熱媒水換熱器腐蝕與防護(hù)

張玉聰

【摘要】本文首先介紹了換熱器的分類，然后介紹了系統(tǒng)腐蝕情況，接著介紹了理論依據(jù)，最后介紹了腐蝕機(jī)理分析以及問(wèn)題分析及處理措施。

【關(guān)鍵詞】熱媒水，換熱器，腐蝕，防護(hù)

一、前言

換熱器是工藝過(guò)程中完成介質(zhì)冷卻或加熱過(guò)程的關(guān)鍵設(shè)備，換熱器在化工行業(yè)通常占工藝設(shè)備總投資的10%～20%，在煉油行業(yè)中則可能占到35%～40%。因此，對(duì)于換熱器的腐蝕原因以及防護(hù)措施是非常重要的。

二、換熱器的分類

1）管殼式換熱器：特點(diǎn)是圓形的外殼中裝有管束。一種介質(zhì)流經(jīng)換熱管內(nèi)的通道及其殼層部分。它從結(jié)構(gòu)上又可以分為：浮頭式換熱器、U型管換熱器、固定管板換熱器等。

2）板式換熱器：它是由壓成各種形狀的薄板組成傳熱面的，冷、熱兩種介質(zhì)分別在相鄰兩板流動(dòng)。常見(jiàn)的板式換熱器有平板式換熱器、傘板式換熱器、螺旋板式換熱器及板殼式換熱器。

板式換熱器的傳熱效率雖然較高，但由于其強(qiáng)度低，密封性能差，故其應(yīng)用受到限制。因此，在石油、化工行業(yè)中應(yīng)用較多的是管殼式換熱器，它已被當(dāng)成傳統(tǒng)的換熱設(shè)備來(lái)加以使用。

三、系統(tǒng)腐蝕情況

某煉油廠共有3套熱媒水系統(tǒng)，其中南區(qū)1套，北區(qū)2套。熱媒水溫度換熱前為40—60℃，換熱后為100—110℃。南區(qū)熱媒水系統(tǒng)補(bǔ)水箱為常壓，有呼吸閥，北區(qū)2套系統(tǒng)均為全封閉系統(tǒng)。3套系統(tǒng)所用水質(zhì)均為除鹽水。2012年11月至今，南區(qū)熱媒水系統(tǒng)換熱器多次發(fā)生腐蝕泄漏，影響生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

該熱媒水系統(tǒng)是將來(lái)自熱力聯(lián)合的除鹽水在第四常減壓裝置（四常）、第二延遲焦化裝置（二焦化）換熱后，加熱到約100℃，進(jìn)人聯(lián)合裝置H301、煉油廠氣分裝置、福利廠氣分裝置進(jìn)行取熱，取熱后四常等生產(chǎn)裝置。

目前熱媒水系統(tǒng)共有25臺(tái)換熱器。四常裝置熱媒水換熱器5臺(tái)，H301為平板換熱器，主體材質(zhì)為321；其余4臺(tái)與初頂油氣換熱，管束材質(zhì)為2205雙相鋼。氣分裝置熱媒水換熱器有2臺(tái)，管束材質(zhì)為碳鋼。二焦化裝置熱媒水換熱器18臺(tái)，主要與塔頂油氣、柴油、蠟油換熱。發(fā)生腐蝕泄漏的換熱器主要集中在二焦化裝置，表l為該裝置熱媒水換熱器腐蝕泄漏情況。的熱媒水經(jīng)熱力聯(lián)合裝置的熱媒水泵加壓后送回圖1為E660/5，6腐蝕泄漏堵管情況。

從圖1可看出，換熱器管板及管內(nèi)結(jié)垢嚴(yán)重，部分管子不透光，幾乎被堵死。清洗后發(fā)現(xiàn)，管束內(nèi)部垢下腐蝕嚴(yán)重。

割取E660/3，4管束進(jìn)行腐蝕檢查，發(fā)現(xiàn)管束外表面腐蝕較輕，內(nèi)表面有大量銹瘤、銹垢。清除銹瘤、銹垢后，換熱管內(nèi)壁出現(xiàn)大量點(diǎn)蝕坑，呈麻點(diǎn)狀，深淺不一，檢測(cè)到的最大蝕坑為10mm×8mm，深度接近2mm（管束壁厚為2.5mm）。從腐蝕形貌看，換熱器泄漏是由熱媒水側(cè)的腐蝕引起的，點(diǎn)蝕是主要腐蝕形態(tài)。

四、理論依據(jù)

1.換熱器的應(yīng)用及結(jié)構(gòu)常減壓蒸餾裝置能耗占煉油廠的13%～15%，屬于全廠能耗大戶，優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)和強(qiáng)化換熱設(shè)備的換熱效果，是降低工藝過(guò)程用能的有效手段，對(duì)于提高全廠熱量利用水平和經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。近年來(lái)，各煉廠在常減壓蒸餾裝置上采用了不少卓有成效的新型冷換設(shè)。備，如螺紋管、螺旋槽管、折流桿、波紋管、螺旋管板換熱器以及雙弓板換熱器等，使總傳熱系數(shù)大為上升，有的還使殼程壓降大大減小，許多煉廠還采用計(jì)算機(jī)換熱網(wǎng)絡(luò)綜合優(yōu)化來(lái)促使能耗進(jìn)一步下降。煉油廠使用的冷換設(shè)備主要是管殼式換熱器，其中常減壓裝置用量最多的是浮頭式換熱器。浮頭式一端可相對(duì)殼體滑動(dòng)，可承受較大的管殼間溫差熱應(yīng)力，浮頭端可拆卸，管束可抽出，方便檢修。

五、腐蝕機(jī)理分析

（1）磨損腐蝕和垢下腐蝕磨損腐蝕是高速流體對(duì)金屬表面已經(jīng)生成的腐蝕產(chǎn)物的機(jī)械沖刷作用和對(duì)新裸露金屬表面侵蝕作用的綜合結(jié)果。對(duì)換熱器而言，垢下腐蝕主要產(chǎn)生在搭接縫、管板環(huán)焊縫及表面沉淀物等處。（2）濕硫化氫腐蝕濕硫化氫腐蝕環(huán)境，即HS+HO型的腐蝕環(huán)境，是指水或含水介質(zhì)在露點(diǎn)以下與HS共存時(shí)，在壓力容器或管道中產(chǎn)生的腐蝕環(huán)境。在Hs+HO腐蝕環(huán)境中，碳鋼設(shè)備發(fā)生兩種腐蝕：均勻腐蝕和濕硫化氫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。開(kāi)裂的形式包括氫鼓泡、氫致開(kāi)裂、硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開(kāi)裂。氫鼓泡是由于含硫化合物腐蝕過(guò)程析出的氫原子向鋼中滲透，在鋼中的裂紋、夾雜和缺陷等處聚集并形成分子，從而形成很大的膨脹力。隨著氫分子數(shù)量的增加，對(duì)品格界面的壓力不斷增高，最后導(dǎo)致界面開(kāi)裂，形成氫鼓泡，其分布平行于鋼板表面。氫鼓泡的發(fā)生并不需要外加應(yīng)力。氫致開(kāi)裂是由于在鋼的內(nèi)部發(fā)生氫鼓泡區(qū)域，石油/化I通用機(jī)械僦氫的壓力繼續(xù)增高時(shí)，小的鼓泡裂紋趨向于相互連接，形成階梯狀特征的氫致開(kāi)裂。鋼中MnS夾雜的帶狀分布會(huì)增加氫致開(kāi)裂的敏感性。氫致開(kāi)裂的發(fā)生也無(wú)需外加應(yīng)力。硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是濕硫化氫環(huán)境中產(chǎn)生的氫原子滲透到鋼的內(nèi)部，溶解于晶格中，導(dǎo)致氫脆，在外加應(yīng)力或殘留應(yīng)力作用下形成開(kāi)裂。它通常發(fā)生在焊道與熱影響區(qū)等高硬度區(qū)。應(yīng)力導(dǎo)向氫致開(kāi)裂是在應(yīng)力引導(dǎo)下，在夾雜物與缺陷處因氫聚集而形成成排的小裂紋，沿著垂直于應(yīng)力的方向發(fā)展。它通常發(fā)生在焊接接頭的熱影響區(qū)及高應(yīng)力集中區(qū)，如接管處、幾何突變處、裂紋狀缺陷處或應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂處等。國(guó)內(nèi)腐蝕調(diào)查報(bào)告稱，濕硫化氫對(duì)碳鋼設(shè)備的均勻腐蝕隨溫度的升高而加劇。在80～C時(shí)，腐蝕速率最高，在110-120～C時(shí)腐蝕速率最低。

六、問(wèn)題分析及處理措施

換熱器長(zhǎng)期投用以來(lái)，由于水側(cè)流速低，容易造成結(jié)垢和黏泥沉積，從而造成垢下腐蝕。熱媒水經(jīng)過(guò)管箱在管板處形成湍流腐蝕和空泡腐蝕，對(duì)管板和芯子產(chǎn)生一定的沖刷作用，沖去腐蝕產(chǎn)物，產(chǎn)生新的金屬表面，新的金屬表面又再次被腐蝕，這樣交替進(jìn)行，促進(jìn)了腐蝕的產(chǎn)生，表現(xiàn)為深度坑蝕。另外，換熱器內(nèi)漏會(huì)造成大量油漏進(jìn)熱媒水系統(tǒng)，油中含有硫化氫，導(dǎo)致硫化氫進(jìn)入熱媒水系統(tǒng)，形成了濕硫化氫腐蝕環(huán)境。針對(duì)換熱器E205C的腐蝕情況，鑒于之前對(duì)其他換熱器的處理情況，決定對(duì)換熱器E205C芯子管板做防腐涂層處理，并要求相關(guān)單位加強(qiáng)對(duì)熱媒水的水質(zhì)管理。投用半年多以來(lái)該換熱器運(yùn)行狀況良好，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)腐蝕泄漏情況。

七、結(jié)束語(yǔ)

換熱設(shè)備在石油化工、動(dòng)力、冶金、食品等工業(yè)部門(mén)有著廣泛的應(yīng)用，其中管殼式換熱器是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的傳熱設(shè)備。保護(hù)好換熱器對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)非常重要。

參考文獻(xiàn)

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