換熱器腐蝕問(wèn)題原因分析及應(yīng)對(duì)措施

摘 要： 換熱器，又稱熱交換器，是一種在不同溫度的兩種或兩種以上流體間將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體以使流體溫度達(dá)到工藝條件，滿足生產(chǎn)需要的設(shè)備，同時(shí)也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。在石油、化工、電力及其它他許多工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位。換熱器的安全、平穩(wěn)、可靠運(yùn)行對(duì)企業(yè)安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益等起著關(guān)鍵作用。因此，了解換熱器的腐蝕問(wèn)題，分析原因和采取有效措施以提高換熱器的抗腐蝕能力有著重要的意義。本文針對(duì)某化工企業(yè)丁二烯裝置換熱器腐蝕問(wèn)題展開(kāi)討論和研究，并給出相應(yīng)的防范措施，以供大家參考。

關(guān) 鍵 詞：換熱器1； 腐蝕2； 防腐3；化工設(shè)備4

中圖分類號(hào)：TQ050.9文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1004-0935（20202024）0×9-00001481-0×4

丁二烯裝置自開(kāi)工以來(lái)，丁二烯換熱器運(yùn)行期間或檢修期間發(fā)現(xiàn)都會(huì)出現(xiàn)不同形式的泄漏，對(duì)裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行帶來(lái)隱患^[1-3]。為更好地減少丁二烯換熱器泄漏，本文對(duì)丁二烯裝置換熱器泄漏的原因以及行業(yè)現(xiàn)狀及延緩泄漏的處置措施做詳細(xì)的分析介紹。

1丁二烯裝置換熱器運(yùn)行現(xiàn)狀

經(jīng)過(guò)研究統(tǒng)計(jì)，該裝置共有循環(huán)水冷卻器38臺(tái)，其中33臺(tái)換熱器循環(huán)水走管程，5臺(tái)循環(huán)水走殼程。自2017年9月開(kāi)工以來(lái)目前已發(fā)現(xiàn)內(nèi)漏的循環(huán)水冷卻器16臺(tái)，其中循環(huán)水走殼程的有5臺(tái)，循環(huán)水走管程有11臺(tái)。

以E-3108B為例，自2019年12月份開(kāi)始出現(xiàn)泄漏，2020年3月、2020年9月、2021年3月共進(jìn)行了4次換熱器堵漏檢修，現(xiàn)堵管率達(dá)到14.1%。堵管率在10%左右的換熱器還包括E-3203A堵管率10.4%、E-3201堵管率9.3%等。

丁二烯裝置處于全場(chǎng)循環(huán)水用戶的末端，冷卻器分布在19m平臺(tái)上，冷卻器處進(jìn)水壓力較低僅能達(dá)到0.25MPa。循環(huán)水流量參與塔壓控制，進(jìn)一步造成了循環(huán)水流量受限。裝置運(yùn)行負(fù)荷低，開(kāi)停車次數(shù)較多，累計(jì)開(kāi)車12次。

2 國(guó)內(nèi)同類裝置換熱器運(yùn)行狀況調(diào)查

經(jīng)過(guò)對(duì)多個(gè)企業(yè)同類丁二烯裝置調(diào)研發(fā)現(xiàn)，高濃度丁二烯流經(jīng)的換熱器在2—3年內(nèi)均出現(xiàn)嚴(yán)重泄漏情況。下面列舉一些調(diào)研數(shù)據(jù)以作參考^[4-10]。

1）內(nèi)蒙古某能源有限公司丁二烯裝置自2019年4月開(kāi)車以來(lái)，其丁二烯抽提單元脫重塔塔頂冷凝器，擁有管束3000根，堵漏100余根，泄漏率為3%。

2）天津某公司丁二烯裝置自2010年開(kāi)車以來(lái)，脫重塔、脫輕塔、二萃塔塔頂冷凝器因腐蝕己全部更換，其中脫重塔冷凝器就更換過(guò)9臺(tái)（3臺(tái)并聯(lián)），2014年后經(jīng)加防腐涂層處理，延長(zhǎng)了冷凝器的使用壽命。

3）武漢某公司乙烯丁二烯裝置自2013年底開(kāi)車以來(lái)，脫重塔塔頂冷凝器因腐蝕在2016年更換1臺(tái)，2017年更換1臺(tái)，并對(duì)2臺(tái)更換后的冷凝器材質(zhì)全部升級(jí)為不銹鋼，目前運(yùn)行平穩(wěn)。

4）四川某石化丁二烯裝置脫重塔塔頂冷凝器原設(shè)計(jì)上3臺(tái)換熱器都有隔離閥，2015年投用后運(yùn)行1年半也出現(xiàn)了泄漏，2017年初更換了2臺(tái)。根據(jù)運(yùn)行情況將流程改變?yōu)?開(kāi)1備。

5）南京某公司丁二烯裝置自2019年底開(kāi)車以來(lái)，脫重塔塔頂冷凝器（循環(huán)水走管程）發(fā)生2次聚合脹裂，計(jì)劃改為循環(huán)水走殼程，現(xiàn)帶病運(yùn)行，已列入更換計(jì)劃。

3 丁二烯換熱器腐蝕原因分析

3.1循環(huán)水換熱器腐蝕原因分析

換熱器腐蝕的主要原因?yàn)檠h(huán)水流速低后發(fā)生垢下腐蝕導(dǎo)致管束泄漏。

3.1.1裝置實(shí)際運(yùn)行期間進(jìn)料負(fù)荷低，換熱器設(shè)計(jì)負(fù)荷大

工藝設(shè)計(jì)換熱器換熱余量15%，設(shè)備制造選型時(shí)余量20%，而裝置開(kāi)工以來(lái)，實(shí)際有效運(yùn)行時(shí)間進(jìn)料負(fù)荷率低于85%，造成換熱器設(shè)計(jì)負(fù)荷較大。正常生產(chǎn)時(shí)，由于生產(chǎn)負(fù)荷小，系統(tǒng)熱負(fù)荷小，冷凝器循環(huán)水用量小，導(dǎo)致循環(huán)水閥門閥位開(kāi)度過(guò)小，進(jìn)而導(dǎo)致循環(huán)水通過(guò)冷凝器的流速低，流速不夠易發(fā)生垢下腐蝕。

3.1.2裝置開(kāi)停工次數(shù)多

裝置開(kāi)停工次數(shù)多：2018年開(kāi)停工4次，2019年開(kāi)停工4次，2020年開(kāi)停工3次，計(jì)劃與非計(jì)劃停車共計(jì)12次，頻繁的開(kāi)停工導(dǎo)致?lián)Q熱器運(yùn)行條件頻繁改變，加劇了換熱器的腐蝕。

3.1.3工藝特性

為防丁二烯聚合，SEI設(shè)計(jì)上丁二烯濃度高的冷卻器循環(huán)水走殼程，且通過(guò)控制循環(huán)水流量來(lái)控制塔頂壓力。裝置界區(qū)循環(huán)水供水壓力為0.41～0.45MPa，循環(huán)水進(jìn)三層平臺(tái)（19m）換熱器的水壓只達(dá)到0.25MPa，循環(huán)水走殼程造成流速低，循環(huán)水中黏泥與微生物（如異氧菌等）在換熱管表面缺陷位置吸附沉積，污垢覆蓋造成金屬表面形成電極電位不均勻，形成氧濃差電池，致使覆蓋物下形成孔蝕或點(diǎn)蝕。

3.1.4 循環(huán)水雜質(zhì)多，堵塞部分換熱管

裝置有5臺(tái)冷凝器在2020年8月大檢修打開(kāi)后發(fā)現(xiàn)管程循環(huán)水側(cè)出現(xiàn)不同程度的腐蝕，管板處有大量附著物。循環(huán)水雜質(zhì)多，堵塞部分換熱管，導(dǎo)致部分循環(huán)水管流速進(jìn)一步降低，雜質(zhì)、微生物等在換熱器內(nèi)加速吸附和沉積，加劇腐蝕。

3.2 脫重塔頂冷凝器E-3203A/B腐蝕分析（重點(diǎn)冷凝器舉例）

3.2.1腐蝕機(jī)理分析

在循環(huán)水環(huán)境中，造成碳鋼局部腐蝕的機(jī)理主要有兩種：一種是垢下腐蝕，主要是生成垢（垢包括泥沙、水垢、腐蝕產(chǎn)物垢、微生物黏泥等）后形成氧濃度差池，氧的還原反應(yīng)在污垢縫隙之外的陰極區(qū)發(fā)生，此時(shí)垢下產(chǎn)生過(guò)剩的正電荷，過(guò)剩正電荷吸引帶負(fù)電的氯離子遷移至垢下縫隙中，致垢下氯離子富集。之后金屬氯化物水解，生成不溶性的金屬氫氧化物沉淀和可溶性的鹽酸。鹽酸電離產(chǎn)生氫離子和氯離子，繼續(xù)加劇腐蝕。

另一種是微生物腐蝕，其實(shí)質(zhì)是電化學(xué)腐蝕，主要過(guò)程為：系統(tǒng)內(nèi)自由漂浮的黏液生成菌黏附在低流速的位置上，當(dāng)黏液聚成大塊時(shí)，會(huì)從水中攔截懸浮的固體物質(zhì)，如氧化鐵和能積聚大量富鐵沉積物的自由漂浮的細(xì)菌，黏液生成菌和鐵細(xì)菌消耗掉擴(kuò)散到沉積物中的少量氧氣后，沉積物下面形成缺氧狀態(tài)。硫酸鹽還原菌發(fā)現(xiàn)沉積物下面的有利位置，并在金屬表面的缺氧區(qū)域聚居生活，在無(wú)氧情況下，再加上硫酸鹽還原菌生成的硫化物，破壞了表面的鈍化膜，從而導(dǎo)致了局部腐蝕。

換熱器的腐蝕是由上述垢下腐蝕和微生物腐蝕共同作用下造成的。

3.2.2 E-3203A/B現(xiàn)狀

E-3203A/B每臺(tái)共有管束2810根，其中E-3203A管束堵漏291根，泄漏率10.3%，E-3203B管束堵漏209根，泄漏率7.4%。

E-3203A/B冷凝器堵漏情況見(jiàn)圖1、圖2。

3.2.3E-3203腐蝕分析

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)得進(jìn)E-3203A/B循環(huán)水流量為160m³·h^-1，計(jì)算所得循環(huán)水在殼程內(nèi)流速=/=/（1-/）≈0.23m·s^-1，在GB50050工業(yè)循環(huán)水標(biāo)準(zhǔn)，殼程流速應(yīng)在0.3～0.6 m·s^-1，當(dāng)換熱器水側(cè)流速低于0.3 m·s^-1時(shí)，在折流板的負(fù)壓區(qū)容易產(chǎn)生污垢，降低了傳熱效果，導(dǎo)致垢下腐蝕。E-3203A/B為固定管板式換熱器，循環(huán)水走殼程，工藝介質(zhì)走管程，殼程內(nèi)擋流板為弓字型，循環(huán)水在換熱器殼程經(jīng)過(guò)多次折流后流速進(jìn)一步降低Nt5VT19eJI3PiqO4ZMArNg==，即使達(dá)到設(shè)計(jì)計(jì)算的平均流速達(dá)到0.3m·s^-1，實(shí)際上個(gè)別部位，尤其是靠近管板、折流板的死區(qū)，流速遠(yuǎn)低于此值，在此種不利的條件下，藥劑處理也很難發(fā)揮其應(yīng)有的作用，結(jié)合國(guó)內(nèi)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)殼程橫流速度一般建議大于0.5 m·s^-1，故循環(huán)水流速低是導(dǎo)致?lián)Q熱器腐蝕的重要原因。

3.3其他腐蝕嚴(yán)重?fù)Q熱器原因分析

3.3.1 E-2108泄漏原因

E-2108泄漏原因是因首批氧化脫氫催化劑中含氯離子，經(jīng)分析物料中氯離子質(zhì)量濃度最高達(dá)到了511mg·L^-1，因氯離子腐蝕對(duì)換熱管造成了損傷；另因反應(yīng)產(chǎn)物中有二氧化碳（質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%），該處存在露點(diǎn)腐蝕。

3.3.2 E-2106管殼程溫差較大。

管程入口物料溫度高達(dá)550℃，殼程90℃凝液從殼程管口進(jìn)入后造成管束外壁急速冷卻而發(fā)生冷縮泄漏，泄漏的管束主要集中在凝液進(jìn)入的管口附近，呈三角型排列。

4已采取的措施

1）針對(duì)裝置冷凝器內(nèi)漏情況， 2020年3月19日由烯烴事業(yè)部，公用工程部，鉅邁（泰興）等單位技術(shù)人員就丁二烯裝置冷凝器內(nèi)漏情況進(jìn)行技術(shù)分析，經(jīng)過(guò)充分討論，形成統(tǒng)一的意見(jiàn)： 正常生產(chǎn)期間，制定冷凝器循環(huán)水側(cè)檢查表，定期檢查，監(jiān)控內(nèi)漏狀況； 重點(diǎn)冷卻器循環(huán)水側(cè)加裝壓力表，對(duì)冷卻器出口循環(huán)水壓力進(jìn)行監(jiān)控；對(duì)管束有腐蝕的冷凝器循環(huán)水進(jìn)水擋板處加裝鋅塊。

2）對(duì)于E-2108腐蝕問(wèn)題和SEI進(jìn)行了溝通，認(rèn)為主要還是氯離子腐蝕，建議材質(zhì)升級(jí)為雙相鋼，氯離子為原始開(kāi)工時(shí)催化劑中帶入，第二批氧化脫氫催化劑已加強(qiáng)控制，催化劑中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜0.05%（離子色譜法），催化劑更換后對(duì)物料中的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)已經(jīng)降到了10mg·L^-1以下，目前腐蝕情況減緩，監(jiān)控運(yùn)行。

3）裝置停工期間，控制循環(huán)水閥位不低于30%，并要定期調(diào)整循環(huán)水閥位，增加擾動(dòng)，改變循環(huán)水流動(dòng)狀態(tài)。

4）加強(qiáng)循環(huán)水冷卻器的泄漏管理，特別針對(duì)工藝介質(zhì)壓力高于循環(huán)水壓力的冷卻器，換熱器循環(huán)水側(cè)定期檢查，每周進(jìn)行換熱器進(jìn)出口溫差檢測(cè)。

5 針對(duì)換熱器現(xiàn)狀的一些防泄漏建議

1）對(duì)裝置換熱器循環(huán)水側(cè)在運(yùn)行過(guò)程中定期通入氮?dú)猓黾訑_動(dòng)，以減少垢在管子表面的沉積，減緩微生物腐蝕和垢下腐蝕產(chǎn)生的條件。

2）循環(huán)水換熱器物料側(cè)增加隔斷閥，解決裝置低負(fù)荷工況下循環(huán)水閥位開(kāi)度過(guò)小問(wèn)題，也便于檢修。同時(shí)咨詢某設(shè)計(jì)院，設(shè)計(jì)人員回復(fù)高濃度丁二烯換熱器增加隔離閥只增加密封點(diǎn)，無(wú)安全風(fēng)險(xiǎn)。另外同類裝置此部位的換熱器也加裝了隔離閥且運(yùn)行平穩(wěn)。

3）由于E-3203A堵管超過(guò)10%，建議更換，并做管束防腐，更換后E-3203A/B可以1開(kāi)1備。

4）由于E-3108B堵管超過(guò)10%，建議更換，并做管束防腐，更換后E-3108A/B可以1開(kāi)1備。

5）已在E-3207、E-1306、E-3102、E-2205、E-1302等在循環(huán)水管程入口加裝鋅塊，利用犧牲陽(yáng)極保護(hù)來(lái)延緩腐蝕，其他相同的換熱器也計(jì)劃?rùn)z修時(shí)加裝鋅塊。

6）加強(qiáng)水質(zhì)管理，采取合理的措施降低微生物腐蝕和垢下腐蝕產(chǎn)生的條件，控制好循環(huán)水中異養(yǎng)菌和懸浮物等指標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)值的下限附近，邀請(qǐng)第三方公司對(duì)水質(zhì)進(jìn)行分析檢測(cè)。

6 結(jié)束語(yǔ)

換熱器腐蝕內(nèi)漏機(jī)理復(fù)雜，影響的因素眾多，裝置面對(duì)這種情況，已經(jīng)從負(fù)荷調(diào)整、工藝操作、冷凝器生產(chǎn)及停工期間的日常維護(hù)、循環(huán)水水質(zhì)監(jiān)測(cè)以及設(shè)備防腐蝕策略上進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化調(diào)整，延緩換熱器腐蝕，盡可能減少冷凝器的腐蝕，延長(zhǎng)使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1] 段付崗.煤化工裝置循環(huán)水質(zhì)量的影響因素及改善措施[J]. 煤炭加工與綜合利用，2020（3）：35-38.

[2] 潤(rùn)雪.化工裝置換熱器腐蝕的對(duì)策[J]. 化工設(shè)計(jì)通訊，2020（1）：88-89.

[3]吳維呈.煤化工裝置換熱器泄漏的危害及快速檢測(cè)查漏分析方法[J]. 河南化工，2022（6）：56-57.

[4] 牛剛.加氫裝置高壓換熱器故障分析與維修方法[J]. 石油和化工設(shè)備，2022（6）：73-76.

[5] 王露.一臺(tái)高壓換熱器失效分析[J]. 遼寧化工，2022（3）：367-369.

[6] 韋勇.加氫裂化高壓換熱器的腐蝕泄漏及對(duì)策[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2021（1）：14-17.

[7] 韓麗麗.石油化工行業(yè)加氫裝置換熱器故障診斷措施[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2022（7）：7-9.

[8]李松山，李鵬，張小許.高通量換熱器的研制開(kāi)發(fā)及應(yīng)用[J]. 化工管理，2021（3）：58-59.

[9] 嚴(yán)國(guó)興，李茜，譚麗麗.表面蒸發(fā)式冷凝器在化工裝置中的應(yīng)用分析[J]. 中國(guó)設(shè)備工程，2019（23）：130-132.

[10] 穆中，荊三偉.變換換熱器的腐蝕與防止[J].小氮肥，2008（8）：6-8.

Causes and Countermeasures of Heat Exchanger Corrosion

LIU Yanan，NIE Bingqian

（Jiangsu SierbangPetrochemical Co.，Ltd.，Lianyungang，Jiangsu，222000，China）

Abstract： Heat exchanger is a kind of equipment that transfers part of the heat of hot fluid to cold fluid between two or more fluids with different temperatures， so that the fluid temperature can meet the technological conditions and meet the production needs.At the same time， it is also one of the main equipmentto improve energy efficiency.It plays an important role in petroleum， chemical industry， electric power and many other industrial production. The safe， stable and reliable operation of heat exchanger plays a key role in the safe production and economic benefits of enterprises. Therefore， it is of great significance to understand the corrosion problems of heat exchangers， analyze the causes and take effective measures to improve the corrosion resistance of heat exchangers.Heat exchanger， also called heat exchanger， is a kind of heat transfer between two or more fluids at different temperatures， some of the heat of the hot fluid to the cold fluid so that the fluid temperature to meet the process conditions， to meet production needs， but also to improve the efficient energy use of one of the main equipment. It plays an important role in the production of petroleum， chemical， electric power and many other industries. The safe， stable and reliable operation of the heat exchanger plays a key role in the safe production and economic benefit of the enterprise. Therefore， it is of great significance to understand the corrosion problems of heat exchangers， analyze the causes and take effective measures to improve the corrosion resistance of heat exchangers.In this paper， the corrosion problem of heat exchanger in butadiene plant of a chemical enterprise iswasdiscussed and studied， and the corresponding preventive measures areweregivenfor your reference.

Key words： Heat exchanger1; Corrosion2; Anti-corrosion3; Chemical equipment4