定托架的結(jié)合處滲漏，且盤管與固定托架結(jié)合處的盤管上有大約60mm×5mm的腐蝕，最深處已穿孔。通過進一步分析，造成腐蝕的原因有如下兩點。

（1）影響真空加熱爐壽命的主要因素有：真空加熱爐運行環(huán)境、水質(zhì)、溫度及夏季檢修過程中的保養(yǎng)等。

（2）影響真空加熱爐壽命的原因有物理破壞及化學(xué)破壞兩種類型。其主要表現(xiàn)形式為高溫氧腐蝕及縫隙腐蝕兩種。

三、真空加熱爐腐蝕原因

1.真空加熱爐高溫氧腐蝕

真空加熱爐在使用過程中由于補水過量，盤管淹沒水中，造成其盤管出現(xiàn)凹坑、斑點狀鐵塊，腐蝕狀為凸起的鼓包狀物質(zhì)，最外層灰褐色、中間鐵銹狀，最內(nèi)層黑色，分層明顯，為典型的電化學(xué)腐蝕，是真空加熱爐較常見的腐蝕類型。其主要成因為：真空加熱爐在現(xiàn)場使用過程中由于條件限制，一般采用普通的工業(yè)水或者地下水，水質(zhì)pH值較低，并且未進行水質(zhì)的凈化處理，造成爐水內(nèi)含有大量的氧氣，水中的溶解氧與盤管上電位較高的陰極區(qū)域發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的OH-，盤管電位較低的陽極，鐵原子失去電子，從而變?yōu)閬嗚F離子溶于水中，加速了真空加熱爐盤管的腐蝕，其腐蝕反應(yīng)如下。

如上所述，盤管陰陽兩極不斷反應(yīng)，最終形成腐蝕，如圖1、2所示。

圖1 銹瘤形成示意圖

圖2 腐蝕機理示意圖

導(dǎo)致高溫氧腐蝕的原因有：

（1）爐內(nèi)經(jīng)常補水而沒有漏水的地方，說明只能是蒸汽散失。

（2）真空閥密封膠圈開裂，難以保證密封，真空閥進氣、出氣控制失靈，使?fàn)t內(nèi)氧含量增大，加大了腐蝕速度。

（3）空氣進入是導(dǎo)致腐蝕的主要原因。

（4）經(jīng)常性的補水也是增加爐內(nèi)含氧量的渠道。

（5）沒有介質(zhì)冷卻，支撐角鋼和拉撐鋼管溫度升高，高溫加速了腐蝕。

（6）水位高，使其最下盤管長期在水中運行，同時當(dāng)年投入運行時沒有煮爐也沒有換水及定期補水使得氧的含量增加。

2.真空加熱爐縫隙腐蝕

對真空加熱爐進一步檢查，凡盤管同固定托架結(jié)合緊密的部位均有不同程度的腐蝕，同時靠兩側(cè)最下一排管中的拉撐條面向側(cè)筒壁處及拉撐條表面腐蝕嚴(yán)重，腐蝕產(chǎn)物厚達4mm，滑輪支撐80mm×100mm的角鋼上半部也同樣存在十分嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。

根據(jù)現(xiàn)場的檢查情況確認(rèn)盤管的腐蝕為縫隙腐蝕。這是一種金屬部件在介質(zhì)中，由于金屬與金屬或金屬與非金屬之間形成特別小的縫隙，使縫隙內(nèi)介質(zhì)處于滯流狀態(tài)而引起縫內(nèi)金屬的加速腐蝕現(xiàn)象。

縫隙腐蝕的原理是在縫隙金屬生成金屬離子，縫隙中的溶液由于對流不暢而貧氧，故氧的還原反應(yīng)主要在縫隙之處的陰極進行。這樣縫隙溶液中就有了過剩的正電荷，促使帶負(fù)電荷的離子遷移到縫隙中以保持溶液的電中性。結(jié)果，縫隙中帶負(fù)電的離子濃度增加，之后金屬化合物水解使縫隙中的溶液酸化，從而加速金屬和合金的溶解（腐蝕）。

引起腐蝕的縫隙并非是一般肉眼可以明辨的縫隙，而是指能使縫內(nèi)介質(zhì)停滯的特小縫隙，其寬度一般在0.025～0.1mm的范圍。寬度大于0.1mm的縫隙，縫內(nèi)介質(zhì)不至于形成滯流，也就不會形成此種腐蝕。正因為金屬表面已存在這么一個特殊的幾何空間，縫內(nèi)介質(zhì)處于滯流狀態(tài)，所以使得參加腐蝕反應(yīng)的物質(zhì)難以向內(nèi)補充，縫內(nèi)的腐蝕產(chǎn)物又難以擴散出去，于是造成縫內(nèi)介質(zhì)隨著腐蝕的不斷進行，在組成、濃度、pH值等方面愈來愈和整體介質(zhì)產(chǎn)生差異，結(jié)果導(dǎo)致縫內(nèi)金屬表面的加速腐蝕形成泄漏，而縫外的金屬表面則腐蝕較輕。

3.水質(zhì)對真空加熱爐的腐蝕

該真空加熱爐爐水采取普通的工業(yè)用水，水質(zhì)未處理。爐水指標(biāo)直接關(guān)系到爐子的壽命及運行效率。由于水的硬度較大，爐水經(jīng)過不斷的蒸發(fā)濃縮，容易形成水垢。根據(jù)GB1576-2001《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)要求，爐水溫度≤95℃時，爐水的pH值應(yīng)控制在10～12之間，但由于目前爐子用水未經(jīng)處理，pH值未控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍。并且，由于補水頻繁，補水過程中，既補充了大量的溶解氧，也相應(yīng)增加了氯根的濃度，當(dāng)pH值＜7～8時，H+、O2-、CL-等腐蝕介質(zhì)均很活躍，從而造成受熱面腐蝕加重。

4.水位對真空加熱爐的影響

從解體后的真空加熱爐盤管及封頭上的水跡可以判斷，水位曾很高，距最下盤管不足5mm（設(shè)計水位計上限距離盤管組件下端15mm左右），盤管下部長期浸泡在水中，容易造成盤管與水及上部空氣接觸處出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕，從而降低盤管的使用壽命。

5.其他影響因素

截止到目前，該真空加熱爐已運行5年，據(jù)了解，下述幾個原因也是造成真空加熱爐腐蝕的重要原因。

（1）當(dāng)年投入運行時沒有煮爐，造成爐內(nèi)雜質(zhì)未完全清理。

（2）每半個月加一次水，每次約8～10min，頻繁加水，造成爐水含氧量增加，為腐蝕創(chuàng)造了條件。

（3）經(jīng)檢查真空閥密封膠墊開裂，雖然沒有延至密封面，但固定部分變形，難以保證密封。經(jīng)現(xiàn)場試驗，原定0.02MPa起跳的真空閥在0.005MPa時出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象；背壓試驗時，按規(guī)定內(nèi)壓為-0.01MPa，實際能達到-0.02MPa，即內(nèi)外壓差為0.01～0.02MPa時不應(yīng)進氣，但在-0.004MPa時即從排氣管向內(nèi)進氣。由于真空閥密封不嚴(yán)，造成真空爐與大氣連通，內(nèi)部高溫氣體內(nèi)含有大量的氧氣，加快了爐子的腐蝕速度。

四、改進措施

1.在設(shè)備、部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面需改進

（1）在設(shè)備、部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造中應(yīng)盡量避免形成縫隙和形成積液的死角區(qū)。若在結(jié)構(gòu)上不可能采用無縫隙方案，可使結(jié)構(gòu)能夠妥善排流，以便在出現(xiàn)沉積物時能及時清除。也可采用縫隙固體填充料把縫隙填實。墊圈不宜采用石棉、紙質(zhì)等吸濕性材料，可用聚四氟乙烯等耐高溫及耐腐蝕材料。

（2）真空加熱爐盤管材質(zhì)為20G，這種鋼雖然金相組織較均勻，機械性能良好，能夠滿足一般介質(zhì)換熱的要求，但未考慮到現(xiàn)場使用過程中爐水未進行除氧處理這一現(xiàn)狀，因此，耐腐蝕性及抗氧化性遠遠不夠，建議鋼材內(nèi)部摻加部分抗腐、耐高溫元素，強化其耐腐蝕性及抗氧化性。

2.現(xiàn)場應(yīng)用中需改進

（1）真空加熱爐水位嚴(yán)格控制在水位計量程的1/3～1/2處運行，嚴(yán)禁水位超過水位計量程的1/2。

（2）真空爐運行過程中，應(yīng)盡量保證負(fù)壓狀態(tài)，對于不能維持負(fù)壓狀態(tài)運行的真空爐，應(yīng)及時檢查真空閥座是否嚴(yán)密、蒸汽手動排空閥是否關(guān)閉完好，對于無法調(diào)整和修復(fù)的真空閥、排空閥要及時更換。

（3）新投用的真空加熱爐使用前必須進行煮爐，煮爐后換水。有條件的站點，盡量使用軟化水，將爐水pH值嚴(yán)格控制在10～12。

（4）每年一次的加熱爐夏季檢修，必須進行一次煮爐，并將爐體內(nèi)廢液、殘渣及時清理。

五、改進效果

自2008年起，公司嚴(yán)格按現(xiàn)場應(yīng)用改進要求實施操作，至今三年余，未見明顯腐蝕現(xiàn)象。

[1]張化文，秦山等.腐蝕與防護[J].石油化工，2006 (2).