淺析冷換設(shè)備泄漏原因及預(yù)防措施

呂永慶

（大慶石化公司化肥廠合成車間，黑龍江 大慶 163711）

在工業(yè)中，換熱器是使用廣泛的節(jié)能設(shè)備，在石油化工裝置中，冷換設(shè)備的投資占總體投資的35%以上，是必可不少的重要設(shè)備。冷換設(shè)備應(yīng)用于每個(gè)系統(tǒng)和生產(chǎn)流程環(huán)節(jié)中，其運(yùn)行狀態(tài)是否穩(wěn)定、安全、可靠直接影響著生產(chǎn)耗能。對于生產(chǎn)管理人員來說，冷換設(shè)備的腐蝕問題一直是企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。

1 冷換設(shè)備的目的和意義

在煉油作業(yè)中，冷歡設(shè)備是不可或缺的一環(huán)，是重要的煉油設(shè)備組成部分，占據(jù)煉油設(shè)備比例的40%左右，這意味著冷換設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)直接影響煉油設(shè)備的結(jié)果，也直接影響煉油作業(yè)是否能夠順利進(jìn)行。冷歡設(shè)備中有30%的設(shè)備是水冷器。在冷換設(shè)備實(shí)際運(yùn)行的過程中，勢必會(huì)出現(xiàn)腐蝕和結(jié)垢的情況，這兩種情況的出現(xiàn)很容易導(dǎo)致冷換設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)問題，腐蝕會(huì)導(dǎo)致冷換設(shè)備的管束出現(xiàn)穿孔的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)出現(xiàn)問題，兩種介質(zhì)出現(xiàn)互相污染的狀況；結(jié)垢的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致?lián)Q冷設(shè)備的工作效率下降的同時(shí)消耗的能耗增加，并且還會(huì)出現(xiàn)垢下腐蝕的情況。由于腐蝕問題是最嚴(yán)重的，因此，本文主要分析腐蝕性問題。

1.1 腐蝕問題的出現(xiàn)

冷換設(shè)備出現(xiàn)腐蝕問題一般集中在硫化氫水溶液部位，一般來說，硫化氫作業(yè)低溫系統(tǒng)的核心，如果采用科學(xué)合理的有效方式并且防腐效果良好的情況下，那么使用碳鋼也能夠得到很好的使用效果，而且使用的年限能夠達(dá)到15 年左右，但是如果防腐技術(shù)不合理或者是介質(zhì)腐蝕性極強(qiáng)的情況下，使用碳鋼的效果就非常不明顯，甚至?xí)霈F(xiàn)安全方面的問題。比如，之前中石油齊魯分公司就曾經(jīng)出現(xiàn)過一個(gè)典型的案例，碳鋼換冷設(shè)備在實(shí)際施工不到一年，就因?yàn)閻毫拥氖褂铆h(huán)境導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕，甚至因?yàn)槠涓g產(chǎn)物硫化亞鐵的出現(xiàn)導(dǎo)致自燃事故的出現(xiàn)。事實(shí)上，其他煉油廠也曾出現(xiàn)過類似的自然情況。

硫化氫水溶液腐蝕從本質(zhì)上說是屬于低溫系統(tǒng)中HS-HO 腐蝕的環(huán)境，因此在實(shí)際鍍層的選擇上，可以選擇Ni-P 鍍層，這種鍍層不僅耐酸性比較好，而且HS 腐蝕性也比較好，如果鍍層質(zhì)量良好的情況下，這種鍍層的有效使用年限能夠達(dá)到11 左右，其防腐的效果是非常優(yōu)異的。除此之外，漆酚涂料和TH-847 涂料也是低溫系統(tǒng)中非常合適的，使用的時(shí)間也比較長。

1.2 酸性水處理和制硫裝置

在酸性水處理和制硫裝置中，因?yàn)槠涮间撛诘蜏睾蛳到y(tǒng)中所受的影響是微乎其微的，如果在低溫也就是溫度在120℃以下的環(huán)境中，含硫系統(tǒng)中冷換設(shè)備所使用的碳鋼在耐腐蝕方面效果是非常不錯(cuò)的。所以，酸性水處理和制硫裝置使用碳鋼的效果是比較理想的，其實(shí)際的使用效果也和理論分析一致。如果在低溫硫化氫高且防腐效果不好的狀況下，碳鋼的效果并不理想。在涂層的選擇上，也要盡量選擇較好的涂層，比如，Ni-P 鍍層、TH-847 涂層或TH-901 涂層等材料。

2 冷換設(shè)備腐蝕的典型結(jié)構(gòu)分析

煉油企業(yè)的街工能力，涉及很多方面，包括加減壓和延遲焦化、催化裂化和硫磺回收以及加氫作業(yè)等多套煉油設(shè)備，比如，某工廠的腐蝕問題報(bào)告上，針對腐蝕問題進(jìn)行大修作業(yè)，對換冷設(shè)備進(jìn)行全面深入的停工檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，452 臺(tái)設(shè)備中有73 臺(tái)設(shè)備都出現(xiàn)不同程度的腐蝕問題，占了所有設(shè)備的18%左右?；谶@些數(shù)據(jù)及已經(jīng)被腐蝕的設(shè)備進(jìn)行全面的分析后，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)整理，發(fā)現(xiàn)設(shè)備服役的環(huán)境、設(shè)備制造的缺陷、設(shè)備的材質(zhì)都會(huì)造成腐蝕勤快的出現(xiàn)。根據(jù)設(shè)備出現(xiàn)的失效的角度出發(fā)，可以將這些腐蝕狀況分為五種：局部腐蝕、開裂、焊接缺陷、均勻減薄、機(jī)械變形。其中減薄和開裂以及局部出現(xiàn)腐蝕的情況是最多的，占比高達(dá)90%以上，制造所造成的腐蝕問題僅占105 左右。

圖1 失效類型統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)冷換設(shè)備各個(gè)位置出現(xiàn)腐蝕的情況上看，出現(xiàn)的腐蝕部位主要集中在管道、管口、入口接管、管箱和殼體等位置。其中在管束和管板以及管箱位置更加突出。

圖2 腐蝕部位統(tǒng)計(jì)圖

基于這些冷換設(shè)備腐蝕位置的分析，可以初步得到腐蝕原因，基本上可以分為4 類：一類是循環(huán)水腐蝕，一類是焊接及施工質(zhì)量問題，一類是工藝介質(zhì)問題，一類是選材問題，其中工藝介質(zhì)和循環(huán)水腐蝕是導(dǎo)致腐蝕問題最多的因素，工藝介質(zhì)腐蝕達(dá)到了45%，循環(huán)水腐蝕也達(dá)到了40%的占比。

3 冷換設(shè)備腐蝕原因分析

3.1 工業(yè)介質(zhì)腐蝕

圖3 腐蝕成因統(tǒng)計(jì)圖

工業(yè)介質(zhì)的成分比較多，主要的工藝品就是油品或者是油氣，但是在實(shí)際煉油的過程中油品也會(huì)發(fā)生各類分解反應(yīng)，也會(huì)發(fā)生各類加氫反應(yīng)和裂解反應(yīng)，所以，除了大量的石油產(chǎn)品外，還有大量硫類物質(zhì)和氫類物質(zhì)，還有氨氮等各種腐蝕性的物質(zhì)，這些物質(zhì)的出現(xiàn)會(huì)氯化銨結(jié)垢和垢下腐蝕、高溫硫腐蝕和高溫環(huán)烷酸腐蝕等對冷換設(shè)備腐蝕，使換冷設(shè)備出現(xiàn)開裂和點(diǎn)蝕、應(yīng)力和沖刷腐蝕以及均勻腐蝕等情況的出現(xiàn)。比如，在某個(gè)化工企業(yè)中，其原油G 常頂油氣換熱器在機(jī)器的采用上，選擇的是4 臺(tái)并列的換熱器，常頂尤其是這種機(jī)械的介質(zhì)主要是常頂油氣，進(jìn)出口的溫度一般控制在118℃到93℃的范圍區(qū)間，管束的材質(zhì)是TA1，管板選用的材質(zhì)是16Mn Ⅳ＋TA1，原油作為殼程的介質(zhì)為原油。在檢修的過程中，發(fā)現(xiàn)污垢和銹蝕主要集中在管箱和管板以及隔板上，從厚度的測量上看，E201 管箱隔板沖蝕部位區(qū)域測厚值為10.14 ～10.37mm，其余部位為15.75～15.51mm;E301 管箱隔板沖蝕部位區(qū)域測厚值為9.51～10.02mm，其余部位為15.32 ～15.57mm；E401 管箱隔板沖蝕部位區(qū)域測厚值6.92 ～7.12mm，其余部位為13.95 ～15.51mm.管箱出入口接管，具體如圖4 所示。

圖4 腐蝕宏觀形貌圖

圖5 管板腐蝕開裂形貌

圖6 管板坑蝕及焊縫開裂形貌

在腐蝕原因分析的過程中，發(fā)現(xiàn)主要是因?yàn)橛推返男再|(zhì)變輕，因此隨后做了改造，使原有適應(yīng)性進(jìn)行了擴(kuò)容，這就導(dǎo)致油氣的流速變快，導(dǎo)致高速的常頂油氣再加上腐蝕介質(zhì)在長年累月的沖刷下導(dǎo)致管箱的緩蝕劑遭到破壞，使金屬裸露在外，導(dǎo)致管箱腐蝕的速度加快。除此之外，因?yàn)樵O(shè)計(jì)問題，常頂注水點(diǎn)在管箱上部，常頂是中和劑和緩蝕劑的注入點(diǎn)，這就導(dǎo)致在實(shí)際中和的過程中，明顯所需要的量不足，這樣也就導(dǎo)致了腐蝕情況的出現(xiàn)。

3.2 循環(huán)水介質(zhì)腐蝕

我國對環(huán)保節(jié)能要求標(biāo)準(zhǔn)越來越高，這導(dǎo)致循環(huán)水的濃度倍數(shù)不斷增加，回用污水的水質(zhì)在不斷地變差，導(dǎo)致循環(huán)水在循環(huán)過程中的腐蝕和結(jié)構(gòu)的情況越發(fā)嚴(yán)重。循環(huán)水的腐蝕主要集中在水冷箱上，在大量雜質(zhì)和黏泥的作用下，會(huì)使水冷箱出現(xiàn)垢下腐蝕，同時(shí)造成管子的穿孔和開裂等問題。

除此之外，在脫硫聯(lián)合裝置的循環(huán)堿液冷卻器，它的管程就是循環(huán)水，管束中出現(xiàn)了多種腐蝕穿孔的情況，穿孔位置一般集中在導(dǎo)流筒和殼程進(jìn)料口一側(cè)以及管板中，具體如圖7 所示。

圖7

3.3 制造或者是設(shè)計(jì)缺陷

制造和設(shè)計(jì)缺陷主要是因?yàn)樵谥圃旌桶惭b以及運(yùn)輸?shù)倪^程中，比如，不文明運(yùn)輸、焊接質(zhì)量不合格、制造質(zhì)量差、運(yùn)輸導(dǎo)致涂層損傷或者是設(shè)備出現(xiàn)磕碰等情況。制造和設(shè)計(jì)缺陷一方面是因?yàn)檎急缺容^少，另一方面，主要是管理方面的問題。

3.4 物理和化學(xué)腐蝕

化學(xué)腐蝕主要是因?yàn)槭突ひ幚砗芏嘟橘|(zhì)，因此會(huì)發(fā)生很多的化學(xué)反應(yīng)，比如，酸堿介質(zhì)這種介質(zhì)能夠和設(shè)備金屬部分發(fā)生反應(yīng)，是最容易引發(fā)腐蝕介質(zhì)之一。再比如，各類添加劑，這些添加劑會(huì)和一些材料發(fā)生反應(yīng)，可能會(huì)釋放能量，也有可能是釋放高溫，就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)氧化，進(jìn)而腐蝕設(shè)備。除此之外，還有生產(chǎn)環(huán)境腐蝕，石油化工企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境中存在各種各樣的化工溶液，大量其他和溶液在長時(shí)間的作用下，會(huì)使設(shè)備受到一定的腐蝕。

物理腐蝕主要是基于氣體和液體在流動(dòng)的過程中造成的腐蝕，出現(xiàn)這種情況主要是人為因素導(dǎo)致的，沒有最好相應(yīng)的防護(hù)作業(yè)，也沒有合理的控制氣體和液體的流動(dòng)。除此之外，還有部分員工沒有安全生產(chǎn)的責(zé)任意識(shí)，沒有重視檢修和維護(hù)等方面的工作，導(dǎo)致出現(xiàn)腐蝕情況。

4 冷換設(shè)備針對腐蝕情況的防護(hù)措施

4.1 材料質(zhì)量控制

材料質(zhì)量的控制不僅是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，而且也能夠直接影響設(shè)備施工時(shí)間和壽命，因此，首先要把控?fù)Q冷設(shè)備的質(zhì)量，并保證在施工和焊接的過程中確保文明施工，避免出現(xiàn)擦傷或者是擠壓情況的出現(xiàn)。在涂層的選擇和施工上，要針對性地選擇耐腐蝕性較好的涂層，同時(shí)確保涂層是施工質(zhì)量。在高溫部位，根據(jù)實(shí)際的情況選擇合適的碳鋼或者是合成鋼。在低溫部位為了防止氧化，可以硫含量和酸值作為最基本的依據(jù)，然后結(jié)合最大數(shù)值的確定選擇最合適的材料。

4.2 運(yùn)行控制

工藝防腐在低溫作業(yè)的環(huán)境下非常關(guān)鍵，在常減壓裝置上體現(xiàn)得更加明顯，如果工藝防腐效果好，那么即便是材料等級(jí)不高，仍然起到防腐的效果。相反，如果工藝防腐沒有做好，那么即便是有更高級(jí)的材料，也會(huì)出現(xiàn)腐蝕的情況，因此要根據(jù)相關(guān)的管理規(guī)定，加強(qiáng)工藝防腐處理，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)定。比如，在常減壓蒸餾裝置的控制上，不管是處理量還是原有質(zhì)量，都需要嚴(yán)格地按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，同時(shí)在常減壓的“一脫三注”系統(tǒng)操作管理要不斷提升，控制脫后各類含量指標(biāo)，比如，含鹽≤3mg/L，脫后含水≤0.3%和污水含油≤200mg/L 等，還有控制塔頂冷凝水pH 值為5.5～7.5(注有機(jī)胺時(shí))、7.0 ～9.0(注氨水時(shí))、6.5 ～8.0(有機(jī)胺＋氨水)；鐵離子含量≤3mg/L?？刂扑攦?nèi)部操作溫度高于水露點(diǎn)溫度14℃以上、塔頂回流返塔溫度高于90℃等。針對于高溫部位，其提升的基礎(chǔ)就是設(shè)備的材料，要制定針對性的低設(shè)防值并嚴(yán)格執(zhí)行，同時(shí)根據(jù)實(shí)際出現(xiàn)腐蝕的情況靈活地選擇合適的預(yù)防和升級(jí)方案。

4.3 循環(huán)水管理控制

循環(huán)水的控制可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：一是流速方面的控制，循環(huán)冷卻水在管道流速的控制上，要在1m/s 的速度以上，如果在殼程中循環(huán)水的流速低于0.3m/s，那么就需要采取反向沖洗和防腐涂層等多種防腐措施。在溫度控制上，循環(huán)冷卻水的出口溫度要控制在50℃以下，如果發(fā)現(xiàn)流速異常，可以采取超聲波除垢或者是反沖洗措施；二是循環(huán)冷卻水的水質(zhì)要符合要求；三是添加劑的選擇要盡量選擇高效穩(wěn)定對環(huán)境友好的添加劑，如果添加劑含有鋅鹽藥劑時(shí)，要確保循環(huán)水的含鋅鹽含量在2mg/L 以下；四是在微生物控制上要盡量以氧化型殺菌劑為主，非氧化型殺菌劑作為輔助功能使用，如果連續(xù)投入使用要控制其含氯量；五是要進(jìn)行嚴(yán)格濃縮倍數(shù)控制，如果超標(biāo)，可以調(diào)整排污量。

4.4 金屬涂層技術(shù)

涂層技術(shù)涂抹在冷換設(shè)備的表面能夠有效地控制冷換設(shè)備的腐蝕情況，尤其是化學(xué)涂層技術(shù)，其應(yīng)用的效果更加明顯。但是需要注意的是，這些涂抹在設(shè)備上的金屬涂層是陰性涂層，所以對致密性有著非常高的要求，如果涂抹不當(dāng)，導(dǎo)致涂抹不均勻或者是部分漏涂的情況，滲漏的情況就會(huì)出現(xiàn)，不僅會(huì)導(dǎo)致整個(gè)涂層失去效果，而且也會(huì)使冷換設(shè)備腐蝕速度加快。

4.5 復(fù)合型材料技術(shù)

復(fù)合材料的使用主要集中在設(shè)備的閥門處，包括金屬材料和新型材料以及非金屬復(fù)合材料，對于設(shè)備重點(diǎn)部位的防護(hù)是有很大的作用。復(fù)合材料防護(hù)技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，我國沿海地區(qū)很多煉油廠都采取了這種技術(shù)，尤其是高腐蝕但溫度不高的零件使用上，泵和閥門等關(guān)鍵部位，使用復(fù)合技術(shù)能夠有效地保護(hù)冷換設(shè)備。

4.6 水冷器管束防腐

嚴(yán)格控制水冷器管束材料的加工、熱處理工藝,使用更合適的材料,可以有效緩解循環(huán)水結(jié)垢、垢下腐蝕等，目前，大多數(shù)煉廠水冷器管束材質(zhì)以碳鋼為主,對腐蝕嚴(yán)重部位可升級(jí)材質(zhì)以提高水冷器的使用壽命.煉化裝置中應(yīng)用較多的高等級(jí)水冷器管束材質(zhì)有08Cr2Al Mo、09Cr2Al MoRe、022Cr19Ni10、022Cr17Ni12Mo, 雙相鋼、鈦材等奧氏體不銹鋼具有良好的耐蝕性,并且結(jié)垢不易附著管壁表面,使用效果較好,但在使用過程中要嚴(yán)格控制循環(huán)水以及工藝介質(zhì)氯離子的含量.進(jìn)行材質(zhì)升級(jí)時(shí),應(yīng)從介質(zhì)控制、防腐涂料、陰極保護(hù)、經(jīng)濟(jì)效益等方面綜合考慮。

5 結(jié)語

對于煉油裝置冷卻設(shè)備來說，為了達(dá)到良好的防腐蝕效果，應(yīng)具備一定的預(yù)處理技術(shù)，這些技術(shù)將直接影響冷卻設(shè)備的質(zhì)量和使用壽命。只有不斷地完善腐蝕監(jiān)測制度，引進(jìn)較為先進(jìn)的耐腐蝕性材料減少腐蝕現(xiàn)象，才能不斷地改善、提高煉油設(shè)備的防腐蝕技術(shù)和防護(hù)效果。