換熱器腐蝕分析及工藝對(duì)策

【摘 ?要】換熱器是現(xiàn)代生產(chǎn)中比較常用的設(shè)備，在實(shí)際應(yīng)用中，由于一些因素的影響，容易發(fā)生腐蝕的情況，進(jìn)而影響生產(chǎn)安全和生產(chǎn)質(zhì)量。要積極應(yīng)用現(xiàn)代物理測(cè)試技術(shù)，對(duì)腐蝕產(chǎn)物的元素成分、結(jié)構(gòu)、微觀電子顯微形貌等加以了解，明確腐蝕原因和機(jī)理，進(jìn)而采取有效的工藝對(duì)策，減少和預(yù)防換熱器腐蝕現(xiàn)象，以確保生產(chǎn)安全。

【關(guān)鍵詞】換熱器;腐蝕原因;腐蝕機(jī)理;防腐蝕對(duì)策

前言：很多生產(chǎn)企業(yè)中都會(huì)應(yīng)用到換熱器，例如化工企業(yè)對(duì)換熱器的應(yīng)用就比較多。以某化工企業(yè)裂解裝置中壓縮工段的段間換熱器為例，采用了Ф20×2mm的碳鋼管為循環(huán)水，管殼裂解氣，在40-90℃環(huán)境下工作。運(yùn)用壓縮機(jī)注水降溫技術(shù)，運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)碳素鋼管出現(xiàn)很多腐蝕穿孔現(xiàn)象，導(dǎo)致?lián)Q熱器不能使用。對(duì)此，采用先進(jìn)的方法檢測(cè)腐蝕情況，進(jìn)而采取有效的防腐蝕工藝對(duì)策。

一、換熱器腐蝕檢測(cè)方法和結(jié)果

開展換熱器的腐蝕檢測(cè)，首先檢驗(yàn)工藝水的成分，其中總硫含量為53.9mg/L、氯離子含量為13.4mg/L、總鐵含量為54.6mg/L、氨氮含量為9.3ug/L。觀察腐蝕的碳鋼管線表面情況，在現(xiàn)場(chǎng)截取碳鋼管線，同時(shí)考察腐蝕環(huán)境，了解腐蝕形態(tài)，觀察和分析宏觀腐蝕狀況。通過外觀鑒定能夠發(fā)現(xiàn)，上部進(jìn)口位置比中下部腐蝕情況更加嚴(yán)重。截取腐蝕管線后勘察其表面，發(fā)現(xiàn)腐蝕穿孔的方向，主要是從外向內(nèi)的，說明腐蝕來(lái)源是在管外壁上。腐蝕形態(tài)中局部孔蝕居多，截取管線長(zhǎng)度25cm，腐蝕穿孔有很多，同時(shí)有黑褐色銹層附著表面。通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，管外壁上的孔長(zhǎng)寬分別是6mm、5mm，關(guān)閉厚度2mm，已經(jīng)完全穿透，同時(shí)穿孔附近也有很多腐蝕深坑，存在嚴(yán)重的局部小孔腐蝕，呈現(xiàn)出潰瘍狀，管束局部甚至成片起皺和剝離[1]。管內(nèi)壁孔表面有黃褐色整體銹層，部分銹層已經(jīng)脫落起皺，不過孔邊緣相對(duì)光滑，可判斷是均勻銹蝕。所以，得出結(jié)果為蝕孔源在管外壁，腐蝕方向是從管外向管內(nèi)遞進(jìn)。

采取物理測(cè)試檢測(cè)穿孔位置的腐蝕產(chǎn)物，利用現(xiàn)代物理測(cè)試技術(shù)，得到腐蝕產(chǎn)物結(jié)構(gòu)、微觀電子顯微形貌、腐蝕產(chǎn)物元素成分等，以判斷分析腐蝕原因和腐蝕機(jī)理。主要采取X射線衍射分析、電子能譜分析、掃描電鏡觀察等方法，對(duì)腐蝕部位和穿孔部位表明進(jìn)行檢測(cè)。通過掃描電鏡檢測(cè)能夠得出，管外壁孔蝕表面，在蝕孔外側(cè)表面，具有間斷不連續(xù)的銹層，同時(shí)沿銹層有腐蝕溝槽花樣痕跡出現(xiàn)，表面為絮狀花樣、疏松、粗化。管內(nèi)壁孔蝕表面，管內(nèi)壁表面有疏松、凹凸不平、粗糙的銹層，有危險(xiǎn)顆粒狀物局部存在，有嚴(yán)重的銹蝕。通過電子能譜檢查發(fā)現(xiàn)，管外壁蝕孔表面，主要含有鎂元素、氯元素、鐵元素、鈣元素、硫元素、氧元素、碳元素等成分;管內(nèi)壁蝕孔表面，主要含有鋅元素、鐵元素、鈣元素、硫元素、鈉元素、氧元素、碳元素等成分[2]。X射線衍射檢測(cè)結(jié)果顯示，在管外壁的孔蝕表面中，主要的化合物成分碳酸鈣、氫氯化鎂、水喝硫酸鎂、鐵氧化合物、鐵碳?xì)溲醺徍蜔o(wú)、鐵碳化合物、α碳鐵化合物、鐵硫化合物等;管內(nèi)壁的孔蝕表面中，主要含有氧化鋅、鈉鈣碳酸根化合物、鐵硫化合物、鐵氧氫氧根化合物、水合氧化鐵、鈣鐵氧化合物、三氧化二鐵、四氧化三鐵等。

二、換熱器腐蝕原因和機(jī)理分析

經(jīng)過檢查能夠發(fā)現(xiàn)，段間換熱器的殼程腐蝕，是一種硫化氫-氯化氫-水的典型腐蝕體系，根據(jù)X射線衍射、能譜分析結(jié)果來(lái)看，可知正是這一體系構(gòu)成和控制了段間換熱器殼程腐蝕的發(fā)生。介質(zhì)中的氯離子、硫化氫等，在腐蝕過程中都發(fā)揮了作用。監(jiān)測(cè)表明凝結(jié)水中總鐵離子含量為54.6mg/L，可見鐵離子含量比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高很多，說明面臨嚴(yán)重的腐蝕情況。通過工藝介質(zhì)流程成分研究，有一氧化碳-二氧化碳-水的腐蝕體系存在，低合金鋼及碳鋼等在其中，水中二氧化碳溶解生成碳酸，能達(dá)到3.3的pH，同時(shí)一氧化碳存在于體系中，可在金屬表面吸附，發(fā)揮緩蝕劑的效果，避免碳酸造成鋼材全面腐蝕。如果此時(shí)有應(yīng)力，晶格之間滑移，產(chǎn)生表面臺(tái)階，新生面漏出，金屬溶解為新生面，成為陽(yáng)極，而周圍一氧化碳吸附層是陰極，會(huì)使碳鋼設(shè)備加速腐蝕[3]。檢測(cè)結(jié)果碳酸鹽等腐蝕產(chǎn)物并不存在，可能是由于工況下腐蝕產(chǎn)物被沖刷掉。

通過腐蝕形貌，可分析沖擊腐蝕，觀察段間換熱器總體腐蝕狀況及分布情況，上部比下部腐蝕嚴(yán)重，呈現(xiàn)出典型的溝壑、山谷的形態(tài)，因而可判斷為沖擊腐蝕。通過腐蝕產(chǎn)物，分析段間換熱器管程腐蝕，是典型溶解氧腐蝕，陽(yáng)極鐵釋放電子成為鐵離子的，陰極水和氧氣吸附電子形成氫氧根離子，鐵離子和水會(huì)生成氫氧化亞鐵離子和氫離子，氫離子吸收電子產(chǎn)生氫氣，氫氧化亞鐵離子和氫離子則會(huì)產(chǎn)生氫氧化亞鐵和水[4]。這就是整個(gè)腐蝕過程。此外，內(nèi)測(cè)產(chǎn)物中的總硫含量較高，有硫酸鹽還原菌等微生物腐蝕條件。循環(huán)水一般是32-42攝氏度的溫度，同時(shí)水中還有油類、磷類、氮類等物質(zhì)，能夠?yàn)槲⑸锷a(chǎn)提供養(yǎng)分。能接受到日照的位置還會(huì)產(chǎn)生大量藻類，不能接受到日照的位置則會(huì)繁殖大量細(xì)菌，產(chǎn)生黏泥。這些因素都會(huì)使換熱器冷卻效果下降，進(jìn)而發(fā)生微生物或垢下腐蝕。

三、換熱器腐蝕預(yù)防的工藝對(duì)策

結(jié)合換熱器腐蝕的原因和機(jī)理，需要采取相應(yīng)的工藝對(duì)策進(jìn)行預(yù)防。由于材質(zhì)無(wú)法更換或沒有必要更換，所以主要從工藝方面入手。對(duì)工藝操作進(jìn)行優(yōu)化，使裂解氣當(dāng)中帶液量減少。對(duì)殼程進(jìn)行犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)措施。段間換熱器嚴(yán)格控制殼程冷凝水pH值，保持在6.0-7.5之間比較理想。如果pH值在6以下，會(huì)加強(qiáng)氯化氫的腐蝕作用;如果pH值在8以上，會(huì)加強(qiáng)硫化氫的腐蝕效果，而且腐蝕速度和pH值的高低也有關(guān)系，所以要加以注意?？梢詰?yīng)用一些緩蝕劑，例如有機(jī)胺類工藝緩蝕劑等[5]。對(duì)凝結(jié)水pH值有效控制，使其不超出6.0-7.5的區(qū)間，根據(jù)國(guó)內(nèi)外乙烯裝置的設(shè)備防腐蝕經(jīng)驗(yàn)，如果利用無(wú)機(jī)胺中和劑，對(duì)凝結(jié)水pH值難以達(dá)到理想的控制效果。所以應(yīng)用有機(jī)胺作為緩蝕劑和中和劑應(yīng)用，可以取得更好的效果。對(duì)這部分的設(shè)備監(jiān)測(cè)加以強(qiáng)化，由于應(yīng)用現(xiàn)狀下凝結(jié)水中鐵離子超標(biāo)情況嚴(yán)重，并且設(shè)備使用壽命只有1年，所以要詳細(xì)調(diào)查系統(tǒng)設(shè)備及管線腐蝕情況，對(duì)設(shè)備監(jiān)護(hù)工作進(jìn)一步強(qiáng)化，采取工藝防腐加強(qiáng)、必要定點(diǎn)測(cè)厚等方法，對(duì)設(shè)備腐蝕情況隨時(shí)了解和有效控制。

四、結(jié)論

換熱器腐蝕的發(fā)生，主要是由于工藝水中的鐵含量、總硫含量、氯離子含量過高所致，因此可以判斷系統(tǒng)腐蝕類型主要是硫化氫-氯化氫-水這種腐蝕類型?？辈旄g穿孔管表面，可見局部孔蝕為主要腐蝕形態(tài)，腐蝕穿孔方向是從外向內(nèi)，碳鋼管主要是在管外壁，也就是工藝側(cè)存在孔蝕源。利用X射線衍射分析、電子能譜分析等現(xiàn)代物理檢測(cè)技術(shù)，能夠發(fā)現(xiàn)管外壁表面存在大量硫元素，其在腐蝕過程中有所參與，同時(shí)主要在外層工藝側(cè)發(fā)生腐蝕情況。對(duì)此，采用工藝操作優(yōu)化、殼程陰極保護(hù)，添加有機(jī)胺類工藝緩蝕劑等，達(dá)到理想的防腐蝕效果。

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作者簡(jiǎn)介：

李沖 ? 學(xué)歷：本科。

（作者單位：廣東萬(wàn)家樂燃?xì)饩哂邢薰荆?/p>