循環(huán)水對(duì)水冷器腐蝕泄漏的分析及對(duì)策

文/呂鐵軍

引言

采用循環(huán)水做冷卻介質(zhì)的水冷器，管束循環(huán)水側(cè)經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕泄漏的情況，本文研究分析循環(huán)水對(duì)水冷器的腐蝕泄漏原因，并分析減緩循環(huán)水對(duì)水冷器腐蝕的對(duì)策。

煉油部250萬噸/年常減壓裝置是以中東含硫原油為依據(jù)而設(shè)計(jì)的燃料型蒸餾裝置。該裝置共有水冷器6臺(tái)，大部分材質(zhì)為碳鋼，所用冷卻水為循環(huán)水，2013年以來，多臺(tái)水冷器發(fā)生管束泄漏問題，個(gè)別水冷器出現(xiàn)泄漏2次的情況，已經(jīng)影響了設(shè)備的安全運(yùn)行及生產(chǎn)成本增加。這些泄漏主要集中在管程循環(huán)水側(cè)，腐蝕產(chǎn)物及銹垢較多，有的管板表面有較多的微生物粘泥，有的在管口處發(fā)現(xiàn)微裂紋，泄漏情況見表1。

水冷器泄漏情況

常一線水冷器E-125

E-125（BES700-2.5-120-6/25-4II）為常一線水冷器，該水冷器為1995年投用，管束沒有做防腐，管束材質(zhì)為10號(hào)鋼，管程介質(zhì)為循環(huán)水，殼程介質(zhì)為常一線航煤。2013年共計(jì)發(fā)生管束泄漏兩次，分別在1月25日和7月17日，兩次分別堵管4根和8根。

常二線水冷器E-126

E-126（BES500-1.6-55-6/25-4II）為常二線水冷器，該水冷器為1995年投用，管束沒有做防腐，管束材質(zhì)為10號(hào)鋼，管程介質(zhì)為循環(huán)水，殼程介質(zhì)為常二線輕柴油。2013年共計(jì)發(fā)生管束泄漏兩次，分別在6月24日和8月26日，兩次分別堵管5根和6根。檢修拆開管箱和小浮頭后，發(fā)現(xiàn)循環(huán)水入口側(cè)有雜物，并且換熱管內(nèi)存在結(jié)垢現(xiàn)象、管板表面存在有大量的微生物粘泥，管箱隔板存在大量結(jié)垢現(xiàn)象。

減頂回流水冷器E-122

E-122（BES900-1.6-210-6/25-4II）為減頂回流水冷器，該水冷器也是1995年投用，介質(zhì)為減頂油。2013年共計(jì)發(fā)生管束泄漏兩次，分別在2月20日和8月28日，兩次分別堵管3根。

循環(huán)水產(chǎn)生腐蝕的原理

循環(huán)水在整個(gè)冷卻系統(tǒng)中的工作原理：循環(huán)冷水作為冷卻介質(zhì)在流經(jīng)各個(gè)生產(chǎn)裝置的換熱設(shè)備時(shí)對(duì)工藝介質(zhì)進(jìn)行冷卻，這個(gè)過程它吸收大量熱量，從而變成循環(huán)熱水。

熱水通過循環(huán)水管路回到循環(huán)水裝置的冷卻塔中，熱水通過熱水分配器均勻散布到塔內(nèi)，經(jīng)過塔內(nèi)填料，形成小水滴或是薄薄的水膜，這時(shí)，冷空氣與其接觸使其熱量散發(fā)掉，再加上其自身的蒸發(fā)散熱，熱水冷卻成冷水，再次進(jìn)入到整個(gè)系統(tǒng)中循環(huán)，這個(gè)過程是持續(xù)不斷地進(jìn)行的。但由于濃縮倍數(shù)不斷的提高，成垢鹽類不斷增加，腐蝕性離子同時(shí)也提高，結(jié)垢和腐蝕問題也就由此產(chǎn)生了，對(duì)水冷器的影響尤其嚴(yán)重。

溶解在循環(huán)水中的鹽類或微生物，是造成腐蝕的主因?？稍斐傻膿p傷如均勻腐蝕及垢下腐蝕，還有點(diǎn)蝕等。

分析循環(huán)水中存在的腐蝕類型

電偶腐蝕：異種金屬接觸產(chǎn)生

在電解質(zhì)溶液中，如果存在兩種電極電位不同的金屬，或是存在兩種合金，它們相互接觸，可發(fā)生這樣一種情況：電位較低的金屬出現(xiàn)腐蝕加速現(xiàn)象，電位較高的金屬出現(xiàn)腐蝕減慢的現(xiàn)象，這樣電位高的金屬就得到了保護(hù)。這種在特定的條件下，比如電解質(zhì)溶液，比如大氣環(huán)境中，而出現(xiàn)的電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，也就是因?yàn)楹碗姌O電位較高的金屬相接觸，引起了腐蝕速度加快的情況，稱為電偶腐蝕性，也可稱為雙金屬腐蝕，或叫接觸腐蝕。這種腐蝕情況發(fā)生在局部，在接觸的金屬相連接的部位腐蝕速度最快。

表1 水冷器管束泄漏情況

在冷卻水系統(tǒng)中，電偶腐蝕的例子很多，如某臺(tái)換熱器管束的材質(zhì)是不銹鋼的，而管板的材質(zhì)是碳鋼的，不銹鋼與碳鋼之間電位差存在差異，不銹鋼受到腐蝕的情況很微小，而碳鋼受到的腐蝕十分嚴(yán)重。

氯離子導(dǎo)致的腐蝕

氯離子也會(huì)引起腐蝕，這種腐蝕一般出現(xiàn)在縫隙中。金屬在縫隙中因腐蝕溶解，生成亞鐵離子Fe2+，過量的正電荷聚集在腐蝕點(diǎn)周圍的溶液中，大量的氯離子被吸引到此處，這樣此處就產(chǎn)生高濃度的FeCl2，然后FeCl2會(huì)水解成可溶性的鹽酸和不溶性的氫氧化鐵，反應(yīng)式如下：

鹽酸的腐蝕性很強(qiáng)，能溶解多種金屬及合金。如果水冷器使用的是不銹鋼材料，那么更要避免氯離子的進(jìn)入，因其對(duì)不銹鋼的危害性相當(dāng)大。

溶解氧導(dǎo)致的腐蝕

在冷卻水系統(tǒng)中，常采用不是封閉的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。因?yàn)檠醯碾姌O電位高于金屬的電極電位，水中溶解氧對(duì)金屬的腐蝕也是電化學(xué)腐蝕，在這其中金屬是陽極受到腐蝕，氧是陰極，進(jìn)行的是還原反應(yīng)，反應(yīng)式如下面所列：

陽極（金屬）反應(yīng)過程：M→M2++2e

陰極（氧）反應(yīng)過程：1/2O2+H2O→2OH-

在水冷器檢修的過程中，我們常常會(huì)發(fā)現(xiàn)在碳鋼面上，有磚紅色或黃褐色鼓包，當(dāng)鼓包被敲掉后，會(huì)有黑色的粉末狀物品漏出，這些實(shí)際上都是腐蝕的產(chǎn)物。把它們清理干凈后，會(huì)出現(xiàn)一些小凹坑，這些小凹坑都是由于腐蝕引起的。整個(gè)過程是：鐵在受到腐蝕之后便生成了亞鐵離子，亞鐵離子在水中與氧再反應(yīng)生成Fe（OH）3，其特征為黃褐色、結(jié)構(gòu)疏松的產(chǎn)物層：隨著反應(yīng)的進(jìn)行，這個(gè)產(chǎn)物層變厚，逐步形成鼓包現(xiàn)象，而鼓包下面則由于腐蝕的進(jìn)行越來越深，最終形成小凹坑的現(xiàn)象。

黑色粉末層也是腐蝕產(chǎn)物，即Fe3O4，反應(yīng)式如下：這種腐蝕，沉積物將腐蝕產(chǎn)物遮蓋，水流過之后也顯得很清澈，產(chǎn)生金屬并未受到腐蝕的假象。此時(shí)若進(jìn)行水處理措施，已經(jīng)來不及，這是由于腐蝕使得金屬本體已薄如紙翼，施加很小的力，比如一沖洗就會(huì)造成管壁泄漏的情況。

其它腐蝕因素

冷卻水中存在的細(xì)菌如粘液細(xì)菌能夠吸附粘泥堵塞換熱器管束。安裝時(shí)帶入的焊渣非常容易沉積在滯流區(qū)，形成垢下腐蝕。循環(huán)水中的砂粒會(huì)隨水流的流動(dòng)而沖撞管壁，磨損硬度較低的金屬。

腐蝕對(duì)策

冷卻水腐蝕可以通過冷卻水系統(tǒng)的正確設(shè)計(jì)、操作和化學(xué)處理來防護(hù)，需要控制的因素包括水質(zhì)、溫度、氧含量和流速，可以從水質(zhì)控制、設(shè)備選材、腐蝕監(jiān)檢測(cè)幾方面開展工作。

水質(zhì)處理

（1）注入緩蝕劑。

注入緩蝕劑是抑制腐蝕行之有效的方法。選擇合適的緩蝕劑，就可以把腐蝕速率控制在可以接受的范圍內(nèi)，有時(shí)候還與阻垢劑結(jié)合使用，能夠同時(shí)達(dá)到緩蝕和阻垢的目的。常用的緩蝕劑有鉻酸鹽、亞硝酸鹽、鉬酸鹽、水玻璃等。

（2）提高循環(huán)水的pH值。

在酸性溶液中，鐵、銅等金屬氧化物，非常容易溶解，而在堿性溶液中，溶解則較緩慢，因此提高pH值對(duì)于抑制此類金屬的溶解十分有利。同時(shí)隨著OH-濃度提高，可控制住陰極溶解氧，抑制反應(yīng)發(fā)生，使得金屬腐蝕速率極大降低。

（3）微生物控制。

控制微生物就是要加入抑制其生長的殺生劑，并且除去水中的油和懸浮物這些微生物的營養(yǎng)物。另外，減少陽光直接地照射在冷卻水上，可以降低藻類繁殖的速度。實(shí)踐證明，同時(shí)使用以上方法效果會(huì)更好，費(fèi)用也比較低。

加強(qiáng)水冷器的防腐措施

水冷器的選材要根據(jù)管程和殼程的操作條件、操作溫度綜合考慮。一般水冷器常用材質(zhì)有碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼、鈦、雙相鋼等。由于循環(huán)水濃縮導(dǎo)致系統(tǒng)氯離子高，因此選擇不銹鋼時(shí)要注意。對(duì)于微生物腐蝕，可以優(yōu)先選擇鈦和不銹鋼，其次是銅和鋁。

煉油廠水冷器經(jīng)常采用的防腐處理方式是：碳鋼+表面處理。表面處理方法有涂料、鎳磷鍍等。其中涂料防腐應(yīng)用比較成功。采用表面處理技術(shù)要注意施工質(zhì)量管理，同時(shí)要防止針孔等現(xiàn)象的發(fā)生。

控制循環(huán)水流速不能過高或過低

為避免循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)垢和沉積，其流速不能太低。但也不能太高，是為了避免發(fā)生沖蝕的可能。運(yùn)行時(shí)一定要控制最低流速和最高流速，實(shí)際操作中以流速不低于1m/s為宜，否則易結(jié)垢，加快腐蝕。流速的范圍應(yīng)該視材質(zhì)和水質(zhì)而定。

腐蝕檢查和監(jiān)測(cè)

氧含量、濃縮倍數(shù)、pH值、殺菌劑殘余濃度以及循環(huán)水出口溫度是循環(huán)水系統(tǒng)中影響腐蝕及結(jié)垢的關(guān)鍵參數(shù)，應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。為及時(shí)了解循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行情況及腐蝕結(jié)垢情況，按照中國石化要求，要對(duì)水質(zhì)進(jìn)行常規(guī)分析檢測(cè)，同時(shí)要在每個(gè)循環(huán)水場(chǎng)均設(shè)有監(jiān)測(cè)模擬換熱器及掛片器，以檢測(cè)換熱設(shè)備的腐蝕結(jié)垢狀況，根據(jù)監(jiān)測(cè)來確定水處理的效果，并據(jù)此進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。電化學(xué)腐蝕在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目前在國內(nèi)外應(yīng)用比較廣泛，采用線性極化測(cè)試可以測(cè)量金屬在循環(huán)水中的瞬時(shí)腐蝕性速度。

結(jié)語

常減壓裝置的水冷器出現(xiàn)頻繁泄漏情況，與循環(huán)水中存在的不良因素有很大關(guān)系。通過對(duì)循環(huán)水腐蝕機(jī)理的探討能夠?yàn)轭A(yù)防其腐蝕提供相應(yīng)的對(duì)策。

為防止或減緩水冷器腐蝕泄漏發(fā)生，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)循環(huán)水水質(zhì)的監(jiān)管，保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運(yùn)行。