烯烴水冷器腐蝕泄漏原因簡(jiǎn)析

熊衛(wèi)國(guó)，王建偉，鄒 亮

（福建聯(lián)合石油化工有限公司，福建泉州362800）

烯烴水冷器腐蝕泄漏原因簡(jiǎn)析

熊衛(wèi)國(guó)，王建偉，鄒 亮

（福建聯(lián)合石油化工有限公司，福建泉州362800）

2013年以來，某公司烯烴水冷器共發(fā)生了21臺(tái)次換熱管腐蝕泄漏，嚴(yán)重制約了該公司設(shè)備長(zhǎng)周期安穩(wěn)運(yùn)行，直接導(dǎo)致2016年RCL（regretful capacity loss遺憾能力損失）超過公司設(shè)定的目標(biāo)值。烯烴水冷器使用的循環(huán)水全部來自化工循環(huán)水場(chǎng)，自2009年投用以來，化工循環(huán)水各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)一直處于可控狀態(tài)，且合格率略高于公司其他循環(huán)水場(chǎng)。經(jīng)分析，自2013年乙烯裝置脫瓶頸改造以來，長(zhǎng)期的低流速以及泄漏后的水冷器未能及時(shí)切出，系統(tǒng)帶病運(yùn)行是導(dǎo)致水冷設(shè)備腐蝕的主要原因；另外，系統(tǒng)雜物堵塞、工藝側(cè)酸性介質(zhì)腐蝕泄漏和長(zhǎng)而細(xì)的換熱管清洗不徹底也是導(dǎo)致烯烴水冷器換熱管腐蝕的原因。

烯烴水冷器 低流速 帶病運(yùn)行 腐蝕泄漏

1 烯烴水冷器腐蝕概況

烯烴水冷器的循環(huán)水水源全部來自化工循環(huán)水場(chǎng)?；ぱh(huán)水系統(tǒng)循環(huán)量88 000 m3／h，系統(tǒng)保有水量44 000 m3／h，共設(shè)22座冷卻風(fēng)機(jī)，12臺(tái)循環(huán)水泵，8組16臺(tái)旁濾罐。烯烴水冷器循環(huán)水為乙烯裂解、汽油加氫以及低溫罐區(qū)提供循環(huán)水。2013年，裝置脫瓶頸改造后，也為聚乙烯裝置供水（見圖 1）。

圖1 化工循環(huán)水系統(tǒng)供水分布

自2013年開始，乙烯裂解裝置陸續(xù)發(fā)生21臺(tái)次水冷器泄漏，曾2次因泄漏導(dǎo)致降低負(fù)荷生產(chǎn)，造成裝置全面停工搶修。水冷器的泄漏，嚴(yán)重制約了裝置的產(chǎn)能，影響了公司效益。

從歷年的泄漏來看主要集中在乙烯裂解區(qū)域；汽油加氫、低溫罐區(qū)以及聚乙烯裝置基本未發(fā)現(xiàn)泄漏。

2 腐蝕原因分析

2．1 流速低

（1）烯烴水冷器E40426和E50501等利用自動(dòng)閥或手動(dòng)閥來控制通過換熱器的循環(huán)水流量，從而實(shí)現(xiàn)物料溫度的控制，自動(dòng)閥開度長(zhǎng)期維持在20%左右，尤其是進(jìn)入冬季，自動(dòng)閥開度更小，循環(huán)水的流速更是無法得到保證。2016年夏季和冬季各進(jìn)行了一次流速測(cè)試，其流速均在0．4 m／s以下。

（2）E20218則處于管網(wǎng)末端的高處平臺(tái)上，換熱管內(nèi)流速極低，2016年3月份經(jīng)測(cè)試流速不足0．3 m／s，個(gè)別結(jié)垢的換熱管內(nèi)可能處于死水狀態(tài)。2016年11月拆開檢修發(fā)現(xiàn)管束和管壁垢下腐蝕較為嚴(yán)重（見圖2）。

圖2 E20218管板腐蝕情況

（3）2016年5月份對(duì)烯烴裝置水冷器抽查52臺(tái)，流速低于0．9 m／s高達(dá)30臺(tái)，流速合格率僅為 42．3%。

循環(huán)水長(zhǎng)期在換熱管中低速流動(dòng)，不可避免造成黏泥量與微生物（如厭氧菌等）在換熱管中吸附沉積，使管束表面處于不均勻狀態(tài)，這種不均勻的污垢覆蓋造成金屬表面形成電化學(xué)不均勻性，形成氧濃差電池致使覆蓋物下形成孔蝕或點(diǎn)蝕。同時(shí)，在垢下腐蝕過程中，由于流速低，循環(huán)水內(nèi)含有的鈣離子、鎂離子不斷與腐蝕產(chǎn)物和黏泥等混雜，不斷結(jié)合形成氧化鐵、碳酸鈣和碳酸鎂等硬性物質(zhì)，即所謂的硬銹瘤。

2．2 泄漏水冷器未及時(shí)從系統(tǒng)切出

（1）2016年 11月停工檢修時(shí)拆開檢查，E20204A循環(huán)水入口處管板有少量雜物，但因存在泄漏，在循環(huán)水出口管板處堆積大量的微生物黏泥。

（2）E50501B，2015年 10月發(fā)現(xiàn)泄漏，直至2016年3月停工檢修堵漏處理，2016年11月再因泄漏而臨時(shí)堵漏處理。

（3）2014年12月發(fā)現(xiàn)E20218泄漏，至2016年11月更換新?lián)Q熱芯子，一直存在微漏。

系統(tǒng)帶病運(yùn)行主要表現(xiàn)：泄漏導(dǎo)致了水質(zhì)的惡化，惡化的水質(zhì)又加劇了腐蝕的發(fā)生；同時(shí)腐蝕產(chǎn)物又為沉積物提供聚集地；另外腐蝕產(chǎn)物、微生物等不斷聚集沉積，又加劇了垢下腐蝕。泄漏與腐蝕相互影響，互相促進(jìn)。

2．3 循環(huán)水雜物多

（1）2009年乙烯裝置開工初期，各單元開車時(shí)間不同步，造成循環(huán)水管道中的雜物進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)。

（2）2013年1月，E40417拆開檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)其管板和換熱管上覆蓋有大量雜物（麻布、塑料袋等）和淤泥堆積，部分換熱管束已嚴(yán)重堵塞，管束上呈現(xiàn)很多硬銹瘤，經(jīng)高壓水清洗后堵管7根。

（3）2016年2月29日，乙烯裝置進(jìn)行局部停工搶修，再次打開E40417，發(fā)現(xiàn)微生物黏泥、填料堵塞情況，經(jīng)管程試壓檢查，發(fā)現(xiàn)泄漏處主要集中在填料堵塞處。高壓水清洗試漏，再次堵管33根。

（4）E20205A／B在2016年6月停工檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)其換熱管上覆蓋有大量雜物（石頭、塑料、涼水塔填料）和黏泥堆積，部分換熱管束已嚴(yán)重堵塞，在循環(huán)水低流速影響下，黏泥和微生物在管板和換熱管中附著沉積，形成堵塞；2016年11月停工檢修時(shí)拆開，再次發(fā)現(xiàn)E20205A／B還是存在大量雜物堵塞。說明裝置部分地管中還殘存有雜物，后期還會(huì)影響到部分水冷器的運(yùn)行。

由于雜物的存在，循環(huán)水的流速進(jìn)一步降低，個(gè)別換熱管水側(cè)已經(jīng)成為盲區(qū)，黏泥量與微生物等在換熱管中加速吸附和沉積，循環(huán)水在管內(nèi)成為死水，腐蝕迅速加劇。

2．4 工藝介質(zhì)泄漏進(jìn)水側(cè)

E20201C為裂解氣壓縮機(jī)Ⅰ段后冷卻器；E20202AM／BM為裂解氣壓縮機(jī)Ⅱ段后冷卻器，殼程為裂解氣，管程為循環(huán)水。工藝側(cè)操作溫度均為90℃，操作壓力分別為0．16 MPa和0．415 MPa。2016年3月，通過內(nèi)窺鏡照片觀察：其殼程腐蝕較為嚴(yán)重，膠狀的腐蝕產(chǎn)物聚集；水側(cè)也存在一定程度的腐蝕。若殼程的酸性介質(zhì)泄漏進(jìn)水側(cè)，與循環(huán)水混合成酸性環(huán)境，則會(huì)促使管板和管壁的腐蝕加劇。

由于工藝需要，需要對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行注水，從而降低裂解氣溫度，但經(jīng)噴嘴注入的水并不能完全霧化或霧化效果太差，從而形成大的液體顆粒，加之裂解氣是石油烴高溫裂解生產(chǎn)低級(jí)烯烴過程生成的多組分混合氣體，組成成分比較復(fù)雜，主要成分為甲烷及碳二至碳五烯烴和烷烴，還有氫氣、少量炔烴、硫化物、一氧化碳、二氧化碳及惰性氣體等雜質(zhì)。硫化氫、二氧化碳及小分子有機(jī)酸（如甲酸、乙酸等）溶于水后形成酸性電化學(xué)腐蝕環(huán)境，并造成碳鋼的腐蝕。換熱管一旦發(fā)生泄漏，酸性介質(zhì)竄入循環(huán)水側(cè)將嚴(yán)重影響水質(zhì)，導(dǎo)致惡性循環(huán)，加劇腐蝕。

2．5 清洗不徹底

烯烴水冷器管徑小，單根管線長(zhǎng)度較長(zhǎng)，導(dǎo)致每次管束清洗不徹底，若管內(nèi)仍存在銹瘤或其他雜物殘留堵塞，則會(huì)影響預(yù)膜效果，后期運(yùn)行過程中，由于污垢的堵塞水流速偏低，黏泥的沉積加速，鈍化膜會(huì)被破壞，進(jìn)而腐蝕加?。ㄒ妶D3）。

圖3 高壓水槍清洗示意

由圖3可以看到三種情況：第一，管束1內(nèi)部無銹瘤或其他雜物，水流暢通，出口端無黏泥沉積問題；第二，管束2內(nèi)有一些銹瘤或其他雜物，管束有效截面積變小，水流速度變慢，出口端會(huì)有一定的黏泥沉積問題；管束3內(nèi)完全堵死，水流完全不通，出口端黏泥問題最為嚴(yán)重。

3 整改措施

在確保循環(huán)水流速得到有效保證的情況下，加強(qiáng)水質(zhì)控制和腐蝕監(jiān)測(cè)，具體做好以下幾方面的工作：

（1）每季度對(duì)重點(diǎn)換熱器進(jìn)行流速監(jiān)測(cè)，確保循環(huán)水流速得到有效保證；

（2）對(duì)于工藝采用回水調(diào)節(jié)閥控制塔頂壓力，而無法確保循環(huán)水流速的，進(jìn)料口加設(shè)切斷閥，依據(jù)運(yùn)行狀況及時(shí)對(duì)換熱器切出檢修清洗；

（3）加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)，確保所有水冷器的循環(huán)水水質(zhì)得到有效保證；

（4）加強(qiáng)工藝側(cè)腐蝕監(jiān)控，嚴(yán)格控制原料中的硫含量，在工藝側(cè)裂解氣壓縮機(jī)段間注入緩蝕劑，維持裂解氣壓縮機(jī)前三段pH值為6～7，減緩腐蝕的發(fā)生；

（5）檢修期間確保每臺(tái)水冷器的每根換熱管內(nèi)部都能得到有效疏通，清除附著于其冷卻水側(cè)各種類型污垢，減少設(shè)備腐蝕；

（6）鑒于乙烯換熱器目前的狀況，預(yù)期未來仍會(huì)有微漏存在，循環(huán)水水質(zhì)需加強(qiáng)緩蝕控制，將乙烯循環(huán)水緩蝕配方由無磷方案變更為低磷方案；

（7）必要時(shí)采用犧牲陽極對(duì)管束進(jìn)行陰極保護(hù)；

（8）受系統(tǒng)流速低，內(nèi)漏無法及時(shí)切出，系統(tǒng)惡性循環(huán)狀態(tài)等影響，帶病運(yùn)行的水冷器也無法保證安全運(yùn)行到下次停工大修，及時(shí)采購(gòu)管束備用。

4 結(jié)束語

盡管烯烴循環(huán)水水冷器的源水來自化工循環(huán)水場(chǎng)，水質(zhì)長(zhǎng)期處于可控狀態(tài)，且自開工以來，化工循環(huán)水場(chǎng)的水質(zhì)合格率略高于其他循環(huán)水場(chǎng)，但烯烴水冷器管束出現(xiàn)多次泄漏情況，嚴(yán)重制約了設(shè)備長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。綜合分析，其主要原因：一是長(zhǎng)期的流速低，不可避免的導(dǎo)致黏泥與微生物吸附沉積，形成垢下腐蝕；二是系統(tǒng)泄漏后無法及時(shí)檢修，系統(tǒng)帶病運(yùn)行，惡性循環(huán)。另外工藝側(cè)腐蝕泄漏、雜物堵塞以及相對(duì)其他裝置長(zhǎng)而細(xì)的換熱管清洗難度大導(dǎo)致清洗不徹底等原因也無法排除。

Brief Analysis of Corrosion Leakage Occurred in Water-Cooling Equipment of Olefin Unit

Xiong Weiguo，Wang Jianwei，Zou Liang
（Fujian Refining＆Petrochemical Co．，Ltd．，Quanzhou 362800，China）

Since 2013，a total of 21 sets of corrosion leakage accidents have occurred in the heat exchanger tube of water-cooling equipment in olefin unit，which seriously restricted the long-period stable operation and directly led to the value of RCL（Regretful Capacity Loss）in 2006 above the company＇s target value．All the water used in the cooler come from chemical circulating water system，of which each KPI index，with a higher qualified rate than other circulating water，has been in a controllable state since 2009．According to the analysis results，fail-safe operation was the main cause for corrosion，due to the low velocity of water for a long period and that the leaking water cooler was not cut out in time，in addition，other factors influencing the leakage included debris blockage，acid corrosion and not-thorough cleaning of heat exchanger tubes．

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2017-03-21；修改稿收到日期：2017-08-18。

熊衛(wèi)國(guó)（1967—），高級(jí)工程師，1999年畢業(yè)于福州大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)，多年從事設(shè)備防腐及監(jiān)測(cè)管理。E-mail：xiongweiguo＠fjrep．com

（編輯 張向陽）