分餾塔頂板式空冷器板管泄漏失效分析

張金偉 李志然 張國鋒 王琳皓

（1. 機械工業(yè)上海藍(lán)亞石化設(shè)備檢測所有限公司，上海 201518；2. 中國石油大連石化公司，遼寧 大連 116011）

0 引言

某石化公司120萬噸/年加氫裂化及制氫聯(lián)合裝置分餾塔頂板式空冷器（A-3403/1～6）投入使用后僅一個月就發(fā)現(xiàn)了泄漏。這6臺空冷器并聯(lián)使用，每臺設(shè)備包括2組板束，板束Ⅰ板內(nèi)介質(zhì)為油氣，板外介質(zhì)為水、空氣，板束Ⅱ板內(nèi)介質(zhì)為油氣，板外介質(zhì)為空氣，油氣介質(zhì)依次經(jīng)過板束Ⅱ、板束Ⅰ冷卻后流出設(shè)備。其中A-3403/3、A-3403/5板束Ⅰ泄漏，其余板束未發(fā)現(xiàn)泄露。

泄漏板片材質(zhì)為S30403，規(guī)格為300×4200× 0.6mm，波紋形式為LT2。

1 檢驗分析

1.1 外觀檢查

送檢的板式空冷器板管[1]外側(cè)腐蝕產(chǎn)物沉積物較多，呈灰白色和鐵褐色，局部失去光澤，外側(cè)宏觀形貌如圖1所示，外側(cè)表面多個部位和區(qū)域存在腐蝕特征：

圖1 板管外側(cè)表面腐蝕產(chǎn)物

（1）在板片流道及凸起部位存在全面腐蝕[2]、腐蝕坑和穿孔，凹槽內(nèi)有腐蝕產(chǎn)物堆積，易清理，清理后發(fā)現(xiàn)垢下有腐蝕坑，凹槽宏觀形貌如圖2所示；

圖2 凹槽腐蝕穿孔

（2）長直邊焊縫及其附近，存在腐蝕痕跡和腐蝕坑，長直邊宏觀形貌如圖3所示；

圖3 長直邊銹蝕及腐蝕坑

（3）板管內(nèi)側(cè)表面有金屬光澤，無腐蝕產(chǎn)物，無明顯的腐蝕，變形凹槽底部存在腐蝕坑[3]，對應(yīng)于水側(cè)凸起部位。

1.2 化學(xué)成分分析

在板片上取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，化學(xué)成分分析結(jié)果如表1所示。

表1 化學(xué)成分分析結(jié)果

分析結(jié)果表明板片材質(zhì)[4]符合GB 3280-2015中022Cr19Ni10材料標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.3 金相組織

在板管焊縫[5]、板管直邊、板片形變部位母材和點蝕部位分別取樣進(jìn)行金相檢驗，板管焊縫及熱影響區(qū)未發(fā)現(xiàn)裂紋和其他焊接缺陷[6]，板管直邊和形變部位奧氏體+少量形變馬氏體，形變部位金相組織如圖4所示。板管外側(cè)表面存在腐蝕坑，板管內(nèi)側(cè)未發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕，外側(cè)表面微觀形貌如圖5所示。

圖4 形變部位金相組織

圖5 外側(cè)（水側(cè)）表面腐蝕坑

1.4 附著物分析和水質(zhì)分析

分別取板片外側(cè)表面凹槽內(nèi)白色垢物和褐色垢物進(jìn)行X-ray成分分析和X-ray衍射結(jié)構(gòu)分析。X-ray成分分析結(jié)果表明，產(chǎn)物中含有硫、硅、鈣、鉻和鐵等元素，其中硫含量很高。

X-ray衍射結(jié)構(gòu)分析結(jié)果顯示，腐蝕產(chǎn)物主要有（NH4）2SO4、FeO（OH）、S和Fe3O4。

從現(xiàn)場取循環(huán)水進(jìn)行水樣分析，結(jié)果表明，循環(huán)水水質(zhì)良好，其中硫酸根和氯離子的含量和硬度均很低。

1.5 腐蝕形貌

板片外側(cè)表面凹槽內(nèi)堆積有較多灰白色和鐵褐色垢，垢下有腐蝕坑，部分已穿孔。電鏡下可見不銹鋼鈍化膜上有大量的腐蝕坑，板片變形較大處腐蝕坑也較多，坑內(nèi)呈現(xiàn)金屬組織特征[7]，部分區(qū)域呈均勻腐蝕特征，板片微觀形貌如圖6、圖7所示。

圖6 坑內(nèi)腐蝕特征

圖7 表面腐蝕特征

2 結(jié)果分析

板片材質(zhì)符合GB/T 3280-2015標(biāo)準(zhǔn)中的022Cr19Ni10的要求。

水樣分析結(jié)果表明，循環(huán)水水質(zhì)良好，呈中性，硫酸根和氯離子含量和硬度均較低。在這種噴淋水[8]質(zhì)的情況下，板片不應(yīng)在如此短的時間內(nèi)因水分蒸發(fā)產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)垢[9]。

板片穿孔是因為其外表面腐蝕造成的，在板片面向上的部位腐蝕較其他部位嚴(yán)重，在外表面結(jié)垢嚴(yán)重的部位腐蝕也相應(yīng)的較嚴(yán)重，腐蝕形貌的宏觀和微觀分析結(jié)果符合垢下腐蝕特征。

附著物X-ray衍射結(jié)構(gòu)分析結(jié)果顯示，附著物中含有（NH4）2SO4。由于垢下介質(zhì)的擴(kuò)散受到幾何因素的限制，使垢下的介質(zhì)難以與周圍環(huán)境交換，垢下介質(zhì)將逐漸酸化，特別是（NH4）2SO4在水中將發(fā)生水解反應(yīng)，更加嚴(yán)重降低垢下介質(zhì)的pH值。導(dǎo)致垢下發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，并導(dǎo)致局部產(chǎn)生蝕坑和穿孔。這是造成板片發(fā)生快速垢下腐蝕的介質(zhì)因素。

3 結(jié)語

（1）板片失效主要是因為外表面結(jié)垢，板片發(fā)生垢下腐蝕造成的穿孔；

（2）建議對噴淋水質(zhì)進(jìn)行定期取樣分析；

（3）建議在分餾塔頂增加緩蝕劑加注流程，抑制空冷器板片的結(jié)垢、堵塞和酸性腐蝕；

（4）建議定期使用高壓除鹽水對空冷器板片進(jìn)行沖洗，特別是外表面結(jié)垢部位，避免長期結(jié)垢引起垢下腐蝕。