柴油加氫精制裝置高壓水冷器管束內(nèi)漏腐蝕原因分析

譚曉武

摘 要：根據(jù)某煉廠柴油加氫精制裝置高壓水冷器管束內(nèi)漏腐蝕原因分析，管束腐蝕主要是點(diǎn)蝕引起的，在腐蝕坑內(nèi)及內(nèi)壁都富集了Cl離子，產(chǎn)物主要為鐵的氧化物。

關(guān)鍵詞：高壓水冷器;點(diǎn)蝕;Cl離子

0 引言

某煉廠柴油加氫精制裝置循環(huán)氫冷卻器E107A/B管束在2016年大檢修期間進(jìn)行過管束換新（材質(zhì)為15CrMo），

新管束涂有防腐涂層。開工8個(gè)月后發(fā)生泄漏。于2017年9月20日進(jìn)行打壓堵管，之后裝置一直處于停工狀態(tài)。2018年1月準(zhǔn)備開工時(shí)，發(fā)現(xiàn)其再次泄漏，直接更換新管束（材質(zhì)為20#）。E107A/B兩臺(tái)水冷器為串聯(lián)形式，管程介質(zhì)為循環(huán)水，進(jìn)口（E107B管程進(jìn)口）溫度約34℃，出口（E107A管程出口）溫度約44℃，壓力0.45MPa;殼程材質(zhì)為14Cr1MoR，介質(zhì)為循環(huán)氫，進(jìn)口溫度（E-107A殼程入口）約54℃，出口溫度（E-107B殼程出口）約40℃，壓力約6.89MPa。

2017年9月20日檢查該換熱器管程封頭內(nèi)部表面有明顯銹蝕，表面附著條形腐蝕產(chǎn)物，筒體內(nèi)壁腐蝕輕微。管束外壁腐蝕輕微，但是在管束彎管部位附著大量黑色粉末狀固體，從彎管到管板黑色固體隨之減少，從外部進(jìn)行測厚，測厚結(jié)果為2.3-2.4mm，無明顯均勻減薄現(xiàn)象。管束管口入口處有大量垃圾堵塞，內(nèi)部涂有防腐涂層，但從管板及管口來看，防腐涂層出現(xiàn)大面積鼓包且破裂，從管口可見管束內(nèi)部附著大量腐蝕產(chǎn)物。

1 檢測分析

1.1 管束材質(zhì)分析

利用直讀光譜儀檢測管線的化學(xué)成分，結(jié)果如表1所示?？梢娖洳馁|(zhì)化學(xué)成分符合《合金結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 3077-2015）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的15CrMo的化學(xué)成分，其所有成分均在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。

1.2 金相分析

分別選取管束上嚴(yán)重腐蝕及未腐蝕橫截面部位進(jìn)行金相檢驗(yàn)，從低倍的內(nèi)壁形貌可見，腐蝕針孔主要為宰深型形貌。管束的金相組織為鐵素體+珠光體，管束球化級(jí)別為：5級(jí)（5級(jí)--完全球化;珠光體區(qū)域中的碳化物已經(jīng)完全分散，珠光體形態(tài)無保留）。

1.3 垢物成分分析

主要含有O、Fe元素，其次還含有微量的S、Cl等元素。在能譜分析確定好相應(yīng)的元素后，通過X射線衍射分析來確定腐蝕產(chǎn)物主要為FeO（OH）。

2 腐蝕機(jī)理

換熱器中的局部腐蝕多與介質(zhì)中的鹵素元素，尤其是氯離子有關(guān)。點(diǎn)蝕是金屬溶解的一種獨(dú)特形態(tài)。水中的氯離子能優(yōu)先地選擇吸附在金屬表面氧化膜上，把氧原子排擠掉，然后和氧化膜中的陽離子結(jié)合成可溶性氯化物，結(jié)果在新露出的基體金屬的特定點(diǎn)上生成小蝕坑，即點(diǎn)蝕核。繼續(xù)長大就出現(xiàn)點(diǎn)蝕坑。蝕坑內(nèi)金屬表面處于活態(tài)，電位較負(fù)，蝕坑外金屬表面處于鈍態(tài)，電位較正，形成微電池。此時(shí)的金屬陽極溶解是一種自催化過程。

陽極反應(yīng)是碳鋼中的鐵在蝕孔內(nèi)溶解，生成金屬鐵離子：

Fe-2e→Fe2+

造成蝕孔內(nèi)正電荷過量，結(jié)果使氯離子遷移到蝕孔內(nèi)以維持溶液的電中性。因此蝕孔內(nèi)會(huì)有高濃度的FeCl3。

從腐蝕坑橫截面的電鏡形貌和能譜分析以及內(nèi)壁能譜分析均可以看到，有Cl沉積在腐蝕坑底部，證明了以上所述的可能性。

FeCl3水解的結(jié)果產(chǎn)生高濃度的H+和Cl-，介質(zhì)中其他元素也會(huì)進(jìn)一步增加而促進(jìn)金屬的溶解。溫度的升高也會(huì)使點(diǎn)蝕加速。在換熱器內(nèi)壁確實(shí)也能看到許多大小不一的點(diǎn)蝕坑和許多由點(diǎn)蝕產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物。氧的陰極還原過程在蝕孔附近的表面進(jìn)行：

O2+H2O+4e→4OH-

總反應(yīng)是：

Fe2++2OH-→Fe（OH）2

水解反應(yīng)生成的H+與水中的Cl-混合，使得垢層下金屬處于HCl介質(zhì)中，形成了一個(gè)自催化的酸性條件，因此基體金屬不斷的處于活化溶解狀態(tài)，而Fe吸附配合物Fe（OH）ad（Fe和H2O反應(yīng)生成的中間不穩(wěn)定產(chǎn)物）放電而成為容易中的FeOH+。在垢層處發(fā)生沉淀：

FeOH++2（OH）-→FeOOH+H2O

該結(jié)果與對內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行能譜和XRD分析后，得出結(jié)論一致。

3 結(jié)論

通過以上的宏觀檢查、金相檢驗(yàn)、電鏡觀察能譜分析等手段，可以看出，管束的內(nèi)壁腐蝕形貌主要是點(diǎn)蝕引起的，同時(shí)對腐蝕坑表面的成分分析以及對腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行XRD和能譜分析后可以看出，在腐蝕坑內(nèi)及內(nèi)壁都富集了Cl離子，該Cl離子來源于循環(huán)水中，產(chǎn)物主要為鐵的氧化物。

參考文獻(xiàn)：

[1]張耀.核電專用涂層應(yīng)用分析[J].電鍍與涂飾，2008，27（007）：57-60.