重油催化裂化裝置余熱爐省煤器翅片管腐蝕分析

朱金煒，周明堂，宋 國(guó)，尹 毅，劉 波，徐傳忠，方德全

（中國(guó)石油撫順石化公司，遼寧 撫順 113004）

重油催化裂化裝置余熱爐省煤器翅片管腐蝕分析

朱金煒，周明堂，宋 國(guó)，尹 毅，劉 波，徐傳忠，方德全

（中國(guó)石油撫順石化公司，遼寧 撫順 113004）

介紹了撫順石化公司1.7 Mt/a重油催化裂化裝置余熱爐省煤器翅片管的腐蝕現(xiàn)象。結(jié)合翅片管的使用條件和腐蝕機(jī)理，利用材質(zhì)分析、金相分析、電鏡觀察和能譜分析等技術(shù)手段，查找出了腐蝕原因，提出了整改意見。為同類裝置余熱爐省煤器長(zhǎng)周期運(yùn)行提供了參考。

重油催化裂化；余熱爐；翅片管；腐蝕

催化裂化是煉油廠原油深加工，生產(chǎn)液化氣、汽油、柴油的重要手段，是我國(guó)車用汽油的主要來源。余熱爐是催化裂化裝置中重要的能量回收裝置，能回收再生煙氣中的物理能、化學(xué)能、機(jī)械能。省煤器是余熱爐回收再生煙氣低溫?zé)岬慕M成部分。由于再生煙氣中SOx、NOx、和O2等腐蝕性氣體，余熱爐省煤器的翅片管易發(fā)生腐蝕泄露。介紹了中石油撫順石化公司1.7 Mt/a重油催化裝置余熱爐爐管發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象，通過各種技術(shù)手段分析了原因，提出了整改建議，可為同類裝置提供借鑒［1-9］。

1 腐蝕現(xiàn)象

中石油撫順石化公司重催裝置余熱爐省煤器一爐管發(fā)生了腐蝕穿孔泄露，此爐管為翅片管，材質(zhì)為20G，管內(nèi)介質(zhì)為除氧水，壓力為4.0 MPa，溫度為180 ℃，管外介質(zhì)為煙氣，溫度為550 ℃，壓力為4.0 kPa。

1.1 腐蝕后的余熱爐省煤器翅片管外表面

腐蝕后的余熱爐省煤器翅片管外表面布滿了紅褐色腐蝕產(chǎn)物，可見一條“狹縫”狀的穿孔，“狹縫”長(zhǎng)度約為1 cm。附近可見介質(zhì)泄露對(duì)狹縫附近產(chǎn)生的沖刷痕跡。

1.2 腐蝕后的余熱爐省煤器翅片管內(nèi)表面

腐蝕后的余熱爐省煤器翅片管剖開后的內(nèi)表面除泄漏處外，在其他區(qū)域也可觀察到“潰瘍狀”的腐蝕形貌，腐蝕坑處的產(chǎn)物為黃褐色，過渡區(qū)為黑色，腐蝕坑邊緣及腐蝕輕微處呈現(xiàn)磚紅色。在腐蝕坑最深的位置對(duì)應(yīng)的外表面位置基本為翅片焊接的焊縫處。同時(shí)，在腐蝕坑處未發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物在凹坑處堆積形成的鼓包現(xiàn)象，證明流體流速相對(duì)較高，致使疏松產(chǎn)物隨介質(zhì)流走。因此，從宏觀形貌可以初步推斷翅片管內(nèi)表面發(fā)生了氧腐蝕。

2 翅片管內(nèi)部分析

2.1 材質(zhì)分析

對(duì)翅片管取屑進(jìn)行材質(zhì)分析，檢測(cè)結(jié)果見表1。由表1可知，翅片管的材質(zhì)符合GB3087-82 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，材質(zhì)合格。

表1 材質(zhì)分析Table 1 Material analysis

2.2 金相分析

翅片管無腐蝕部分金相分析。金相組織均為鐵素體加珠光體，未見異常。翅片管腐蝕部分金相分析見圖1。由圖1可知，翅片管腐蝕減薄時(shí)從內(nèi)表面開始向外表面擴(kuò)展。

圖1 20μm腐蝕翅片管金相分析Fig.1 20 μm metallographic analysis of the corrosive fin tube

2.3 電鏡觀察

電鏡觀察結(jié)果見圖2。由圖2可知，從腐蝕坑處的微觀形貌，可以看出其狹長(zhǎng)的腐蝕形貌，且在腐蝕坑附近及遠(yuǎn)離腐蝕坑的位置均可見球狀的腐蝕產(chǎn)物附著，根據(jù)產(chǎn)物的形貌，初步判斷為鐵的氧化物。

圖2 腐蝕翅片管電鏡Fig.2 The SEM of the corrosive fin tube

2.4 能譜分析

能譜分析見圖3。

圖3 腐蝕翅片管坑底部表面成分分析Fig.3 The energy spectrum analysis of bottom surface the corrosive fin tube

由圖3可知，翅片管腐蝕坑底部、腐蝕坑邊緣和遠(yuǎn)離腐蝕坑處三個(gè)部位的表面成分除了基體鐵元素外，含鋁、鉀、氧、硫等元素，且腐蝕性元素以氧居多，從三個(gè)部位的成分差異來看，含量從腐蝕坑底部至遠(yuǎn)離腐蝕坑的部位，呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，說明三個(gè)部分存在明顯的氧濃差效應(yīng)。

3 分析結(jié)果與討論

從材質(zhì)分析和金相組織檢驗(yàn)可以看出，翅片管的材質(zhì)成分及內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)均正常，說明材料合格。從宏觀上觀察到的潰瘍形貌，及腐蝕產(chǎn)物顏色，初步推斷為氧腐蝕造成的腐蝕穿孔，結(jié)合電鏡及能譜分析結(jié)果，可以看出腐蝕坑處的產(chǎn)物為球狀，是典型鐵的氧化物形貌，能譜分析在腐蝕坑底部、腐蝕坑邊緣及遠(yuǎn)離腐蝕坑處可見到明顯氧濃度差。進(jìn)一步證實(shí)了翅片管的腐蝕屬于典型的氧腐蝕。

氧腐蝕是一種常見的電化學(xué)腐蝕，是由于鐵受到溶解氧的作用，發(fā)生的一種吸氧腐蝕反應(yīng)。在反應(yīng)中，F(xiàn)e (OH )2是不穩(wěn)定的，使反應(yīng)繼續(xù)往下進(jìn)行，最終產(chǎn)物主要是Fe (OH )3和Fe3O4

以上生成的腐蝕產(chǎn)物除少數(shù)被水沖走外，大都沉積在金屬表面，形成宏觀的腐蝕產(chǎn)物。腐蝕產(chǎn)物疏松多孔，溶解氧擴(kuò)散到金屬表面的速度要比擴(kuò)散到腐蝕產(chǎn)物中的速度快。在腐蝕產(chǎn)物周圍和腐蝕產(chǎn)物之間形成了氧的濃差電位。腐蝕產(chǎn)物周圍氧濃度高的部位是陰極，腐蝕產(chǎn)物下部氧濃度低的部位是陽極，形成一個(gè)腐蝕微電池，腐蝕繼續(xù)向陽極方向發(fā)展。腐蝕產(chǎn)物下部產(chǎn)生的Fe2＋離子向上通過疏松的二次產(chǎn)物慢慢向外擴(kuò)散，遇到滲進(jìn)去的OH－和O2時(shí)，就形成新的二次產(chǎn)物，使腐蝕持續(xù)進(jìn)行。

影響氧腐蝕的因素包括溶解氧的濃度、介質(zhì)pH值、溫度和流速等。溶解氧的濃度越高，越能加速電池反應(yīng)而加快腐蝕速率。溶液的pH值越低，則鋼鐵越容易產(chǎn)生腐蝕。當(dāng)pH值為4～10時(shí)，腐蝕速率幾乎不隨pH值而變化，原因是溶解氧的濃度和陰極反應(yīng)都沒有變化。鋼材內(nèi)表面溫度越高，各種物質(zhì)在水溶液中的擴(kuò)散速度也越快。電解質(zhì)水溶液的電阻降低，腐蝕速度越快。當(dāng)鋼材表面溫度達(dá)到一定值時(shí)，與之接觸的水溶液會(huì)因?yàn)閯×壹訜岫诮饘俦砻嫘纬烧羝?，從而使鋼材附近的溶解氧被上升汽帶走，隔絕了氧與金屬的接觸。溫度與腐蝕速率之間呈直線關(guān)系。系統(tǒng)中水溫升高一方面可以使水中氧的溶解度下降而降低腐蝕速率；另一方面，又使氧的擴(kuò)散速度增加而使腐蝕速率增加。究竟哪一方面占主導(dǎo)取決于溫度高低。這樣氧腐蝕的速率一般在80 ℃左右達(dá)到最大值。隨流速的增加，腐蝕速度加快，當(dāng)流速達(dá)到一定值后，形成了保護(hù)膜，腐蝕速度反而降低。當(dāng)流速再增加時(shí)，所形成的保護(hù)膜遭破壞，又使腐蝕速度加快。因此翅片管內(nèi)水流動(dòng)相對(duì)較快的部位，氧腐蝕速度較快。另外，宏觀觀察到的腐蝕最嚴(yán)重的部位，對(duì)應(yīng)的是外表面翅片焊接的位置，因此說明了焊接對(duì)腐蝕產(chǎn)生了影響，這是因?yàn)橛捎谑艿胶附拥挠绊?，形成了焊接位置大陰極小陽極的結(jié)構(gòu)，從而對(duì)應(yīng)的內(nèi)表面腐蝕較嚴(yán)重［10-19］。

4 結(jié) 論

綜上所述，翅片管發(fā)生的腐蝕形式為氧腐蝕，氧腐蝕發(fā)生的原因從運(yùn)行工藝來看，應(yīng)與溶解氧含量、溫度及流速有關(guān)，由于是中性介質(zhì)，所以pH 值的影響較小。根據(jù)氧腐蝕的影響因素，加強(qiáng)除氧是根本解決方法，同時(shí)應(yīng)該加強(qiáng)停工期間的保護(hù)，原因是停工期間發(fā)生氧腐蝕的幾率更高。

［1］侯芙生.煉油工程師[M].北京：石油工業(yè)出版社，1995: 61-97.

［2］侯祥麟.中國(guó)煉油技術(shù)[M].北京：中國(guó)石化出版社，2001: 104-146.

［3］曹漢昌，郝希仁，張韓.催化裂化工藝技術(shù)與技術(shù)分析[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，2000：431-500.

［4］馬丹，何顏紅.30萬t/a催化裂化裝置煙機(jī)入口膨脹節(jié)波紋管開裂分析[J]. 化工機(jī)械，2013, 40(3)：396-399.

［5］曾迎春.B315波紋管腐蝕分析與建議[J].江西石油化工，2000 (3)： 35-38.

［6］韓順昌，楊之勇，李德勤，等.催化裂化裝置波紋管失效分析[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，1999, 11(4)：237-240.

［7］朱文勝，崔文廣.催化裂化波紋管膨脹節(jié)腐蝕破壞與防護(hù)[J]. 石油化工設(shè)備，1999, 11(6)：18-20.

［8］張浩文，薛小平，馬健，等.催化裂化裝置柴油系統(tǒng)腐蝕分析[J]. 石油化工腐蝕與防護(hù)，2014, 31(1)：38-41.

［9］潘從錦，張興明，楊啟寧，等.催化裂化裝置頂循油低溫?zé)崴畵Q熱器泄露分析[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2014, 31(4)：38-41.

［10］姜恒，周慶杰，王明章.催化裂化裝置加工高酸原油后設(shè)備腐蝕問題探討[J].廣州化工，2013, 41(3)：119-121.

［11］高軍松，宋海萍，董俊明.催化裂化裝置用波紋管材料的耐腐蝕性研究[J].材料開發(fā)與應(yīng)用，2003, 18(5)：28-32.

［12］邢云穎，劉智勇，董超芳，等.16MnR鋼在催化裂化再生環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕開裂研究[J].中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)，2014,34(1)：59-64.

［13］張海宏，薛小平，郭桂琴，等.催化裂化裝置柴油系統(tǒng)腐蝕原因分析[J].化學(xué)工程與設(shè)備，2014(10)：45-48.

［14］馬紅杰，張永利，趙敏.催化裂化水冷器管束泄露分析及防護(hù)措施[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2012, 24(6)：530-532.

［15］魯宜勝，李延淵，周競(jìng)，等.裂化催化劑生產(chǎn)裝置高溫部位腐蝕控制技術(shù)[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2014, 31(3)：51-54.

［16］張萬貞，余百年，趙明.耐腐蝕波紋管膨脹節(jié)新材料試驗(yàn)研究[J].化工腐蝕與防護(hù)，1996(4)：11-14.

［17］楊寶宏，隋亭先，金明.中間冷卻器換熱管腐蝕原因及對(duì)策[J].齊魯石油化工，2012, 40(4)：347-351.

［18］熊敏智.重油催化裂化裝置設(shè)備腐蝕調(diào)查與應(yīng)對(duì)措施[J].化工管理，2015(2)：126.

［19］李秀榮，隋亭先，林春陽，等.重油催化裂化裝置穩(wěn)定塔底重沸器內(nèi)漏原因分析及對(duì)策[J]. 石化技術(shù)，2013, 20(3)：58-61.

由式（5）可以看出，在不同的負(fù)荷水平，效率提升幅度相同時(shí)，在高負(fù)荷下，能耗減少量比在低負(fù)荷下的能耗減少量更多。即在高負(fù)荷下，提高效率可以減少更多的能耗。

由式（6）可以看出，在不同的負(fù)荷水平，效率提升幅度相同時(shí)，能耗節(jié)約量與負(fù)荷率成正比關(guān)系。因此，更應(yīng)注重高負(fù)荷率下的技術(shù)管理，保障加熱爐高負(fù)荷時(shí)的高效運(yùn)行，對(duì)節(jié)能管理更具有實(shí)際意義。由式（6）可以看出，在不同的負(fù)荷水平，效率提升幅度相同時(shí)，能耗節(jié)約量與負(fù)荷率成正比關(guān)系。因此，更應(yīng)注重高負(fù)荷率下的技術(shù)管理，保障加熱爐高負(fù)荷時(shí)的高效運(yùn)行，對(duì)節(jié)能管理更具有實(shí)際意義[3]。

4 提高加熱爐負(fù)荷率

提高加熱爐運(yùn)行負(fù)荷率可以從合理調(diào)整加熱爐的運(yùn)行臺(tái)數(shù)入手，即根據(jù)處理流量及加熱溫度，結(jié)合各加熱爐的額定功率，通過熱平衡計(jì)算確定各場(chǎng)站加熱爐的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，在保證正常生產(chǎn)的情況下，通過減少加熱爐的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，減少燃料的消耗，從而提高加熱爐的整體運(yùn)行效率[4]。

5 結(jié) 論

（1）在一定范圍內(nèi)，加熱爐的熱效率隨著加熱爐負(fù)荷率的增加而增加。

（2）在不同的負(fù)荷率下，熱效率提升相同幅度時(shí)，高負(fù)荷下的能耗減少量比低負(fù)荷下的能耗減少量更多。即在高負(fù)荷下，提高效率可以減少更多的能耗。

（3）在不同的負(fù)荷率下，熱效率提升相同幅度時(shí)，能耗節(jié)約量與負(fù)荷率成正比關(guān)系。所以更應(yīng)加強(qiáng)加熱爐在高負(fù)荷下的節(jié)能技術(shù)管理。

參考文獻(xiàn)：

［1］王皆騰, 劉中良, 張建,等. 油田加熱爐燃料油替代技術(shù)及其適應(yīng)性分析[C]. 第二屆石油和化工行業(yè)節(jié)能節(jié)水技術(shù)論壇. 2007.

［2］劉保迎. 油田加熱爐運(yùn)行分析[J]. 石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督, 2012, 28(6): 24-25.

［3］楊良杰, 李哲. 加熱爐熱效率與負(fù)荷關(guān)系研究[J].石油和化工節(jié)能, 2011, 4(6).

［4］梁光川, 蒲鶴. 稠油集輸系統(tǒng)加熱爐節(jié)能技術(shù)研究[J]. 石油工程建設(shè), 2014, 40(1):66-68.

Corrosion Analysis of Fin Tube of Coal Economizer in RFCC Heat Recovery Boiler

ZHU Jin-wei，ZHOU Ming-tang，SONG Guo，YIN Yi，LIU Bo，XV Chuan-zhong，F(xiàn)ANG De-quan
（Fushun Petrochemical Company，Liaoning Fushun 113006，China）

The corrosion of the fin tube of coal economizer of heat recovery boiler in 1.7 Mt/a heavy oil catalytic cracking unit in Fushun Petrochemical Company was introduced. Combined with the use conditions and corrosion mechanism of the finned tube, material analysis, metallographic analysis, SEM and energy spectrum analysis and other technical means were used to find out the reasons to cause the corrosion, and improvement measures were put forward.

RFCC; Heat recovery boiler; Fin tube; Corrosion

TE 624

A

1671-0460（2015）08-1937-03

2015-06-17

朱金煒（1980-），男，遼寧撫順人，工程師，碩士，2003年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)，從事煉油廠工程、設(shè)備技術(shù)管理工作。E-mail：zhujinwei@petrochina.com.cn。