油氣加工裝置冷換設(shè)備腐蝕、結(jié)垢與泄漏的探討

李作峰（大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司）

油氣加工裝置冷換設(shè)備腐蝕、結(jié)垢與泄漏的探討

李作峰（大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司）

隨著油氣加工裝置運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，天然氣加工設(shè)備的腐蝕情況越來越嚴(yán)重。在油氣加工裝置中，冷換設(shè)備是其中一種重要的設(shè)備，它的腐蝕、結(jié)垢和泄漏直接影響了油氣加工生產(chǎn)裝置的安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期的運(yùn)行。通過對(duì)油氣加工裝置運(yùn)行情況的分析，重點(diǎn)闡述了冷換設(shè)備的腐蝕、結(jié)垢與泄漏的原因及危害，并提出了一些相關(guān)的防護(hù)措施，確保油氣加工裝置冷換設(shè)備正常運(yùn)行，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

冷換設(shè)備；泄漏；腐蝕；結(jié)垢

天然氣分公司在運(yùn)8座循環(huán)水場(chǎng)，擔(dān)負(fù)著生產(chǎn)裝置循環(huán)水的供給任務(wù)，每年用水量達(dá)760×104t。由于循環(huán)冷卻水水質(zhì)的影響，冷換設(shè)備表面經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕、結(jié)垢和泄漏的現(xiàn)象，使冷換設(shè)備的使用壽命縮短。要保證生產(chǎn)裝置的冷換設(shè)備能夠長(zhǎng)周期運(yùn)行，從水處理及用水方面都應(yīng)予以重視。目前，從檢修期間打開的冷換設(shè)備來看，均有不同程度的腐蝕與結(jié)垢現(xiàn)象，尤其是污垢較多，使換熱效率下降，工藝參數(shù)控制受到影響，無法保證設(shè)備及裝置的正常運(yùn)行，而且用水量上升，增加了生產(chǎn)成本，降低了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 設(shè)備腐蝕、結(jié)垢與泄漏的影響因素

1.1 主要工藝指標(biāo)

主要工藝指標(biāo)控制見表1。

表1 主要工藝指標(biāo)控制

1）循環(huán)水濃縮倍數(shù)。濃縮倍數(shù)是指循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，由于水分的蒸發(fā)，風(fēng)吹損失等情況使循環(huán)水不斷濃縮的倍率（以補(bǔ)充水作基準(zhǔn)進(jìn)行比較）。它是衡量水質(zhì)控制好壞的一個(gè)重要的綜合指標(biāo)。濃縮倍數(shù)的高低不僅體現(xiàn)了水的重復(fù)利用水平，也是影響循環(huán)水水質(zhì)的重要因素。一般濃縮倍數(shù)低，耗水量就大，排污量也就大；濃縮倍數(shù)高雖然可以減少用水量，降低新水補(bǔ)充量和排污水量，但過高會(huì)使循環(huán)冷卻水中的硬度、堿度和濁度升得太高，水的結(jié)垢傾向增大很多，從而使結(jié)垢、腐蝕控制的難度變大，使水處理藥劑在冷卻水系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間增長(zhǎng)而水解。目前我國的循環(huán)水濃縮倍數(shù)[1]一般控制在2.5～5。

大慶油田天然氣紅壓、薩南、北1-1、南壓等水場(chǎng)補(bǔ)水均為新鮮水，補(bǔ)水的堿度、硬度相對(duì)較高，以碳酸鈣計(jì)，堿度基本在400 mg/L，硬度基本在200 mg/L，總?cè)芙夤绦挝锍畨和饣驹?00 mg/L左右，水質(zhì)屬于高堿高硬水。雖然實(shí)施了加藥，但對(duì)系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)沒有明確的控制范圍，這對(duì)有效控制水質(zhì)，減緩系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢趨勢(shì)都極為不利。因此，將循環(huán)水濃縮倍數(shù)根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況控制在一個(gè)科學(xué)合理的范圍之內(nèi)，使系統(tǒng)的腐蝕、結(jié)垢傾向處于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)，對(duì)生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行有著重要意義。此外，在濃縮倍數(shù)控制范圍內(nèi)，盡量提高循環(huán)水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)，可以減少排污水量，節(jié)約水資源。同時(shí)，排污水量的減少，也節(jié)約了藥劑消耗量。

2）pH值。各種水穩(wěn)劑都有其適用的pH值范圍，當(dāng)循環(huán)水的pH值低于這一范圍時(shí)，水的腐蝕性將增加，造成設(shè)備的腐蝕[2]；循環(huán)水的pH值高于這一范圍時(shí)，則水的結(jié)垢傾向增大，容易引起換熱器結(jié)垢，采用的是連續(xù)加酸調(diào)節(jié)pH值。

3）阻垢劑濃度。為降低循環(huán)水的結(jié)垢傾向，需要向水中添加的一種藥劑，即阻垢劑。阻垢劑可分為正磷酸鹽、聚磷酸鹽和酸鹽。其中有機(jī)磷酸鹽類使用較多，它既具有緩蝕作用，又有阻垢作用。磷酸鹽雖不易水解，但會(huì)被活性氯降解為正磷酸鹽。正磷酸鹽雖然具有一定的緩蝕作用，但它易于與水中的鈣離子生成磷酸鈣垢。因此，控制好加藥濃度是十分重要。

4）懸浮物和濁度。循環(huán)水中的懸浮物通常由沙子、塵埃、淤泥、黏土、微生物和腐蝕產(chǎn)物等組成。它們往往是由補(bǔ)充水帶入的，但也可以由空氣或風(fēng)沙帶入，而有些則是在循環(huán)水運(yùn)行過程中生成的。它們往往聚集在循環(huán)水流速較慢或流速突然降低的部位，例如冷卻塔集水池的底部、換熱器的水室和殼程一側(cè)的折流板的下部，形成淤泥，從而影響換熱器的冷卻效果和造成垢下腐蝕。

5）游離余氯濃度。循環(huán)水每日進(jìn)行2次沖擊式加氯，加氯時(shí)間一般為2 h，加氯量控制在50 kg，系統(tǒng)處于正常狀態(tài)時(shí)，余氯很容易就能達(dá)到控制指標(biāo)。當(dāng)余氯出現(xiàn)的時(shí)間較正常時(shí)間多或余氯量始終達(dá)不到規(guī)定的指標(biāo)時(shí)，就要密切注意循環(huán)冷卻水中微生物的動(dòng)向，因?yàn)槲⑸锓敝硣?yán)重時(shí)，會(huì)使循環(huán)冷卻水中耗氯量大大地增加。

6）氯離子濃度。氯離子是腐蝕性離子，它能破壞碳鋼、不銹鋼和鋁等金屬或合金表面的鈍化膜，引起金屬點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕破裂。在加氯控制微生物生長(zhǎng)的同時(shí)，會(huì)使循環(huán)水中的氯離子濃度升高。

7）掛片腐蝕率。在管道處各安裝了一個(gè)掛片架，由于腐蝕掛片是安裝在透明的有機(jī)玻璃里，因此能觀察到掛片外觀。當(dāng)微生物危害或系統(tǒng)腐蝕嚴(yán)重時(shí)，掛片上常有黑色的鐵銹或黏泥。在系統(tǒng)預(yù)處理后掛入一些掛片，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行后，每月取出一組掛片進(jìn)行年腐蝕率的測(cè)定，同時(shí)補(bǔ)充一定數(shù)量的掛片。從系統(tǒng)不同部位取出的掛片測(cè)定出的年腐蝕率，基本上能客觀直接地反映出循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

1.2 設(shè)備清洗周期

隨著生產(chǎn)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)以及不恰當(dāng)?shù)臐饪s倍數(shù)的采用，致使冷換設(shè)備管束結(jié)垢速度加快，在冷換設(shè)備換熱面集結(jié)污垢層，造成傳熱面熱阻增加，設(shè)備管道堵塞以及垢下腐蝕，嚴(yán)重影響了油氣加工設(shè)備的正常運(yùn)行，因此需要及時(shí)對(duì)冷換設(shè)備進(jìn)行定期清洗。每年的檢修期一般采用高壓水射流清洗，但在清洗管束表面雜質(zhì)時(shí)，由于高壓水流大力沖刷，在清除污垢的同時(shí)，也對(duì)管束本體造成損害，其結(jié)果是冷換設(shè)備抗腐蝕和結(jié)垢能力越來越差，最終導(dǎo)致頻繁發(fā)生泄漏，只能堵住多根管束，維持冷換作用。

另外，在清洗過后，金屬表面有裂縫、傷痕等損傷時(shí)，這些損傷部分的金屬相對(duì)于未損傷的部分來說，電極電位較負(fù)，成為微電池的陽極，因此腐蝕常從這里開始。

1.3 循環(huán)冷卻水

循環(huán)冷卻水的腐蝕只要是溶解氧的腐蝕，腐蝕現(xiàn)象為管道厚度均勻減薄，冷卻水中有大量的黏泥，金屬表面容易結(jié)垢，造成垢下腐蝕，管道出現(xiàn)穿孔、蝕坑等。為了有效地防腐，就要定期進(jìn)行化學(xué)清洗。同時(shí)，循環(huán)水系統(tǒng)中存在一定量的氯離子，對(duì)不銹鋼管造成點(diǎn)腐蝕，嚴(yán)重者會(huì)引起不銹鋼管開裂。

2 設(shè)備腐蝕、結(jié)垢與泄漏造成的危害

2.1 設(shè)備腐蝕、泄漏

冷換設(shè)備一旦發(fā)生腐蝕或泄漏，循環(huán)水將受到嚴(yán)重污染，并給其它冷換設(shè)備造成嚴(yán)重的后果，具體如下：

◇與循環(huán)水中泥沙、鐵的氧化物結(jié)合，生成污垢；

◇促進(jìn)厭氧菌的生長(zhǎng)，創(chuàng)造了點(diǎn)蝕的環(huán)境；

◇為循環(huán)水中的微生物提供營養(yǎng)，促進(jìn)菌藻滋生，引起垢下腐蝕和微生物腐蝕；

◇增加水的耗氧量，影響加氯的效果；

◇給循環(huán)水場(chǎng)造成嚴(yán)重沖擊，加重了污水處理負(fù)擔(dān)。

2.2 冷換設(shè)備結(jié)垢

冷換設(shè)備如果輕微結(jié)垢，會(huì)降低冷換設(shè)備的傳熱效果，增加動(dòng)力消耗，加工成本上升；如果嚴(yán)重結(jié)垢，會(huì)部分或全部堵塞管束，使循環(huán)水流量降低甚至堵塞，輕者通過不停工清洗可以解決堵塞問題，重者必須停工檢修，進(jìn)行高壓清洗，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。

3 預(yù)防及處理措施

由于腐蝕是各種綜合因素造成的結(jié)果，因此，必須全面監(jiān)控循環(huán)水運(yùn)行的各項(xiàng)指標(biāo)，才能有效地抑制冷換設(shè)備的腐蝕。同時(shí)針對(duì)循環(huán)水廠循環(huán)水運(yùn)行的實(shí)際情況進(jìn)行預(yù)防和處理。

3.1 濃縮倍數(shù)最佳檢測(cè)方案的確定

循環(huán)水場(chǎng)濃縮倍數(shù)的檢測(cè)方法有很多種，由于各廠補(bǔ)充水質(zhì)及循環(huán)水運(yùn)行的差異，不同方法測(cè)出的結(jié)果都不同，所以對(duì)不同的循環(huán)水濃縮倍數(shù)的檢測(cè)方法進(jìn)行比較是很有必要的[3]。

通過對(duì)各水場(chǎng)補(bǔ)水全分析、不同濃縮倍數(shù)下的循環(huán)水全分析、不同方法測(cè)定的濃縮倍數(shù)分析、不同濃縮倍數(shù)下的腐蝕速率監(jiān)測(cè)分析，確定各水場(chǎng)的濃縮倍數(shù)以鉀離子測(cè)定最為穩(wěn)定，數(shù)據(jù)波動(dòng)不大，但測(cè)定鉀離子需要專用儀器，如火焰光度計(jì)或離子色譜等貴重儀器，投資較大，不宜實(shí)施；采用溶固測(cè)定操作比較繁瑣，加大了崗位工人的工作量，實(shí)施難度較大；采用氯離子測(cè)定，方法有比色法和儀器法，比色法由于個(gè)人對(duì)顏色的判斷不同，測(cè)量的結(jié)果也不一樣，采用儀器測(cè)量也需要投資。同時(shí)采用軟化水做補(bǔ)水的水場(chǎng)，由于用氯化鈉做再生劑，會(huì)人為引入氯離子，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果不準(zhǔn)確，如中七、喇壓、北壓等水場(chǎng)，因此該方法也不可??；采用鈉離子測(cè)定相對(duì)較為穩(wěn)定，但也需要設(shè)備投資。目前各水場(chǎng)已經(jīng)配備了電導(dǎo)率儀，該儀器操作簡(jiǎn)單，不再需要儀器投資，可以立即實(shí)施，盡管該方法有一定的偏差，但也基本滿足生產(chǎn)要求，如果在生產(chǎn)中需要確切數(shù)據(jù)，可以采用鉀離子方法進(jìn)一步測(cè)定，以確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。因此，各水場(chǎng)的濃縮倍數(shù)可采用電導(dǎo)率儀測(cè)定即可。

通過改變有機(jī)磷、pH值等，測(cè)定阻垢率和腐蝕率，從而確定濃縮倍數(shù)的最佳控制范圍[4]。

3.2 調(diào)整水處理方案

完善監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，及時(shí)分析指標(biāo)變化，統(tǒng)一規(guī)定各水場(chǎng)的水質(zhì)分析項(xiàng)目及分析頻次，技術(shù)人員要根據(jù)水質(zhì)指標(biāo)的變化，分析變化的原因，并采取有效的技術(shù)措施，保證水質(zhì)處理方案的科學(xué)性，確保檢測(cè)指標(biāo)在控制范圍之內(nèi)，藥劑配方兼顧防垢和緩蝕，并合理控制水場(chǎng)的濃縮倍數(shù)，達(dá)到節(jié)能減排的效果。

3.3 充分利用水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

冷換設(shè)備的內(nèi)部情況只有等到每年檢修打開時(shí)才能知道，為了避免這種滯后，及時(shí)調(diào)整水處理藥劑配方，設(shè)監(jiān)測(cè)換熱器及監(jiān)測(cè)掛片或腐蝕、污垢監(jiān)測(cè)儀，及時(shí)了解化學(xué)處理的效果，掌握冷卻水系統(tǒng)腐蝕、沉積與微生物情況，為了保證循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，了解每種藥劑配方的效果，指導(dǎo)冷卻系統(tǒng)的日常運(yùn)行是非常必要的[5]。在循環(huán)水裝置上可以安裝循環(huán)冷卻水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)其pH值及電導(dǎo)率，并根據(jù)其輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加酸、自動(dòng)排污、自動(dòng)補(bǔ)水及連續(xù)加藥。從本質(zhì)上提高循環(huán)冷卻水工藝指標(biāo)控制合格率，降低新鮮水及水質(zhì)穩(wěn)定藥劑的消耗。

3.4 加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理

作為公用工程系統(tǒng)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，必須有一個(gè)良好的管理氛圍，才能達(dá)到供水和用水雙方要求，任何一方忽視管理，都會(huì)使整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)陷入僵局，最終受損的將是大量的冷換設(shè)備。在被冷卻介質(zhì)泄漏不斷的循環(huán)水系統(tǒng)，任何一種優(yōu)秀的藥劑配方都不能充分發(fā)揮其緩蝕與阻垢的功能，若想使冷換設(shè)備少發(fā)生或不發(fā)生泄漏、腐蝕與結(jié)垢的現(xiàn)象，優(yōu)選藥劑只是該工作的一小部分，更多的是需要作好水質(zhì)管理工作[6]。

1）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)主要的冷換設(shè)備都應(yīng)建立溫度、端差等監(jiān)測(cè)記錄，并應(yīng)從換熱器新投用時(shí)就開始記錄冷卻水的進(jìn)出口溫度、工藝介質(zhì)的進(jìn)出口溫度；建立并完善化學(xué)處理的技術(shù)檔案。在易漏換熱器出口可以就地安裝排污閥；當(dāng)出現(xiàn)泄漏不能及時(shí)切換時(shí)，可就地排放，減輕水系統(tǒng)污染。

2）控制溫度。裝置的回水溫度不能高于40℃，回水溫度過高，藥劑就會(huì)逐漸分解，最終導(dǎo)致藥劑的緩蝕與阻垢功能下降，使冷換設(shè)備發(fā)生結(jié)垢[7]。

3）調(diào)節(jié)冷卻水流速。水流速高，腐蝕加速，如果流速過緩，雜質(zhì)容易沉積，尤其是水走殼程的冷換設(shè)備。一般來說，水流速度在0.6～1 m/s時(shí)，腐蝕速度最小[8]。循環(huán)水的流速選擇不能只從腐蝕角度出發(fā)，還要考慮到傳熱要求[9]。另外，有些裝置為了節(jié)能降耗，關(guān)小循環(huán)水閥門，最終造成冷換設(shè)備堵塞。

4）及時(shí)處理泄漏。有時(shí)為了確保裝置的加工量，已經(jīng)泄漏的冷換設(shè)備帶病堅(jiān)持運(yùn)轉(zhuǎn)，任循環(huán)水受到污染，不但冷換設(shè)備的操作受到影響，其它在用的冷卻器也同樣受到牽連。如果連續(xù)、反復(fù)泄漏，不可避免地造成其它冷換設(shè)備發(fā)生泄漏、腐蝕或者結(jié)垢。因此，及時(shí)處理泄漏的冷卻器非常重要，避免事態(tài)擴(kuò)大，形成惡性循環(huán)，盡早給循環(huán)水場(chǎng)提供補(bǔ)救處理的環(huán)境和條件，

5）完善管理制度。供水和用水是全員問題，無論何時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏跡象，都要及時(shí)查切冷換設(shè)備，不能消極等待，必須制定出合理有效的管理制度。

4 結(jié)束語

冷換設(shè)備是循環(huán)水系統(tǒng)的重要組成部分，它的腐蝕、結(jié)垢與泄漏直接導(dǎo)致循環(huán)水的水質(zhì)嚴(yán)重惡化，進(jìn)而威脅企業(yè)的安全生產(chǎn)。因此為了減少意外停機(jī)，穩(wěn)定生產(chǎn)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，節(jié)約用水，減少環(huán)境污染，提高經(jīng)濟(jì)效益，我們必須要高度重視循環(huán)冷卻水的水質(zhì)處理，科學(xué)管理，完善檢測(cè)項(xiàng)目，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，合理調(diào)整藥劑配方，減少冷卻水對(duì)換熱設(shè)備的腐蝕。

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10.3969/j.issn.2095-1493.2017.01.011

2016-09-06

（編輯 鞏亞清）

李作峰：高級(jí)工程師，2003年畢業(yè)于北京理工大學(xué)（材料學(xué)專業(yè)），從事檢定檢測(cè)技術(shù)及管理工作，E-mail：dalizf@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司檢測(cè)中心讓胡路區(qū)玉門街131號(hào)，163311。