循環水對水冷器腐蝕泄漏的分析及對策

文/呂鐵軍

引言

采用循環水做冷卻介質的水冷器，管束循環水側經常出現腐蝕泄漏的情況，本文研究分析循環水對水冷器的腐蝕泄漏原因，并分析減緩循環水對水冷器腐蝕的對策。

煉油部250萬噸/年常減壓裝置是以中東含硫原油為依據而設計的燃料型蒸餾裝置。該裝置共有水冷器6臺，大部分材質為碳鋼，所用冷卻水為循環水，2013年以來，多臺水冷器發生管束泄漏問題，個別水冷器出現泄漏2次的情況，已經影響了設備的安全運行及生產成本增加。這些泄漏主要集中在管程循環水側，腐蝕產物及銹垢較多，有的管板表面有較多的微生物粘泥，有的在管口處發現微裂紋，泄漏情況見表1。

水冷器泄漏情況

常一線水冷器E-125

E-125（BES700-2.5-120-6/25-4II）為常一線水冷器，該水冷器為1995年投用，管束沒有做防腐，管束材質為10號鋼，管程介質為循環水，殼程介質為常一線航煤。2013年共計發生管束泄漏兩次，分別在1月25日和7月17日，兩次分別堵管4根和8根。

常二線水冷器E-126

E-126（BES500-1.6-55-6/25-4II）為常二線水冷器，該水冷器為1995年投用，管束沒有做防腐，管束材質為10號鋼，管程介質為循環水，殼程介質為常二線輕柴油。2013年共計發生管束泄漏兩次，分別在6月24日和8月26日，兩次分別堵管5根和6根。檢修拆開管箱和小浮頭后，發現循環水入口側有雜物，并且換熱管內存在結垢現象、管板表面存在有大量的微生物粘泥，管箱隔板存在大量結垢現象。

減頂回流水冷器E-122

E-122（BES900-1.6-210-6/25-4II）為減頂回流水冷器，該水冷器也是1995年投用，介質為減頂油。2013年共計發生管束泄漏兩次，分別在2月20日和8月28日，兩次分別堵管3根。

循環水產生腐蝕的原理

循環水在整個冷卻系統中的工作原理：循環冷水作為冷卻介質在流經各個生產裝置的換熱設備時對工藝介質進行冷卻，這個過程它吸收大量熱量，從而變成循環熱水。

熱水通過循環水管路回到循環水裝置的冷卻塔中，熱水通過熱水分配器均勻散布到塔內，經過塔內填料，形成小水滴或是薄薄的水膜，這時，冷空氣與其接觸使其熱量散發掉，再加上其自身的蒸發散熱，熱水冷卻成冷水，再次進入到整個系統中循環，這個過程是持續不斷地進行的。但由于濃縮倍數不斷的提高，成垢鹽類不斷增加，腐蝕性離子同時也提高，結垢和腐蝕問題也就由此產生了，對水冷器的影響尤其嚴重。

溶解在循環水中的鹽類或微生物，是造成腐蝕的主因。可造成的損傷如均勻腐蝕及垢下腐蝕，還有點蝕等。

分析循環水中存在的腐蝕類型

電偶腐蝕：異種金屬接觸產生

在電解質溶液中，如果存在兩種電極電位不同的金屬，或是存在兩種合金，它們相互接觸，可發生這樣一種情況：電位較低的金屬出現腐蝕加速現象，電位較高的金屬出現腐蝕減慢的現象，這樣電位高的金屬就得到了保護。這種在特定的條件下，比如電解質溶液，比如大氣環境中，而出現的電化學腐蝕現象，也就是因為和電極電位較高的金屬相接觸，引起了腐蝕速度加快的情況，稱為電偶腐蝕性，也可稱為雙金屬腐蝕，或叫接觸腐蝕。這種腐蝕情況發生在局部，在接觸的金屬相連接的部位腐蝕速度最快。

表1 水冷器管束泄漏情況

在冷卻水系統中，電偶腐蝕的例子很多，如某臺換熱器管束的材質是不銹鋼的，而管板的材質是碳鋼的，不銹鋼與碳鋼之間電位差存在差異，不銹鋼受到腐蝕的情況很微小，而碳鋼受到的腐蝕十分嚴重。

氯離子導致的腐蝕

氯離子也會引起腐蝕，這種腐蝕一般出現在縫隙中。金屬在縫隙中因腐蝕溶解，生成亞鐵離子Fe2+，過量的正電荷聚集在腐蝕點周圍的溶液中，大量的氯離子被吸引到此處，這樣此處就產生高濃度的FeCl2，然后FeCl2會水解成可溶性的鹽酸和不溶性的氫氧化鐵，反應式如下：

鹽酸的腐蝕性很強，能溶解多種金屬及合金。如果水冷器使用的是不銹鋼材料，那么更要避免氯離子的進入，因其對不銹鋼的危害性相當大。

溶解氧導致的腐蝕

在冷卻水系統中，常采用不是封閉的循環冷卻水系統。因為氧的電極電位高于金屬的電極電位，水中溶解氧對金屬的腐蝕也是電化學腐蝕，在這其中金屬是陽極受到腐蝕，氧是陰極，進行的是還原反應，反應式如下面所列：

陽極（金屬）反應過程：M→M2++2e

陰極（氧）反應過程：1/2O2+H2O→2OH-

在水冷器檢修的過程中，我們常常會發現在碳鋼面上，有磚紅色或黃褐色鼓包，當鼓包被敲掉后，會有黑色的粉末狀物品漏出，這些實際上都是腐蝕的產物。把它們清理干凈后，會出現一些小凹坑，這些小凹坑都是由于腐蝕引起的。整個過程是：鐵在受到腐蝕之后便生成了亞鐵離子，亞鐵離子在水中與氧再反應生成Fe（OH）3，其特征為黃褐色、結構疏松的產物層：隨著反應的進行，這個產物層變厚，逐步形成鼓包現象，而鼓包下面則由于腐蝕的進行越來越深，最終形成小凹坑的現象。

黑色粉末層也是腐蝕產物，即Fe3O4，反應式如下：這種腐蝕，沉積物將腐蝕產物遮蓋，水流過之后也顯得很清澈，產生金屬并未受到腐蝕的假象。此時若進行水處理措施，已經來不及，這是由于腐蝕使得金屬本體已薄如紙翼，施加很小的力，比如一沖洗就會造成管壁泄漏的情況。

其它腐蝕因素

冷卻水中存在的細菌如粘液細菌能夠吸附粘泥堵塞換熱器管束。安裝時帶入的焊渣非常容易沉積在滯流區，形成垢下腐蝕。循環水中的砂粒會隨水流的流動而沖撞管壁，磨損硬度較低的金屬。

腐蝕對策

冷卻水腐蝕可以通過冷卻水系統的正確設計、操作和化學處理來防護，需要控制的因素包括水質、溫度、氧含量和流速，可以從水質控制、設備選材、腐蝕監檢測幾方面開展工作。

水質處理

（1）注入緩蝕劑。

注入緩蝕劑是抑制腐蝕行之有效的方法。選擇合適的緩蝕劑，就可以把腐蝕速率控制在可以接受的范圍內，有時候還與阻垢劑結合使用，能夠同時達到緩蝕和阻垢的目的。常用的緩蝕劑有鉻酸鹽、亞硝酸鹽、鉬酸鹽、水玻璃等。

（2）提高循環水的pH值。

在酸性溶液中，鐵、銅等金屬氧化物，非常容易溶解，而在堿性溶液中，溶解則較緩慢，因此提高pH值對于抑制此類金屬的溶解十分有利。同時隨著OH-濃度提高，可控制住陰極溶解氧，抑制反應發生，使得金屬腐蝕速率極大降低。

（3）微生物控制。

控制微生物就是要加入抑制其生長的殺生劑，并且除去水中的油和懸浮物這些微生物的營養物。另外，減少陽光直接地照射在冷卻水上，可以降低藻類繁殖的速度。實踐證明，同時使用以上方法效果會更好，費用也比較低。

加強水冷器的防腐措施

水冷器的選材要根據管程和殼程的操作條件、操作溫度綜合考慮。一般水冷器常用材質有碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼、鈦、雙相鋼等。由于循環水濃縮導致系統氯離子高，因此選擇不銹鋼時要注意。對于微生物腐蝕，可以優先選擇鈦和不銹鋼，其次是銅和鋁。

煉油廠水冷器經常采用的防腐處理方式是：碳鋼+表面處理。表面處理方法有涂料、鎳磷鍍等。其中涂料防腐應用比較成功。采用表面處理技術要注意施工質量管理，同時要防止針孔等現象的發生。

控制循環水流速不能過高或過低

為避免循環水系統結垢和沉積，其流速不能太低。但也不能太高，是為了避免發生沖蝕的可能。運行時一定要控制最低流速和最高流速，實際操作中以流速不低于1m/s為宜，否則易結垢，加快腐蝕。流速的范圍應該視材質和水質而定。

腐蝕檢查和監測

氧含量、濃縮倍數、pH值、殺菌劑殘余濃度以及循環水出口溫度是循環水系統中影響腐蝕及結垢的關鍵參數，應重點監測。為及時了解循環水系統運行情況及腐蝕結垢情況，按照中國石化要求，要對水質進行常規分析檢測，同時要在每個循環水場均設有監測模擬換熱器及掛片器，以檢測換熱設備的腐蝕結垢狀況，根據監測來確定水處理的效果，并據此進行相應調整。電化學腐蝕在線監測系統目前在國內外應用比較廣泛，采用線性極化測試可以測量金屬在循環水中的瞬時腐蝕性速度。

結語

常減壓裝置的水冷器出現頻繁泄漏情況，與循環水中存在的不良因素有很大關系。通過對循環水腐蝕機理的探討能夠為預防其腐蝕提供相應的對策。

為防止或減緩水冷器腐蝕泄漏發生，應該加強對循環水水質的監管，保證水質達標，從而實現整個裝置的“安、穩、長、滿、優”運行。