高效復(fù)合空冷器管束腐蝕分析與防護(hù)

中圖分類號(hào)：TE98 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1004-0935（2025）07-01178-03

高效復(fù)合空冷器因具有占地面積小、換熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于煉油裝置中，但復(fù)合空冷器在使用過程中也存在維護(hù)較為復(fù)雜、管束易腐蝕等問題。

1高效復(fù)合空冷器腐蝕概況

1.1 高效復(fù)合空冷器簡介

某石化公司350萬 t?a^-1 柴油加氫裂化裝置由中國石化洛陽工程有限公司設(shè)計(jì)。該裝置采用UOP公司提供的固定床兩段式全循環(huán)柴油加氫裂化技術(shù)。裝置以直餾柴油、催化柴油、漿態(tài)床渣油裂化柴油和石腦油為原料，主要生產(chǎn)重石腦油，副產(chǎn)輕石腦油。該裝置分餾塔頂復(fù)合空冷器共有8臺(tái)，主要作用是冷卻分餾塔頂氣相組分，維持塔頂循環(huán)。復(fù)合空冷器由集水箱、循環(huán)水泵、水冷段管束、空冷段管束、風(fēng)機(jī)、出入口管道等主要部分組成[1]。當(dāng)集水箱達(dá)到一定液位后，啟動(dòng)循環(huán)水泵，通過水冷段管束上方的噴頭，將水均勻地噴灑在水冷段管束上?？绽涠沃饕蔑L(fēng)機(jī)帶動(dòng)的冷風(fēng)冷卻入口管道進(jìn)入空冷器的空冷段管束，空冷段冷卻方式與普通干式空冷器冷卻原理一致[2-5]。進(jìn)入空冷段管束的冷卻空氣來源是從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入水冷段并經(jīng)過收水器脫除明水后的空氣，冷卻空冷段管束后經(jīng)風(fēng)機(jī)排出?？绽涠喂苁砻嬗欣p繞的鋁制翅片，增大了管束換熱面積。高效復(fù)合空冷器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

該空冷器冷卻介質(zhì)為分餾塔頂?shù)氖X油、輕烴等組分，將108 C 介質(zhì)冷卻到64 C 左右后進(jìn)入分餾塔頂回流罐，再通過分餾塔頂回流泵將一部分液相外送，一部分液相回流分餾塔，維持塔的氣液平衡。高效復(fù)合空冷器數(shù)據(jù)表如表1所示。

1.2 高效復(fù)合空冷器腐蝕概況

該裝置的8臺(tái)分餾塔頂空冷器自2021年6月份投用后，在運(yùn)行不到1年時(shí)間里空冷段管束兩側(cè)出現(xiàn)明顯結(jié)鹽情況，并且部分管束翅片腐蝕脫落甚至管束存在局部腐蝕穿孔造成泄漏情況。對(duì)全部8臺(tái)復(fù)合空冷器空冷段蓋板拆檢發(fā)現(xiàn)，空冷段管束結(jié)鹽現(xiàn)象較為普遍，兩側(cè)換熱管腐蝕相對(duì)較為嚴(yán)重，翅片不同程度腐蝕脫落。部分換熱管存在因外腐蝕造成的穿孔泄漏，換熱管表面結(jié)垢并伴有裂紋，裂紋深度因腐蝕程度不同而不同，結(jié)垢物較為松軟，質(zhì)地較脆。腐蝕嚴(yán)重管束主要集中在管束頂層的兩側(cè)空冷運(yùn)行過程中，可發(fā)現(xiàn)水冷段水汽通過收水器縫隙進(jìn)入空冷段，在水汽接觸到空冷段頂部外護(hù)板支撐鋼結(jié)構(gòu)時(shí)遇冷冷凝后沿鋼結(jié)構(gòu)滴落在管束上的現(xiàn)象。因外護(hù)板支撐鋼結(jié)構(gòu)位置恰在空冷段管束兩側(cè)上方，造成空冷段管束兩側(cè)換熱器結(jié)鹽及腐蝕較為嚴(yán)重?？绽涠喂苁g情況圖如圖2所示。

在對(duì)水冷段管束拆檢中發(fā)現(xiàn)，水冷段換熱管也不同程度地存在腐蝕現(xiàn)象。換熱管表面有輕微結(jié)鹽情況，腐蝕位置多為水冷段管束最外側(cè)靠近彎管部位，有明顯的腐蝕凹坑，個(gè)別位置存在腐蝕泄漏現(xiàn)象，但整體情況相較于空冷段腐蝕情況好些。水冷段管束腐蝕情況圖如圖3所示。

2高效復(fù)合空冷器管束腐蝕機(jī)理

2.1 垢下腐蝕

該復(fù)合空冷器在投人運(yùn)行后，空冷段翅片管束出現(xiàn)了明顯結(jié)垢現(xiàn)象，結(jié)垢成分主要是氯離子鹽，在潮濕環(huán)境下，這些物質(zhì)對(duì)管束翅片及換熱管腐蝕作用明顯，從而最終導(dǎo)致?lián)Q熱管局部腐蝕穿孔泄漏。由于煉廠特殊環(huán)境，煉廠大氣中含有大量的工業(yè)廢氣、化學(xué)煙霧、鹽分和灰塵等物質(zhì)，這些雜質(zhì)進(jìn)入設(shè)備被循環(huán)水吸收而形成腐蝕性的溶液水[6-8]。當(dāng)水被蒸發(fā)時(shí)，原來溶解在水中的固態(tài)物質(zhì)則被留下來，這些固態(tài)物質(zhì)對(duì)設(shè)備是有害的，會(huì)附著在翅片管表面并逐漸積累[9。而且該煉廠處于海島環(huán)境，大氣較為潮濕并且含鹽量較高，空氣中的鹽分隨氣流吸人空冷器內(nèi)并累積在管束表面，增加了管束表面結(jié)垢物中的鹽含量，使管束垢下腐蝕速率進(jìn)一步加快。

在水冷段換熱管外側(cè)彎管部位，由于結(jié)構(gòu)原因，從噴頭噴出的水不能直接噴到水冷段換熱管外側(cè)彎管部位，從而導(dǎo)致該處換熱管始終處于潮濕的鹽霧環(huán)境中并且表面結(jié)鹽得不到連續(xù)的水沖洗，最終導(dǎo)致該處換熱管表面點(diǎn)腐蝕，甚至局部出現(xiàn)腐蝕穿孔泄漏現(xiàn)象。

2.2 電化學(xué)腐蝕

由于煉廠特殊環(huán)境，煉廠空氣中存在著一定量的 CO₂ ！ SO₂ 和其他含硫氮化物，這些雜質(zhì)隨著冷卻空氣被循環(huán)冷卻水吸收形成腐蝕性溶液，當(dāng)水被蒸發(fā)時(shí)這些腐蝕性溶液在冷卻水中被不斷濃縮，在水中含量不斷累積。其與溶解在冷凝管束外表面的薄水膜中的 0₂ 一起，在冷凝管束表面形成電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液和鋼中的鐵及少量碳形成很多微小的原電池[10]。

該復(fù)合空冷器冷卻用水采用海淡水，雖然海淡水中 Cl^- 含量不高，但在復(fù)合空冷器運(yùn)行過程中，水分經(jīng)過不斷地循環(huán)蒸發(fā)，導(dǎo)致水箱內(nèi)CI濃度不斷累積升高，水箱內(nèi)冷卻水化驗(yàn)分析中CI質(zhì)量濃度為 56.8mg?L^-1 。所以由于CI的不斷累積增加，氯化物、硫酸鹽等濃度增加，尤其CI具有離子半徑小、穿透力強(qiáng)、能夠被金屬表面吸附的特點(diǎn)，并且CI濃度越高，水溶液導(dǎo)電性就越強(qiáng)，電解質(zhì)電阻就越低，加速陽極腐蝕過程，使氧腐蝕加速，引起點(diǎn)蝕。在氧不充足時(shí)， Cl^- 可以自催化進(jìn)行腐蝕，在表面出現(xiàn)氯離子富集，形成由內(nèi)到外的腐蝕穿孔。 Na⁺ 的含量較高，形成鈉鹽溶液，鈉鹽溶液水蒸氣壓力低于純水的蒸氣壓力，使空氣中的 0₂ 、 SO₂ 等更迅速溶于鹽溶液水膜，并且其水解的離子導(dǎo)電使初始的原電池反應(yīng)更加迅速。水中溶解的氧不斷吸收陽極釋放的電子，使得電化學(xué)腐蝕不斷進(jìn)行[11]。

陽極反應(yīng)如下：

Fe?Fe²⁺+2e

Fe（OH）₂+H₂O?Fe（OH）₃+H⁺+e

2Fe（OH）₃Fe₂O₃+3H₂O

陰極反應(yīng)如下：

O₂+2H₂O+4e?4OH^-

3高效復(fù)合空冷器腐蝕防護(hù)措施

3.1空冷段管束腐蝕防護(hù)措施

為防止空冷段管束進(jìn)一步腐蝕，將8臺(tái)復(fù)合空冷器空冷段蓋板全部拆除，用高壓水槍逐步對(duì)結(jié)鹽管束進(jìn)行清洗，清洗后重新防腐噴漆?？绽涠喂苁逑葱Ч麍D如圖4所示。

由于空冷段管束腐蝕主要在管束兩側(cè)，為防止收水器再次損壞導(dǎo)致大量水汽進(jìn)入空冷段繼續(xù)腐蝕管束，在原空冷段管束兩側(cè)位置蓋板處各開2000mm×300mm 長方形孔，促使空冷段冷卻空氣由外界空氣進(jìn)入，降低水冷段水汽被吸入空冷段空間概率。管束清洗防腐后，對(duì)局部泄漏部位采用金屬膠 + 鋁片 + 碳纖維繩 + 鋼扎帶方法進(jìn)行堵漏，在泄漏部位外側(cè)蓋板開觀察孔以便于日常檢查。泄漏管束堵漏效果圖如圖5所示。

3.2水冷段管束腐蝕防護(hù)措施

拆卸水冷段蓋板后，逐根檢查水冷段換熱管腐蝕狀態(tài)，對(duì)換熱管腐蝕凹坑部位除銹處理，吹掃干凈后，均勻涂抹金屬膠，從而暫時(shí)消除泄漏現(xiàn)象。空冷段換熱管堵漏示意圖如圖6所示。水冷段管束腐蝕部位修補(bǔ)完成后，將水冷段上部的噴頭結(jié)構(gòu)延長，從而保證水冷段管束外端換熱管可以得到冷卻水的連續(xù)沖洗，使換熱管表面鹽分不能累積，最終終止該處腐蝕的進(jìn)一步發(fā)生。

3.3水質(zhì)管理措施

集水箱清理、換水周期由原來的2月1次改為半月1次，同時(shí)根據(jù)集水箱實(shí)際 Cl^- 化驗(yàn)分析結(jié)果采取少量水在線連續(xù)直排方法，改善水質(zhì)情況

4結(jié)論

在海島環(huán)境下，若想從根本上解決復(fù)合空冷器的腐蝕問題，主要要從提升管束材質(zhì)方向著手，確保管束的抗腐蝕能力，在裝置大檢修時(shí)，可以考慮更換管束，如將碳鋼管束更換為雙相鋼材質(zhì)管束等要加強(qiáng)冷卻水質(zhì)的監(jiān)督力度，合理提高水箱清理和換水頻次，必要時(shí)要通過連續(xù)排水方式保證水質(zhì)以及水箱加藥的方式減緩管束腐蝕。

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Corrosion Analysis and Protection of High-Effciency Composite Air Cooler Tube Bundles

YU Yangyang1， ALLA Neuzorava2， CHEN Guodong1，YAO Guangxiong1， ZHENG Guiliang1 （1. Zhejiang Petrochemical Co.，Ltd.， Zhoushan Zhejiang 316200， China; 2. Sukhoi State Technical University of Gomel， Gomel 246019，Belarus）

Abstract：Taking the high-efficiency composite air cooler of a 3.5Mt?a^-1 dieselhydrocracking unit inacertain petrochemical company asanexample，theosonstatusandmechansmoutsidetepipebundleereaalyed，orespondingmeasureswereputforardto reducethe probabilityofcorosioninthecompositeaircoolerand toesure thestableandsafeoperationof thecompositeaircooler. Key words： Eficient composite air cooler; Tube bundle; Diesel hydrocracking; Corrosion protection