加氫裝置換熱器垢下腐蝕原因分析及預(yù)防措施

武卓

中海油惠州石化有限公司 廣東 惠州 516086

隨著石油化工工業(yè)的不斷發(fā)展和加氫裝置的廣泛應(yīng)用，加氫裝置換熱器作為重要的工藝設(shè)備，在煉油和化工生產(chǎn)中扮演著關(guān)鍵的角色。但是，隨著運(yùn)行時間的推移，加氫裝置換熱器往往會面臨著垢下腐蝕問題，這不僅會降低設(shè)備的熱傳導(dǎo)效率，還可能引發(fā)嚴(yán)重的安全隱患，導(dǎo)致設(shè)備損壞和生產(chǎn)中斷。垢下腐蝕是一種復(fù)雜而嚴(yán)重的問題，它的出現(xiàn)通常與多種因素密切相關(guān)[1]。本次研究主要是對加氫裝置換熱器垢下腐蝕的原因及預(yù)防措施進(jìn)行系統(tǒng)研究，為提高工業(yè)生產(chǎn)效率、降低運(yùn)營成本和確保工藝安全奠定基礎(chǔ)。

1 加氫裝置換熱器垢下腐蝕原因分析

1.1 流體成分因素

加氫裝置中通常存在硫化物，這些硫化物可以與金屬表面發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生硫化物沉積物，這些沉積物可能導(dǎo)致垢層形成，硫化物的存在也可以引發(fā)硫化腐蝕，其中硫化物與金屬表面形成硫化物皮膜，損害金屬的完整性。含有硫酸鹽的流體也可能引發(fā)腐蝕問題，硫酸鹽可以與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生硫酸沉積物，這些沉積物在高溫下可能會變得具有腐蝕性，導(dǎo)致金屬表面受損。碳酸鹽也是常見的垢下腐蝕因素之一，碳酸鹽可以在高溫高壓下溶解并重新沉積在金屬表面，形成碳酸鹽垢層，這些垢層可能包含有害的離子。氯化物是另一個常見的引發(fā)腐蝕的因素，氯離子可以在金屬表面引發(fā)腐蝕性的氯化腐蝕，特別是在高溫高壓環(huán)境下，氯化腐蝕可能會非常嚴(yán)重[2]。加氫過程中可能會產(chǎn)生酸性物質(zhì)，如硫酸和鹽酸，這些酸性物質(zhì)可能會侵蝕金屬表面，導(dǎo)致酸腐蝕，酸腐蝕通常在高溫條件下更加嚴(yán)重。氧氣的存在可以引發(fā)氧化腐蝕，在加氫過程中，如果氧氣進(jìn)入系統(tǒng)，它可能與金屬表面發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致金屬的腐蝕和銹蝕。

1.2 流體溫度及壓力

高溫環(huán)境下，垢層通常更容易形成，這是因為高溫度可以導(dǎo)致流體中的溶解固體物質(zhì)更容易沉淀在金屬表面上，形成垢層，高溫也可能增加金屬的腐蝕速率，在高溫下，腐蝕反應(yīng)通常更加活躍和快速，因此金屬的腐蝕會更嚴(yán)重，同時高溫條件下，金屬的抗腐蝕性可能降低。高壓環(huán)境下流體中的物質(zhì)更容易溶解，因此垢層的形成可能較少，但是高壓也可能導(dǎo)致流體更密集地與金屬表面接觸，從而增加了垢層的累積速率，高壓環(huán)境下，腐蝕反應(yīng)通常更加緩慢，這是因為高壓可以抑制腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行，但是高壓下仍然可能發(fā)生腐蝕，尤其是在存在腐蝕性物質(zhì)的情況下[3]。低流速可能導(dǎo)致垢層更容易形成，在低速流動的情況下，流體中的懸浮固體和溶解物質(zhì)可能更容易附著到金屬表面形成垢層，此外，低速流動也可能使垢層較難清除，高速流動通?？梢詼p小垢層的形成，并降低腐蝕的風(fēng)險，這是因為高速流動可以減小流體與金屬表面的接觸時間，從而降低了腐蝕反應(yīng)的機(jī)會。

1.3 金屬材料

不同金屬材料對于不同的化學(xué)環(huán)境具有不同的穩(wěn)定性，加氫裝置中的流體可能包含酸性物質(zhì)、硫化物、氯化物等腐蝕性物質(zhì)，如果選擇的金屬材料在這些物質(zhì)的存在下不穩(wěn)定，它們可能會與流體中的成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。金屬材料的電化學(xué)特性對垢下腐蝕也有影響，在特定的電位下，金屬材料可能會發(fā)生陽極腐蝕或陰極腐蝕，如果金屬的電化學(xué)特性不適合加氫裝置的工作條件，就可能引發(fā)腐蝕問題。金屬的腐蝕電位是指金屬與溶液中腐蝕性成分發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的電位，如果金屬的腐蝕電位與流體的電位差距較大，金屬可能更容易發(fā)生腐蝕，因此，金屬材料的腐蝕電位也是一個重要考慮因素。一些金屬材料具有較高的耐蝕性，能夠抵抗各種化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，如不銹鋼、鎳合金和鈦合金通常在加氫裝置中表現(xiàn)出較好的耐蝕性，因此被廣泛用于抵御腐蝕和垢下腐蝕[4]。加氫裝置通常在高溫高壓條件下運(yùn)行，這些條件可能影響金屬的物理和化學(xué)性質(zhì)，某些金屬在高溫高壓條件下可能更容易發(fā)生腐蝕，因此在這些條件下選擇合適的金屬材料非常重要。

1.4 操作因素

壓力的波動可能會對加氫裝置換熱器的性能產(chǎn)生負(fù)面影響，壓力的不穩(wěn)定性可能導(dǎo)致金屬的應(yīng)力變化，從而增加了腐蝕的風(fēng)險，此外，壓力波動還可能影響流體的相變行為，導(dǎo)致溶質(zhì)的沉淀和垢層形成。不合適的操作條件，如不穩(wěn)定的操作溫度和壓力、過高的流速、不適當(dāng)?shù)牧黧w分流等，可能導(dǎo)致垢層的不均勻形成，不均勻的垢層可能會導(dǎo)致金屬表面的腐蝕集中在某些區(qū)域，從而加劇腐蝕問題。垢層的積聚通常會導(dǎo)致金屬表面的不均勻腐蝕，如果不及時清除垢層，垢下腐蝕問題可能會進(jìn)一步惡化，清除垢層通常需要停機(jī)維護(hù)，因此操作和維護(hù)的不合理安排也可能影響設(shè)備的正常運(yùn)行[5]。

1.5 垢層的存在

垢層可以改變金屬表面的電化學(xué)特性，形成一個局部的電池，這通常表現(xiàn)為垢層下部的金屬成為陽極，而垢層上部的金屬成為陰極，這種電化學(xué)效應(yīng)會導(dǎo)致垢下腐蝕的發(fā)生，因為在陽極處的金屬區(qū)域更容易腐蝕。垢層通常是多孔的，允許流體中的氧氣或其他氧化劑穿透到垢層下部，形成所謂的"差氧區(qū)"，在差氧區(qū)內(nèi)，氧氣可以與金屬表面發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致金屬腐蝕，這種情況尤其在高溫高壓條件下更為嚴(yán)重。垢層可以吸附流體中的有害物質(zhì)，如硫化物、氯化物等，這些物質(zhì)可能在垢層下積聚，這種積聚可能會導(dǎo)致局部腐蝕，因為有害物質(zhì)可能在垢下腐蝕區(qū)域引發(fā)腐蝕反應(yīng)。垢層的存在可以阻礙腐蝕產(chǎn)物的排放，當(dāng)金屬表面發(fā)生腐蝕時，產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物通常會被流動的液體帶走，但是垢層可能阻礙這些產(chǎn)物的排放，導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)物在金屬表面積聚，增加了腐蝕的風(fēng)險。垢層內(nèi)部的化學(xué)環(huán)境可能與流體相比更有利于腐蝕的發(fā)生，這可能會催化腐蝕的發(fā)生，例如垢層內(nèi)部的酸性或堿性環(huán)境可能增加了金屬的腐蝕速率。

2 加氫裝置換熱器垢下腐蝕預(yù)防措施研究

2.1 合理選擇金屬材料

選擇具有高耐蝕性的金屬材料，以適應(yīng)加氫裝置的工作環(huán)境，不銹鋼在抵抗酸性物質(zhì)、硫化物、氯化物和碳酸鹽等有害成分方面表現(xiàn)良好，常用于加氫裝置換熱器的制造，鎳合金在高溫高壓和腐蝕性環(huán)境下表現(xiàn)出色，鈦合金對于氯化物和硫化物的抵抗性極高，適用于一些特殊的加氫裝置。詳細(xì)了解加氫裝置中流體的成分是至關(guān)重要的，了解流體中的有害物質(zhì)的濃度和性質(zhì)，以選擇合適的金屬材料?？紤]加氫裝置的工作溫度和壓力條件，選擇金屬材料以適應(yīng)這些條件，一些金屬在高溫高壓下表現(xiàn)良好，而其他金屬則可能不適用?？紤]金屬材料的電化學(xué)特性，以確保其與流體成分相容，金屬材料的腐蝕電位和電極電位等參數(shù)應(yīng)與流體條件匹配?？紤]加氫裝置中可能出現(xiàn)的不同腐蝕類型，如硫化物腐蝕、氯化物腐蝕、碳酸鹽腐蝕等，選擇材料時應(yīng)考慮不同腐蝕類型的風(fēng)險，同時可以考慮使用防護(hù)涂層或附加的腐蝕抑制劑，以增強(qiáng)金屬材料的抵抗力。

2.2 控制流體成分

實施定期的流體成分監(jiān)測，以了解加氫裝置中流體的成分，可以通過化學(xué)分析、在線傳感器等手段來實現(xiàn)，了解流體中的有害物質(zhì)濃度和種類對于預(yù)防垢下腐蝕至關(guān)重要。硫化物是常見的垢下腐蝕原因之一。通過控制流體中硫化物的濃度，可以降低腐蝕風(fēng)險，這需要在流體中添加硫化物抑制劑或采取其他化學(xué)處理措施，氧氣的存在可以引發(fā)氧化腐蝕，采取措施如使用氮?dú)鈿夥栈蚱渌Ｗo(hù)氣體來減少氧氣的進(jìn)入系統(tǒng)，以降低氧化腐蝕的風(fēng)險，控制流體的pH值可以影響垢下腐蝕的發(fā)生。在一些情況下，調(diào)整流體的pH值，使其更中性或堿性，可以減少垢下腐蝕的風(fēng)險。使用適當(dāng)?shù)倪^濾器和其他設(shè)備，以去除流體中的固體顆粒和雜質(zhì)，可以減少垢層的形成和腐蝕的風(fēng)險，同時可以向流體中添加抑制劑或緩沖劑，以降低有害物質(zhì)的濃度或改善流體的化學(xué)性質(zhì)。

2.3 控制溫度壓力和流速

確保加氫裝置的操作溫度在設(shè)計范圍內(nèi)，并避免過高或過低的溫度，過高的溫度可能加速垢層的形成和腐蝕速率，而過低的溫度可能導(dǎo)致某些物質(zhì)的沉淀，在需要降低熱損失的情況下，使用絕熱材料和保溫措施，以穩(wěn)定溫度并減少熱交換器表面的結(jié)露。確保加氫裝置的操作壓力在設(shè)計范圍內(nèi)，并避免過高或過低的壓力，不穩(wěn)定的壓力波動可能導(dǎo)致金屬的應(yīng)力變化，避免突發(fā)的壓力沖擊（如閥門關(guān)閉或啟動時的沖擊），以減少金屬材料的應(yīng)力和腐蝕的機(jī)會?？刂屏黧w的流速，確保其在設(shè)計值范圍內(nèi)，高速流動有助于減小垢層的形成，避免低速流動。因為低速流動可能導(dǎo)致垢層的形成，和清除困難，增加了腐蝕的風(fēng)險，安裝流量控制器和流量計，以確保流體的流速和流量在可控范圍內(nèi)，避免過高或過低的流速。

2.4 定期清洗和維護(hù)

制定詳細(xì)的定期維護(hù)計劃，包括清洗、檢查和修復(fù)工作，計劃應(yīng)根據(jù)設(shè)備的使用情況和腐蝕風(fēng)險制定，并明確每項工作的頻率和程序。定期進(jìn)行化學(xué)清洗，以去除垢層和腐蝕產(chǎn)物，化學(xué)清洗過程通常包括使用腐蝕抑制劑和清洗劑，以確保金屬表面的清潔，對于難以去除的垢層，可能需要進(jìn)行機(jī)械清洗，如使用高壓水射流或機(jī)械工具來清除垢層。定期進(jìn)行水沖洗，以清除設(shè)備內(nèi)部的雜質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物，水沖洗可用于去除固體顆粒和其他沉淀物，使用非破壞性檢測技術(shù)，如超聲波檢測或射線檢測，來檢查金屬材料的狀況，特別是在清洗后，這有助于及時發(fā)現(xiàn)潛在的腐蝕問題。定期檢查密封和閥門等關(guān)鍵組件，確保它們沒有泄漏或損壞，泄漏可能導(dǎo)致流體成分的變化。還需記錄每次維護(hù)的數(shù)據(jù)，包括清洗和修復(fù)的詳細(xì)信息，以及任何發(fā)現(xiàn)的問題和采取的糾正措施。

2.5 引入陰極保護(hù)

定期測量金屬表面的電位，陰極保護(hù)的關(guān)鍵是確保金屬表面的電位保持在一定的負(fù)值范圍內(nèi)，通常在-0.8～1.2V內(nèi)，電位測量可以通過使用參考電極和電位計來實現(xiàn)，根據(jù)電位測量結(jié)果，必要時施加電流以保持金屬表面的陰極電位，可以通過連接外部電源和陽極材料來實現(xiàn)，以確保電流流向金屬表面。將其保持在陰極狀態(tài)，選擇合適的陽極材料，以確保其具有足夠的耐蝕性，并且能夠提供所需的電流，常見的陽極材料包括鋁、鎂和鋅等。定期檢查陰極保護(hù)系統(tǒng)的性能，確保陽極和電纜沒有損壞或腐蝕，維護(hù)包括清潔陽極表面、更換損壞的部件，并修復(fù)任何電路故障，根據(jù)金屬材料、流體成分和工作條件，設(shè)定適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)電位，定期監(jiān)控陰極保護(hù)系統(tǒng)的性能，包括電位、電流和陽極材料的消耗情況，如果出現(xiàn)異常，立即采取糾正措施。

3 結(jié)束語

腐蝕是威脅加氫裝置換熱器使用壽命和使用安全的重要因素，研究發(fā)現(xiàn)加氫裝置換熱器內(nèi)部的流體條件和化學(xué)環(huán)境可能導(dǎo)致金屬材料的腐蝕，垢層的形成不僅會增加熱阻，還可能催化腐蝕的發(fā)生，同時操作溫度和壓力的波動、流體的化學(xué)成分以及操作不當(dāng)?shù)纫蛩匾部赡芗觿」赶赂g問題，因此，需要根據(jù)引發(fā)加氫裝置換熱器垢下腐蝕原因的不同，采取多種類型的預(yù)防措施，確保加氫裝置換熱器長期處于安全運(yùn)行狀態(tài)。