PTA裝置干燥機加熱管腐蝕原因與防護(hù)措施

摘 要：遼陽石化芳烴廠PTA裝置干燥機在運行中發(fā)現(xiàn)加熱效果下降，加熱管發(fā)生泄漏，為此置換下來進(jìn)行檢驗。發(fā)現(xiàn)1根加熱管破裂、中間區(qū)域加熱管的迎料面發(fā)生腐蝕減薄。其原因主要是縫隙腐蝕，點蝕，應(yīng)力腐蝕，以及三種腐蝕的協(xié)同作用導(dǎo)致加熱管破裂。作者提出了相應(yīng)處理方法和防腐蝕措施。

關(guān)鍵詞：干燥機；檢驗；加熱管腐蝕；原因分析；防護(hù)措施

1.概況

芳烴廠PTA裝置M-423干燥機是一種圓筒形，臥式結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，殼體材料為316L不銹鋼。干燥機內(nèi)沿整個圓周均勻布置了四層回轉(zhuǎn)蒸汽加熱管，每層都是42根管，管子的材料均為316L不銹鋼，由內(nèi)到外加熱管的規(guī)格依次為：ф88.9х5.49、ф101.6х3.05、ф114.3х3.05、ф141.3х3.4。此設(shè)備2007年8月投產(chǎn)使用，定期進(jìn)行清洗維護(hù)在2013年5月份用戶發(fā)現(xiàn)傳熱效果下降，冷凝液中有物料成分存在，說明有的加熱管發(fā)生泄漏，因此用戶置換下來進(jìn)行全面檢查。

2.全面檢查

2.1宏觀檢查

對加熱管進(jìn)行宏觀檢查，發(fā)現(xiàn)第3層加熱管的迎料面，在距離出口7.6米處，有長200mm，最大寬度為15mm的裂口，裂口由內(nèi)向外隆起，沿裂口兩端有一連串銹斑、點蝕坑，加熱管破裂圖如圖1所示。

圖1加熱管破裂圖

2.2測厚檢查

用型號為26MG的超聲波測厚儀對加熱管進(jìn)行測厚檢查，發(fā)現(xiàn)在加熱管的中間區(qū)域的迎料面腐蝕減薄嚴(yán)重，即根據(jù)管的支撐位置把加熱管從入口到出口平均分成9個區(qū)域，在6區(qū)、7區(qū)（即距離出口5米至10米區(qū)域）的迎料面腐蝕減薄嚴(yán)重，檢測的部分?jǐn)?shù)據(jù)如表1所示。

表1 干燥機加熱管檢測的部分?jǐn)?shù)據(jù)

第一層（內(nèi)層） 第二層 第三層 第四層（外層）

安裝厚度mm 5.49 3.05 3.05 3.4

檢測結(jié)果 mm

（6區(qū)、7區(qū)的迎料面） 1.97 2.13

2.81 2.89 1.52 1.57

1.26 1.42 1.89 1.63

1.31 0.82 2.13 2.82

2.90 3.21

材質(zhì) 316L 316L 316L 316L

3.腐蝕原因分析

主要是縫隙腐蝕；點蝕；應(yīng)力腐蝕。

3.1 管子外壁結(jié)垢引起縫隙腐蝕

從檢驗結(jié)果看，管子的腐蝕減薄主要發(fā)生在中間區(qū)域的迎料面，而背料面幾乎沒有減薄，形成了“陰陽管”表面腐蝕形貌。

這是由于CTA物料中含有醋酸、鹵素離子等介質(zhì)，腐蝕主要與溫度、物料的濕度及醋酸、鹵素離子的濃度有關(guān)。

進(jìn)料段溫度低，出料段醋酸濃度低，所以這兩段腐蝕較輕，而在中間段溫度較高，醋酸濃度較高，物料還含有一定的水份，結(jié)果導(dǎo)致此處的加熱管迎料面外壁結(jié)垢，從而引起縫隙腐蝕?？p隙腐蝕原理[1]是氧濃差電池與閉塞電池自催化效應(yīng)共同作用的結(jié)果。缺乏氧的結(jié)垢層下基材，由于電位較低作陽極，氧易達(dá)到的金屬外表面鈍化膜電位較高作陰極，結(jié)果就形成小陽極大陰極的腐蝕電池持續(xù)腐蝕垢下基材，使迎料面管子產(chǎn)生腐蝕減薄。反應(yīng)方程式如下：

陽極：M→M++e （式1）

陰極：O2+2H2O+4e→4OH- （式2）

縫內(nèi)金屬鹽類發(fā)生水解：M+Cl+ H2O→MOH↓+H+Cl （式3）

3.2點蝕

點蝕發(fā)生的過程通常是Br-或Cl-侵蝕金屬表面某些活的點先產(chǎn)生蝕坑，然后在蝕坑內(nèi)形成閉塞電池，再以自催化的方式生長。

由于在CTA漿料中含有Br-、Cl-離子及醋酸雜質(zhì)，316L不銹鋼在這樣的環(huán)境下很容易發(fā)生點蝕。首先Br-、Cl-離子會侵蝕316L表面的MnS等夾雜物形成局部缺陷，即點蝕坑，然后HAC就會從產(chǎn)生的缺陷處滲入母材，在坑內(nèi)形成閉塞電池，使點蝕以自催化的形式進(jìn)行下去。反應(yīng)的方程式如下：

MnS Mn2++S+2e- （式4）

Mn++nH2O→M（OH）n +nH+ （式5）

Mn+ Cl-n +n H2O→M（OH）n+nH++n Cl- （式6）

3.3應(yīng)力腐蝕

加熱管產(chǎn)生腐蝕減薄和點蝕為應(yīng)力腐蝕裂紋的萌生提供條件。

管的破裂是由于應(yīng)力腐蝕造成的。

產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的三個因素[3]

a 應(yīng)力腐蝕環(huán)境：由于在CTA物料中含溴醋酸介質(zhì)，設(shè)備在堿洗時帶進(jìn)氯離子，具備設(shè)備發(fā)生應(yīng)力腐蝕的環(huán)境；

b 應(yīng)力腐蝕敏感材料：加熱管的材質(zhì)是316L，是對應(yīng)力腐蝕敏感的一種不銹鋼；

c 產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力：加熱管內(nèi)壓，腐蝕坑根部應(yīng)力集中等引起的應(yīng)力。

3.4加熱管破裂原因

加熱管產(chǎn)生縫隙腐蝕減薄和點蝕為應(yīng)力腐蝕裂紋的萌生提供條件，管的破裂是由于應(yīng)力腐蝕造成的。

首先加熱管外壁產(chǎn)生許多腐蝕坑，在腐蝕坑根部引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生很大的應(yīng)力，同時在工作壓力的共同作用下，坑根部先萌發(fā)出裂紋，由于應(yīng)力使裂紋擴展，最后產(chǎn)生鼓脹破裂。

4.結(jié)論

加熱管中間區(qū)域發(fā)生腐蝕減薄及破裂，其主要原因是結(jié)垢物在加熱管表面沉積時發(fā)生縫隙腐蝕使管壁腐蝕減薄；316L不銹鋼在含鹵素離子的醋酸溶液中首先在材料表面的MnS等夾雜物地方形成局部缺陷即點蝕坑，然后點蝕以自催化的形式進(jìn)行下去。由于管子已發(fā)生腐蝕減薄并產(chǎn)生很多腐蝕坑，在蝕坑根部應(yīng)力集中產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，當(dāng)操作壓力的異常波動時就發(fā)生了局部鼓脹破裂。

5.防腐蝕措施

嚴(yán)格控制好CTA漿料中鹵素離子及醋酸的含量，控制腐蝕環(huán)境；平穩(wěn)操作，控制好蒸汽溫度和筒體的轉(zhuǎn)速，防止運行條件控制不當(dāng)加劇腐蝕程度；定期清洗列管，降低結(jié)垢程度，減少縫隙腐蝕；對腐蝕嚴(yán)重的加熱管進(jìn)行更換，保證加熱效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱日彰.金屬腐蝕學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1989，111-112

[2]余存燁.PTA裝置不銹鋼點腐蝕綜述.石油化工腐蝕與防護(hù)2009，26（6），1-7

[3]強天鵬.壓力容器檢驗，中國鍋爐壓力容器檢驗協(xié)會，2006，193-196

作者簡介：韓冬錄（1967～），女，漢族，遼寧遼陽人，工程師，工學(xué)學(xué)士，單位：中國石油天然氣股份有限公司遼陽石化分公司，研究方向：石油化工設(shè)備的腐蝕情況。