催化裂化裝置低溫熱水換熱器泄漏原因分析

王 旭，吳景陽，李 石

(中國石油天然氣股份有限公司大連石化分公司，遼寧大連116031)

催化裂化裝置低溫熱水換熱器泄漏原因分析

王 旭，吳景陽，李 石

(中國石油天然氣股份有限公司大連石化分公司，遼寧大連116031)

大連石化分公司1.4 Mt/a重油催化裂化裝置共有低溫熱水換熱器14臺，在運行中經常出現管束的腐蝕泄漏問題，嚴重影響了裝置低溫熱水系統的穩定運行。從低溫熱水系統的氧腐蝕產生機理、孔蝕和酸腐蝕形成的環境、低溫熱水系統工藝流程設置、系統流速對垢下腐蝕形成的條件等方面分析了低溫熱水換熱器管束泄漏的原因。分析得出:低溫熱水對管束外壁形成的酸腐蝕、氧腐蝕和孔蝕等是導致管束泄漏的主要原因;由于工藝流程設計本身的缺陷導致流速過低形成垢下腐蝕也是管束泄漏的原因之一。針對上述原因提出了相應的解決措施。

低溫熱水 管束 泄漏

中國石油天然氣股份有限公司大連石化分公司1.4 Mt/a重油催化裂化裝置熱力站為低溫熱水系統提供循環動力和熱量。低溫熱水(75℃)在熱力站經含油凝結水和乏汽初步加熱到100℃后送到催化裂化裝置再進行進一步加熱，然后送往系統管網用戶。該低溫熱系統的正常循環水量為1 300 t/h，并可視在熱力站的低溫熱水罐水耗情況進行補水。催化裂化裝置低溫熱水系統，共有各類換熱器14臺，其中E2207/1，2(一中回流/低溫熱水)從使用至今多次出現管束泄漏，既污染整個低溫熱系統的水質，又嚴重影響了儲運罐區蠟油罐冬季的正常取熱。因此，分析其管束泄漏原因并制定相應措施對整個低溫熱系統的可靠運行意義重大。

1 低溫熱水換熱器運行情況

1.4 Mt/a催化裂化裝置熱力站共有低溫熱水換熱器6臺，分餾區域共有低溫熱水換熱器8臺。從2010年6月裝置停工檢修重新開工后運行至今，共有9臺換熱器管束出現泄漏，其中分餾區域E2207/1，2和E2221(外甩油漿/低溫熱水)換熱器均因為管束泄漏嚴重，試壓過程中無法保證壓力穩定導致管束報廢全部更換新管束。E2207/1，2換熱器管束分別在2008年和2010年6月停檢時兩次更換過新管束，2010年停檢期間更換的新管束使用時間僅為14個月;熱力站汽-水換熱器1號管束泄漏同樣嚴重，試壓后堵管44根(原管束無泄漏)。

2 管束泄漏原因分析

2.1 氧腐蝕、酸腐蝕和孔蝕

低溫熱水pH值要求控制在6～10。低溫熱水的H+質量濃度很低，而水中溶解氧的質量濃度則較高。在此情況下，碳鋼表面腐蝕電池中的陰極反應主要是氧的還原反應，而陽極反應則是鐵的溶解反應。

當低溫熱水比較清潔時，主要發生的是以上的反應，且生成的鐵銹會在金屬表面形成保護膜，阻止金屬的進一步的腐蝕，這時金屬的腐蝕速率比較小且比較穩定。但當水中生物黏泥或其他雜質較多時，會在金屬管束表面形成沉積物，在垢層下形成強烈的縫隙腐蝕或孔蝕。

孔蝕是一種從金屬表面向內部擴展形成空穴或蝕坑狀的局部腐蝕形態［1］。縫隙腐蝕或孔蝕反應中的陽極溶解都是一種自催化過程，且都與Cl－有關［2］。其腐蝕機理如下:金屬M在縫隙或蝕孔中溶解，生成金屬離子M2+，造成縫隙或蝕孔中的正電荷過量，結果使Cl－遷移到縫隙或蝕孔中以維持其溶液的電中性，縫隙或蝕孔內會存在高質量濃度的MCl2，MCl2水解后會產生H+和Cl－，導致縫隙或蝕孔內金屬的進一步溶解，從而使這一腐蝕過程不斷加劇。低溫熱水中Cl－質量濃度達到5.0 mg/L，因此具備了縫隙腐蝕發生的條件，導致腐蝕的發生。

E2207/1，2換熱器在2006年和2010年停檢期間對泄漏換熱管進行了抽管檢驗，管外壁均穿孔泄漏，見圖1。

圖1 E2207/1，2管束外壁腐蝕情況Fig．1 Corrosion of bundle outer wall of E2207/1，2

從圖1中可見，管束外表面存在大量的點蝕、坑蝕現象，局部已經出現穿孔，完全復合孔蝕的特征。

通過對上述低溫熱水的采樣分析，其pH值在5～6已呈酸性，且水中油含量經常超標，溶解氧指標同樣較高(2010年停檢期間已經給低溫熱系統增上了除氧施設，但效果并不明顯)，促使了氧腐蝕和酸性水腐蝕的不斷發生;同時因低溫熱水呈現酸性，因此導致酸腐蝕的加劇。從水樣的表觀情況來看，水樣呈現為褐紅色(鐵離子含量超標)，說明在低溫熱水系統中不斷有鐵離子被腐蝕溶解進入低溫水熱系統，因換熱器換熱管壁厚為2.5 mm，是整個低溫熱系統最薄弱的部位，因此腐蝕泄漏必然從管束部位最先發生。

2.2 流速的影響和垢下腐蝕

E2207/1，2和E2221這3臺換熱器，熱源介質全部走管程，低溫熱水走殼程，由于殼程換熱管外的空間較大，因此低溫熱水的流速很低，一般在0.3 m/s以下，流速過低容易引起低溫熱水中雜質等的沉積，并使換熱管的傳熱效率下降，沉積物不僅隔絕藥劑對金屬表面的作用，且易發生垢下腐蝕。此外，由于殼內折流板的原因，迫使水的流速與方向不斷改變，這就形成了折流板附近的渦流區和滯留區，在這些流向改變和流速慢的地方，水中的污泥和黏泥就容易沉積下來形成污垢，垢下會產生坑蝕等腐蝕現象，造成管束的腐蝕穿孔泄漏。

E2207/1，2和E2221管束表面結垢情況見圖2。

圖2 E2207/1，2和E2221管束外壁結垢情況Fig．2 The scales of bundles outer wall of E2207/1，2 and E2221

從圖2中可見，管束外壁結垢嚴重說明水質很臟，且水中所含黏泥等雜質很多，完全具備了垢下腐蝕產生的條件，促使了垢下腐蝕的發生。

3 結論與建議

綜合以上分析，低溫熱系統換熱器頻繁出現管束泄漏的主要原因:首先是因為低溫熱水中氧腐蝕和酸性介質腐蝕嚴重;其次低溫熱水水質較臟導致管束的孔蝕的發生;另外工藝流程設計的缺陷導致殼程內低溫熱水流速過低，在管束表面形成嚴重的垢下腐蝕也是導致管束頻繁泄漏的重要原因(如E2207/1，2和E2221)。因此，針對以上幾點原因，提出如下幾點解決措施:

(1)改善水質定期進行補水和排污，監測水中的Cl－質量濃度和pH值變化，保證水質的穩定避免酸腐蝕和孔蝕的發生;

(2)持續加注除氧劑，最大程度的降低水中的溶解氧，盡量避免氧腐蝕的發生;

(3)對E2207/1，2和E2221三臺低溫熱水換熱器，通過技術改造將低溫熱水走管程，由于流速提高，可降低垢下腐蝕發生的概率;

(4)對低溫熱水側管束進行涂料防腐蝕處理或進行材質升級，延長其使用壽命;

(5)為保證低溫熱系統的可靠運行，對腐蝕嚴重的部位要定期進行測厚并建立檔案，監控其腐蝕速率的變化，對減薄嚴重部位及時進行更換，防止泄漏的發生。

［1］ 林玉珍，楊德鈞.腐蝕和腐蝕控制原理［M］.北京:中國石化出版社，2007:138.

［2］ 胡安定.煉油化工設備腐蝕與防護案例［M］.北京:中國石化出版社，2010:333-338.

(編輯 寇岱清)

Abstract:The corrosion leaking of tubes always occurred in the 14 low－temperature(LT)hot water heat exchangers in the 1．4 MM TPY heavy oil FCCU in PetroChina Dalian Petrochemical Company，which seriously affected the stable operation of the LT heat system．The corrosion causes of tubes of LT hot water heat exchangers were analyzed in respect of mechanisms of oxidation corrosion of LT hot water system，the environment of pitting corrosion and acid corrosion，design of LT hot water system and impact of system velocity on the formation of underdeposit corrosion．It is found that the tube leaking was mainly caused by acid corrosion，oxygen corrosion and pitting corrosion on the external wall of tubes by LT hot water．In addition，the underdeposit corrosion from low velocity because of inappropriate design of process flow was also one of the causes of leaking．Corresponding effective countermeasures have been proposed．

Keywords:low－temperature hot water，tubes，leaking

Analysis of Causes of Leaking of LT Hot Water Heat Exchanger

Wang Xu，Wu Jingyang，Li Shi
(PetroChina Dalian Petrochemical Company，Dalian，Liaoning 116031)

TE988．2

B

1007－015X(2012)05－0028－03

2012－04－03;修改稿收到日期:2012－07－31。

王旭(1978－)，工程師，大連理工大學化工機械專業研究生畢業，現主要從事催化裂化裝置工藝設備管理和防腐蝕工作。E-mail:wangxu_dl@petrochina.com.cn。