酸性水汽提換熱器管束腐蝕失效分析及預防措施

楊敬偉

摘 要：加氫酸性水是一種多元水溶液，含有硫化氫、氨氮、酚類等物質，在酸性水汽提換熱器管束運行期間極易出現(xiàn)腐蝕失效問題。因此，本文以加氫酸性水汽提塔底換熱器管束為研究對象，分析了酸性水汽提換熱器管束腐蝕失效原因，并對酸性水汽提換熱器管束腐蝕預防措施進行了簡單探究。

關鍵詞：酸性水;換熱器管束;腐蝕失效

加氫酸性水汽提塔底換熱器管束規(guī)格型號為BKU600/1000-2.5-70-3/19-2I，材質為Q245R，介質為蒸汽，操作溫度為250.0℃。殼程規(guī)格型號為B=580mm，介質為凈化水，材質為Q245R，操作溫度為171.0℃。酸性水汽提塔底換熱器管束運行一個周期后芯子實效，導致整個酸性水汽提裝置運行不穩(wěn)定風險大大增加。本文對該酸性水汽提塔底換熱器管束腐蝕失效原因進行了簡單分析，具體如下：

一、酸性水汽提換熱器管束腐蝕失效原因

（一）檢查方法

本次調查主要采用宏觀檢查、測厚檢查、EDX及XRD腐蝕產(chǎn)物元素分析的方式，對該酸性水汽提塔底換熱器管束腐蝕部分進行分析。

（二）檢查結果

通過對檢查結果進行分析，可得出該酸性水汽塔底提換熱器管束內(nèi)部腐蝕產(chǎn)物元素主要為鐵、硫，腐蝕產(chǎn)物為四氧化三鐵、八硫化七鐵。通過對腐蝕產(chǎn)物進行分析，可得出該酸性水汽提塔底換熱器管束腐蝕失效主要是由于硫化氫氣體溶于水后具有較強腐蝕性。再加上在換熱器殼程中高速流體介質的存在，會溶解高硬度區(qū)域及相關區(qū)域硫化鐵保護膜，加速腐蝕反應進行[1]。

二、酸性水汽提換熱器管束腐蝕預防措施

（一）升級管束材質

通過換熱器管束材質升級，可以有效降低低溫濕硫化氫對酸性水汽提換熱器管束造成的腐蝕，因此，可以利用09Cr2AlMoRe材質代替以往酸性水汽提換熱器管束Q245R材質。09Cr2AlMoRe材質是專門針對低溫濕硫化氫腐蝕而生產(chǎn)的鋼材，通過鋁元素、鉻元素、鉬元素、錸元素添加，可以有效提高管束抗腐蝕能力。而09Cr2AlMoRe材質中含量較低的硫元素、磷元素比例，也可以有效提高鋼材質量?；诖耍趽Q熱器管束材質升級過程中，可以根據(jù)09Cr2AlMoRe材質特點，進行新型混合酸性水汽提換熱器管束的設計。

一方面，基于折流桿換熱器流體阻力小、結垢難度大、防振動性能佳的優(yōu)勢，可以利用縱向流體代替以往殼程橫向流體?；诖?，為進一步優(yōu)化氣體——氣體、液體——氣體、氣體——液體工況下管束結垢，可以將殼程管程設定為三維針翅管——光管混合管束。將殼體直徑進行適當減小。在減小傳熱面積的基礎上，提高管程傳熱膜系數(shù)及殼程傳熱膜系數(shù)，促使傳熱倍率提升，有效解決換熱器管束質量及09Cr2AlMoRe材料。

另一方面，在管束類型確定后，可以強化傳熱為目標，對09Cr2AlMoRe材料進行機械加工，獲得橫紋管、變截面管、波紋管等不同結構形式的傳熱管。根據(jù)換熱器管束縱向流混合運行要求，進行恰當配比。

（二）增設防腐涂層

針對高速流體介質對酸性水汽提換熱器管束造成的危害，可以隔絕換熱器管束、高速流體介質為目標，選擇SHY-99防腐涂層或者其他防腐涂層，保護酸性水汽提換熱器管束表面[2]。其中SHY-99防腐涂層由防腐蝕高分子合成樹脂、改性耐熱調料及耐腐蝕性添加劑組成，具有優(yōu)異的耐酸、耐水溶液腐蝕特性，可以有效解決酸性水汽提換熱器管束在低溫濕硫化氫、氯離子腐蝕方面的問題，一般可以保證酸性水汽提換熱器管束在腐蝕環(huán)境下長時間運行。同時SHY-99防腐涂層具有獨特的耐高溫性能及突出的阻垢性能，其可以保證酸性水汽提塔底換熱器管束腐蝕在置換掃線后安全通過250.0℃高溫蒸汽吹掃，在保證換熱器管束運行狀態(tài)的情況下，降低非計劃停工導致的經(jīng)濟損失。

在SHY-99防腐涂層應用過程中，首先，可以控制環(huán)境在5.0℃～50.0℃之間，環(huán)境相對濕度小于85.0%，且無目視可見灰塵顆粒。同時依據(jù)《涂裝前鐵件酸洗標準》JB/T6978-93的相關要求，利用噴砂除銹手段，配合表面灰砂吹凈作業(yè)，將換熱器管束表面清理干凈（達到Sta21/2級），保證表面無油污且被水膜完整、濕潤覆蓋。

其次，利用專用溶劑，將SHY-99防腐涂料稀釋至規(guī)定濃度后，選擇淋涂方法，在每一道漆膜表面干燥后，依據(jù)工藝標準，進行高溫固化處理。需要注意的是，在高溫固化處理階段，應保持溫度均勻，避免驟熱驟冷導致的表面裂縫情況。

最后，對于酸性水汽提換熱器管束而言，需要涂抹四道或者以上，總漆膜厚度應在120.0μm以上。且涂裝完畢后，換熱器管束表面平整、光澤度良好，無涂料流掛、涂料低墜或者涂料漏涂情況。

（三）注重焊縫及熱影響區(qū)維護

在濕硫化氫環(huán)境內(nèi)，焊縫及熱影響區(qū)硬度較大，氫原子極易滲透至鋼結構內(nèi)部，進而溶解在晶格內(nèi)。在外加應力、或者殘余應力的影響下，會導致高硬度區(qū)出現(xiàn)脆度上升情況?；诖耍谌粘９芾磉^程中，應加強對焊縫、熱影響區(qū)域重視，在利用35CrMoA合金材質代替35#材料的基礎上，對焊縫及熱影響區(qū)進行熱處理，適當降低其硬度，以避免高硬度區(qū)域開裂問題導致的腐蝕失效情況。同時基于酸性水汽提換熱器管束運行特點，利用永感TM連續(xù)式壁厚測量傳感器，以無線方式，直接與中央網(wǎng)關通信，對換熱器管束高硬度區(qū)域進行全方位、實時監(jiān)測，保證換熱器管束腐蝕問題的及時發(fā)現(xiàn)、處理。

在上述措施實施的基礎上，應選擇低壓蒸汽（0.40MPa壓力），降低傳熱，控制酸性水中水流速及氧元素含量，避免局部紊流對高硬度區(qū)域沖擊。必要情況下，可以選擇表面滲鋁換熱器管束等耐沖擊腐蝕、耐硫化氫腐蝕能力較強的管束，保證焊縫及熱影響區(qū)域腐蝕問題的有效防控。

三、總結

綜上所述，殼程內(nèi)高速流體介質、酸性水汽中硫化氫均是導致酸性水汽提換熱器管束腐蝕失效的因素。因此，避免酸性水汽提換熱器管束腐蝕失效，應定期維護接觸高溫酸性水的酸性水汽提換熱器管束高硬度區(qū)域，將酸性水汽提換熱器管束內(nèi)部四氧化三鐵銹蝕物完全清除，結合換熱器材質升級、結構改造，可以有效降低酸性水汽提換熱器管束腐蝕風險。

參考文獻：

[1]馬紅杰.0Cr18Ni10Ti不銹鋼換熱器管束腐蝕開裂分析[J].石油化工設備技術，2019，40（5）：54.

[2]李璐，劉文彬，楊劍鋒，等.酸性水汽提裝置的腐蝕與防護分析[J].全面腐蝕控制，2016，30（10）：68-74.