常減壓蒸餾裝置的電脫鹽設備中電極棒斷裂分析

郭慶云，陳 勇

(中國石油化工股份有限公司天津分公司裝備研究院，天津 300271)

常減壓蒸餾裝置的電脫鹽設備中電極棒斷裂分析

郭慶云，陳 勇

(中國石油化工股份有限公司天津分公司裝備研究院，天津 300271)

某常減壓蒸餾裝置的電脫鹽設備中電脫鹽罐中的6根電極棒于2009年3月更換，2011年1月1號正極棒發生斷裂。電極棒鼻根部分的內外兩層套管均斷裂。宏觀檢查發現1號正極棒外管球頭的腐蝕麻坑象“蟲子”咬過，呈典型的電蝕特征。內管及芯部銅導線有腐蝕坑，含Cu元素，表面有銅綠，都發生電蝕。斷口有二次裂紋及孔洞，顯示脆性斷裂特征，而外管斷口及蝕坑處橫截面未發現裂紋、晶間腐蝕跡象，說明是外力造成1號正極棒斷裂。電極棒、高壓電連接器和電極板之間的軟性連接接觸不良，使正極棒與電極板間的電路阻斷，電流成為雜散電流，正極棒作為陽極，很快發生電蝕。在流體沖擊下因電蝕減薄，強度不足在支點處斷裂，宜定期檢查、更換并采用新型電脫鹽設備。

常減壓蒸餾 交直流電脫鹽 電極棒 電蝕 斷裂

電脫鹽是原油加工的第一道工序。電脫鹽裝置運行的好壞，對煉油裝置的生產影響很大。尤其是隨著劣質油、高硫原油加工量越來越多，電脫鹽難度越來越大，對其效能要求會越來越高。原油電脫鹽易出現的故障有:電脫鹽效率低，電流波動大、甚至跳閘;罐內電極板變形或絕緣有問題;電氣線路或變壓器故障以及電極棒絕緣層擊穿等。本文討論一起電極棒因發生電蝕減薄、遭受外力沖擊，而發生的電極棒斷裂失效。

1 情況介紹

常減壓蒸餾裝置的電脫鹽設備于1995年投用，一級電脫鹽罐中的6根電極棒于2009年3月更換，1號、2號電極棒分別為A組變壓器送電的正負極，在運行過程中，常出現電流過大現象。

該常減壓蒸餾裝置的電脫鹽設備采用二級串聯流程，1號罐(D101/1)、2號罐(D101/2)采用的是某公司提供的交直流電脫鹽技術，該交直流電脫鹽裝置主要由整流箱、變壓器、電極棒、垂直吊掛式變極距電極板、絕緣吊掛等組成。整流箱型號為BLX-A-125，輸入電壓:交流(13～25)kV，輸出電壓:+(5.85～11.25)kV。變壓器電流:交流329 A，電脫鹽罐的結構示意見圖1(1號～6號為電極棒，原油中加入破乳劑、水、脫鹽劑，由靜態混合器充分混合，進入電脫鹽罐，含鹽水由罐底部排出。操作壓力1.0 MPa，操作溫度125℃。

電極棒鼻端通過插入高壓電連接器，實現與電極板的通電連接，見圖2、圖3。

2011年1月車間人員巡檢時，發現電脫鹽罐地面及電脫鹽1號罐罐體有大量原油，經檢查確認是從罐頂電脫鹽裝置的變壓器油柱處噴漏出的，變壓器馬上斷電，并將該罐切除甩掉。開罐后將所有的6根電極棒取出，發現最北端的電極棒(1號電極棒，正極)在鼻端變徑處斷裂，原油正是由此沿著銅導線泄漏出去的。與1號正極棒同組使用的2號負極棒完好，其余4根電極棒中，另有一根電極棒的鼻端有腐蝕。

2 檢測結果及分析

2.1 宏觀外貌

斷裂的1號正極電極棒鼻端(見圖4)，分內外兩層套管，兩層管均在鼻根部斷裂。電極棒鼻已掉落找不到。

外管較內管斷口平整，無塑性變形。外管一側明顯減薄。放大鏡下，厚壁側斷口較粗糙，有氧化層。另外薄壁側殘壁高，有撕扯痕跡，說明終斷區在薄壁側。由此判斷厚壁側先開裂。

外管球頭外側沿球面遍布大小不一的腐蝕麻坑，蝕孔的形狀呈外寬內窄，小孔的形狀比較圓滑，象“蟲子”咬過的痕跡，大孔邊緣比較粗糙，不規則。最大麻坑φ5 mm，最深1.5 mm。有明顯減薄，最小厚度1.5 mm。球面側最大厚度5.0 mm(測量2號負極棒內鼻原厚 3 mm，外鼻原厚2.5 mm)。外管內側及斷口無蝕坑。

芯部的銅導線產生剛性彎曲，彎向斷口終斷側，銅導線終端變細，分布有小蝕坑。

對1號正極電極棒、2號陰極棒解剖，發現內管外側有銅綠，內管內、外側及斷口都有腐蝕坑，端部管徑變細，外管內側基本無腐蝕(見圖5、圖6)。

內外兩層套管為內楔式聯接，銅導線焊接在內管端口(見圖6、圖7)。

2.2 光譜分析

光譜分析結果顯示電極棒的兩個斷口都只含有Mn，Fe和Cu元素，結果見表1。

表1 光譜分析結果Table 1 Spectroscopic analysis results %

2.3 電鏡斷口分析

外管斷口平滑，只在厚壁處發現很少量裂紋及孔洞，大部分斷口被氧化物覆蓋，看不清晰，局部未氧化區，顯示脆性斷裂特征(見圖8、圖9)。

內管斷口疏松，多二次裂紋及孔洞，顯示脆性斷裂特征(見圖10、圖11)。圖11 內管脆性斷裂特征

圖8 外管厚壁處裂紋及孔洞Fig.8 Cracks and holes in extemal tube

圖9 外管脆性斷裂特征斷口ig.9 Brickle character of extornal tube break

圖10 內管裂紋及孔洞Fig.10 Cracks and hole of inner tube

Fig.11 Brickle character of internal tube

2.4 金相檢驗

外管斷口及蝕坑處橫截面做金相檢驗，組織正常，為鐵素體 +珠光體，未發現裂紋、晶間腐蝕跡象。

3 斷裂原因分析

1號正極棒外管球頭的腐蝕麻坑，為典型的電蝕特征。內管及芯部銅導線有腐蝕坑，光譜分析顯示兩個斷口都含Cu元素，內管上有銅綠，說明內管及芯部銅導線同樣發生了電蝕。芯部銅導線彎向斷口終斷側，說明受到的外力很大，且力來自外管厚壁側。

電鏡斷口分析發現有二次裂紋及孔洞，并顯示脆性斷裂特征，而外管斷口及蝕坑處橫截面金相組織都正常，未發現裂紋、晶間腐蝕跡象。說明裂紋不是起源于腐蝕坑，是外力造成1號正極棒斷裂。

電極棒通過鼻端插入高壓電連接器實現與電極板的電連接。整個連接為軟性連接，容易松動，導電接觸不好。在運行中高壓電連接器容易被油污、氧化皮覆蓋，使電極棒與電極板間電路阻斷。

電流都是由正極流向負極，如果正極棒與電極板間電路阻斷，電流便流不到電極板，而是成為雜散電流，由正極棒流出到油介質中，此時正極棒為陽極，很快發生電蝕現象，引起陽極溶解，首先在鼻尖端腐蝕，很快向鼻連接處發展。從電脫鹽操作上會引起電流增大、跳閘現象。

由于電脫鹽罐的工藝特點，水向罐底排流，油層向上流動，難免對電極板產生沖撞力。電蝕因溶解及點蝕，使金屬發生減薄，機械強度下降。而鼻連接處為幾何不連續、應力集中帶，且是受力支點，所以一旦受到足夠大的外力沖擊，容易在鼻連接處斷裂。

外管斷裂后，與內管的內楔式聯接，使之與電斷開，電蝕停止。而仍連電的內管暴露在油介質中，連同銅導線一起開始發生電蝕，一直持續到漏油，給變壓器斷電，所以內管內外側及斷口都有大量蝕坑，銅導線明顯變細。

4 結論

(1)定期檢查電極板變形、吊掛失效等情況;

(2)及時清理油污、氧化皮，保障電極棒和高壓電連接器的電連接良好;

(3)定期更換(2～3 a)電極棒和高壓電連接器;

(4)采用新型電脫鹽裝置。

Study on Fracture of Electrode Rod of Electro-static Desalter in Atmospheric-vacuum Distillation Unit

Guo Qingyun，Chen Yong
(SINOPEC Tianjin Petrochemical Co.，Ltd.，Tianjin 300271)

Six electrode rods in the electro-static desalter of an atmospheric-vacuum distillation unit were replaced on March 2009，and No.1 electrode rod fractured during operation on January 2011.The two conduit tubes on the nose root of the electrode rod all fractured.The macro examination found many pits on the end of electrode rod，looking like to be bitten by worms and showing electrical erosion characters.Covered with Cu and patina，the inner tube and copper lead also suffered from electrical erosion.There were subcracks and cavities on the fracture，which featured brittle rupture.On the cross section of outer tube no cracks and intergranular corrosion were found，which indicated that the fracture of No.1 electrode rod was induced by external force.Due to the bad contact of soft join connection among the electrode rods，high voltage coupler，electrode boards，working current becoming stray current and the positive pole becoming anode，the positive rod as anode would suffer from rapid electric erosion.As corrosion thinning lowered the strength，the electrode rod fractured on pivot point under liquid impingement.Therefore，the system should be periodically inspected，equipment should be replaced or new equipment should be applied when necessary.

atmospheric-vacuum distillation unit，current desalting，electrode rod，electrical erosion，fracture

TE986

A

1007－015X(2011)05－0061－04

2011－04－ 29;修改稿收到日期:2011－07－10。

郭慶云，高級工程師，1989年畢業于北京化工大學金屬腐蝕與防護專業，獲學士學位。2006年獲天津大學化工學院化學工程專業在職工程碩士學位。主要從事煉油、化工設備的腐蝕與防護研究以及特種設備檢驗工作。E-mail:guoqingyun.tjsh@sinopec.com。

(編輯 陳鳳娥)