工藝?yán)鋮s器WH-3102 管束腐蝕原因分析及預(yù)防

孟美

（大慶石化公司化工一廠芳烴聯(lián)合車間，黑龍江 大慶 163714）

廢堿濕式氧化裝置工藝?yán)鋮s器WH-3102，管程介質(zhì)為廢堿液，殼程介質(zhì)為循環(huán)水。主要用于對(duì)廢堿反應(yīng)器WR-3101出口氧化廢堿液換熱降溫。WH-3102 結(jié)構(gòu)形式為立式浮頭換熱器，換熱器外形規(guī)格為φ400×6000mm，換熱管規(guī)格為φ19×0.9mm，共138 根。管板材質(zhì)SB168-600，管束材質(zhì)SB163-600。上游反應(yīng)器WR-3101 頂部排出的氧化廢堿液進(jìn)入套管換熱器WH-3101 殼程，之后流經(jīng)工藝?yán)鋮s器WH-3102進(jìn)行冷卻降溫；然后，經(jīng)過(guò)分離器WV-3101；最后，進(jìn)入產(chǎn)品罐WV-3002。

1 設(shè)備腐蝕情況調(diào)查

WH-3102 出口溫度指示TIA-80106 最高已達(dá)78℃（指標(biāo)要求＜55℃），因此，判斷該換熱器管束堵塞，無(wú)法滿足冷卻換熱效果，故停工檢修進(jìn)行高壓水清洗管束。

考慮WH-3102 出口TIA-80106 最高已達(dá)78℃，產(chǎn)品罐WV-3002 溫度已達(dá)80℃（設(shè)計(jì)溫度70℃），為了防止出現(xiàn)設(shè)備及管線局部超溫腐蝕的問(wèn)題發(fā)生，檢修前，對(duì)WH-3102

換熱器出口流程涉及的設(shè)備WV-3101 罐入口管線（原壁厚8mm）、產(chǎn)品罐WV-3002 罐(原壁厚6mm)進(jìn)行測(cè)厚，未見(jiàn)腐蝕減薄的情況。經(jīng)對(duì)WH-3102 拆檢發(fā)現(xiàn)，管板表面及管束內(nèi)壁附著較厚紅褐色垢狀物，且換熱管堵塞嚴(yán)重。

圖1 換熱器管束清理的紅褐色垢物及管板結(jié)垢管束堵塞情況

對(duì)換熱器管束進(jìn)行高壓水清洗，清洗驗(yàn)收合格后，將換熱器整體吊裝至地面。經(jīng)殼程上水試壓（壓力0.8MPa），發(fā)現(xiàn)一管程第四排第五、六根換熱管有泄漏情況，第五根換熱管泄漏較為嚴(yán)重，第六根換熱管為輕微泄漏，隨后，殼程泄壓進(jìn)行堵管堵漏。WH-3102檢修投用后出口溫度降低至42℃左右，溫度趨勢(shì)平穩(wěn)，滿足工藝生產(chǎn)需求。持續(xù)運(yùn)行24 小時(shí)后檢查換熱器封頭、附屬管線法蘭接管等無(wú)泄漏情況。

圖2 換熱器管束清洗后照片

2 腐蝕原因分析

2.1 WH-3102 管束堵塞原因分析

從外觀形態(tài)上觀察，廢堿系統(tǒng)的垢物一般分為兩種形式。一種為存在于以氧化反應(yīng)器為代表的高溫區(qū)域的紅黑色鱗片狀垢物；另一種為存在于換熱器、分離器等溫度較低區(qū)域的相對(duì)疏松的鐵紅色水垢樣物質(zhì)。

圖3 廢堿垢物的形態(tài)

根據(jù)車間采集的WH-3102 內(nèi)部垢物樣品，委托大慶化工研究中心進(jìn)行垢物分析，結(jié)果顯示：垢樣中鐵含量較高（74.85%），同時(shí)，通過(guò)文獻(xiàn)查詢了解到獨(dú)山子乙烯廢堿濕式氧化裝置工藝?yán)鋮s器，也因存在積垢問(wèn)題，造成冷卻后廢堿液溫度高，每年需要對(duì)其進(jìn)行水力清洗一次。獨(dú)山子方面的垢物分析結(jié)論是： 工藝?yán)鋮s器10-E-3612 工藝側(cè)因廢堿介質(zhì)中含有鐵元素，管程發(fā)生鐵垢堵塞現(xiàn)象 。

綜合上述各方面因素分析，可以確定廢堿濕式氧化二套裝置WH-3102 中所形成的垢物類型為鐵垢性質(zhì)。

廢堿濕式氧化系統(tǒng)中冷換設(shè)備中所形成鐵垢中鐵的來(lái)源，主要來(lái)自原料廢堿液中的攜帶的鐵離子。車間分別對(duì)上游E1 裝置堿液來(lái)料、E3 裝置堿液來(lái)料以及W2 濕式氧化裝置堿液進(jìn)料中的鐵離子含量分別進(jìn)行了分析，分析結(jié)果顯示：E1 裝置來(lái)料Fe 離子含量為1.381μg/g、E3 裝置來(lái)料Fe 離子含量為2.498μg/g、濕式氧化裝置進(jìn)料口Fe 離子含量為0.838μg/g。從各路廢堿液的分析結(jié)果看，原料廢堿液中是有一定量的鐵離子存在的。

水中鐵的存在形式是膠態(tài)的氧化鐵，通常膠態(tài)氧化鐵帶正電。當(dāng)設(shè)備內(nèi)部局部熱負(fù)荷很高時(shí)，該部位的金屬表面與其他各部分金屬之間，就會(huì)產(chǎn)生電位差。在熱負(fù)荷較高的區(qū)域，金屬表面因電子集中而帶負(fù)電。主要帶正電的氧化鐵微粒就向帶負(fù)電的金屬表面聚集，結(jié)果形成氧化鐵垢。由于廢堿濕式氧化裝置冷換設(shè)備內(nèi)也同樣存在較大的溫差，因此客觀上也會(huì)因溫差的存在導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部的電荷積聚，吸引帶正電的氧化鐵離子在設(shè)備管壁上形成鐵垢。

上述過(guò)程即為WH-3102 管束內(nèi)垢狀物形成原因。

2.2 WH-3102 管束泄漏原因分析

通過(guò)上述管束堵塞原因分析部分可知，換熱器進(jìn)料中鐵離子含量較高，會(huì)在管內(nèi)形成鐵垢。其中反應(yīng)器等高溫區(qū)域形成的紅黑色鱗片狀鐵垢也會(huì)隨廢堿液進(jìn)入WH-3102 管程，長(zhǎng)期積累與管內(nèi)形成鐵紅色相對(duì)疏松黏軟的水垢樣鐵垢混合壓實(shí)，管束陸續(xù)開(kāi)始出現(xiàn)整根管堵塞的情況，因廢堿液中含有硫化物，當(dāng)堿液濃度較低時(shí)，不足以完全中和硫離子，從而形成酸性介質(zhì)。此少量的酸性介質(zhì)會(huì)累積在管束內(nèi)部造成管束局部發(fā)生腐蝕減薄。因WH-3102 的管束較薄（厚度約為0.9mm），材質(zhì)為inconel-600，材質(zhì)較軟，此時(shí)，使用高壓水清洗管束，可能會(huì)導(dǎo)致管束局部減薄的位置出現(xiàn)裂紋泄漏。另外，在高壓水清洗鱗片狀硬質(zhì)鐵垢時(shí)，鱗片隨著高壓水流沖擊，會(huì)對(duì)管束內(nèi)壁產(chǎn)生刮蹭損傷，經(jīng)過(guò)幾次高壓清洗后，會(huì)造成個(gè)別管束泄漏。

3 預(yù)防換熱器腐蝕的措施

3.1 防止WH-3102 管束內(nèi)結(jié)垢造成氧化廢堿液溫度過(guò)高

在廢堿系統(tǒng)中改變鐵垢形成的條件基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)，從減少原料鐵離子含量方向考慮，也存在有設(shè)備管道材質(zhì)無(wú)法改變、堿洗系統(tǒng)操作條件限制等因素，同樣實(shí)現(xiàn)難度很大。

因此，從考慮實(shí)際可行性角度看，計(jì)劃在分離器WV-3101 流程后增加安裝一個(gè)工藝?yán)鋮s器（WH-3103），待WH-3102 出口溫度再次升高時(shí)投用WH-3103，確保氧化廢堿液外送溫度符合工藝要求。

3.2 防止WH-3102 單管程堵管率超標(biāo)影響換熱效果措施

WH-3102 檢修累計(jì)已堵管11 根，另外，有3 根換熱管外壁凹陷扭曲。因換熱管束較少（138 根），且該換熱器為4 管程，每堵1 根管，單管程堵管率增加3%左右。目前，第一管程已經(jīng)堵管3 根（33 根換熱管），堵管率9.09%。從近兩次檢修過(guò)程發(fā)現(xiàn)，每次清洗后，管束都有較高概率發(fā)生泄漏，漏管數(shù)量會(huì)隨著高壓水清洗次數(shù)增加，更影響換熱效果。因此，對(duì)WH-3102 芯子實(shí)施大修理計(jì)劃，更換WH-3102 芯子一臺(tái)，防止WH-3102 再次檢修后單管程泄漏數(shù)量超過(guò)10%，從而影響換熱器換熱效果。

4 吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

（1）殼程試壓時(shí)，管束內(nèi)殘留的水清理不徹底，導(dǎo)致第二處管束微小泄漏（一管程第四排第六根換熱管）發(fā)現(xiàn)較晚，找漏較為困難。今后在殼程試壓前先用吊車將芯子一端吊起，將管束內(nèi)存水排凈，然后，再用工業(yè)風(fēng)將管束內(nèi)壁進(jìn)行干燥，便于觀察微量泄漏。水壓試壓合格后，再用低壓蒸汽進(jìn)一步尋找輕微泄漏點(diǎn)。

（2）為了縮短檢修時(shí)間和降低換熱器整體吊裝風(fēng)險(xiǎn)，下次檢修考慮在框架上進(jìn)行清洗、試壓和堵漏。檢修前在管箱下方搭設(shè)好檢修平臺(tái)和設(shè)計(jì)加工制作好帶加長(zhǎng)桿的堵漏專用工具，提前模擬演練堵漏步驟，同時(shí)，做好堵漏失敗的應(yīng)急處置方案，確保檢修進(jìn)度、檢修質(zhì)量全程可控。

5 結(jié)語(yǔ)

工藝?yán)鋮s器WH-3102 腐蝕的主要原因是由于來(lái)料中的Fe 離子形成鐵垢，積聚在管束內(nèi)壁在酸性環(huán)境中對(duì)換熱管表面產(chǎn)生腐蝕減薄，管束在高壓水清洗時(shí)，管束減薄位置出現(xiàn)裂紋。為了避免管束腐蝕帶來(lái)的危害，在日常生產(chǎn)中，要注意工藝平穩(wěn)操作，減少生產(chǎn)波動(dòng)，密切關(guān)注WH-3102 出口溫度指示，通過(guò)在分離器后增加工藝?yán)鋮s器，保證氧化廢堿液外送溫度合格，從而減少檢修次數(shù)，保障企業(yè)效益。