冷卻器腐蝕的原因分析及應對措施

（111003???中國石油天然氣股份有限公司遼陽石化分公司生產監測部）

摘要：冷卻器E303在運行中發現傳熱效果下降，停車檢驗發現多根換熱管鼓包泄漏、管箱底部腐蝕減薄。分析腐蝕原因主要是殼程介質（重整油氫氣）中含有H2S、Cl-酸性雜質超標，形成了濕H2S、Cl-腐蝕環境從而引起設備腐蝕。作者提出了相應處理方法和防腐蝕措施。

關鍵字：冷卻器;檢驗;腐蝕;原因分析;防護措施

1.概況

冷卻器E303為浮頭式換熱器，其技術參數，管程：工作壓力為0.405?MPa，工作溫度為40℃，介質為冷卻水;殼程：工作壓力為1.307?MPa，工作溫度為50℃，介質為HC+H2（含H2S、Cl-雜質）。材質及規格：殼體材質為16MnR，內徑ф737mm，公稱壁厚10mm;管箱材質為16MnR，內徑ф737mm，公稱壁厚10mm;換熱管材質為10#，外徑ф19mm，公稱壁厚2mm;接管材質為20#。該設備在2007年上半年用戶發現傳熱效果下降，化驗管程出口冷卻水中有物料成分存在，說明有的換熱管發生泄漏，因此用戶在當年8月置換下來進行全面檢驗。

2.全面檢驗

（一）換熱器管束檢驗

當拆開換熱器抽出管束時，發現管束外表面銹蝕嚴重，有較多腐蝕物，有很多換熱管存在鼓包變形現象，其中部分鼓包變形處已發生開裂;在換熱管鼓包處截取一段管子用26MG超聲波測厚儀對其管壁進行測厚，數值分別為：?1.95mm、1.90mm、1.68mm、1.52mm、1.55mm、1.76mm、1.91mm、1.97mm?1.96mm（中間數據是鼓包部位）。從檢測數據看，未鼓包部位壁厚減薄不明顯，而鼓包部位則存在明顯的壁厚減薄現象，說明鼓包部位是腐蝕嚴重部位。

（二）?換熱器殼體檢驗

用型號為26MG的超聲波測厚儀對換熱器殼體進行測厚，發現在小浮頭一側管箱的底部有一腐蝕區域，面積為126500mm2（230mm*550mm），實測厚度在8.64mm～9.26mm之間。

對接管角焊縫進行滲透檢測，對管箱底部的內表面及其內表面焊縫100%用濕熒光磁粉檢查均未發現裂紋。

3.腐蝕原因分析及處理方法

（一）腐蝕環境

由于在殼程物料中含有H2S、Cl-等雜質，形成了含濕H2S及?Cl-的酸性腐蝕環境。影響腐蝕的環境因素主要是硫化氫濃度、氯離子濃度、液體流速等。

（二）換熱管鼓包泄漏原因及處理方法

換熱管外壁處于濕硫化氫、Cl-腐蝕環境中，材料晶內和晶界有夾雜物存在以及局部應力的增大，使換熱管在運行過程中極易在此處發生電化學腐蝕而使管壁減薄，當管壁減薄到一定程度時，在管內壓力波動的作用下形成鼓包，隨著腐蝕的加劇和壓力波動的繼續作用，導致在鼓包處產生裂紋，進而發生泄漏，故對泄漏的換熱管進行更換。

（三）管箱內表面腐蝕減薄原因分析及處理方法

管箱的內表面屬于換熱器的殼程，處于濕硫化氫、Cl-腐蝕環境中，管箱底部設有排凈口，如果排放不及時，物料中的油污、水及各種腐蝕雜質很容易在此處滯留形成死角，隨著腐蝕物質滯留、濃縮而在管箱底部發生垢下腐蝕，造成了管箱底部的大面積腐蝕減薄以及出現孔蝕。

管箱底部的腐蝕主要是由于電化學腐蝕和反應產生的氫原子擴散至鋼中引起的，電化學腐蝕反應如下：①料中的H2S→H++HS-;②腐蝕反應中陽極反應為Fe+?HS-→Fe?S↓+H++2e-;③陰極反應為2H++2e-→2Had→H2↑（向鋼中擴散）→2Hab

式中??Had—吸附氫;Hab吸收氫

從反應過程可知有FeS生成，FeS可以沉積在金屬表面上形成保護膜，但是高濃度的FeS會加速腐蝕。因為FeS膜并非完全是緩蝕劑膜，當過量的硫化氫溶于水，膜的厚度增加，系統內流速使膜從金屬表面剝離，這樣，金屬又暴露在腐蝕介質中，加速腐蝕。使金屬重新暴露，去硫化亞鐵保護膜的金屬可被硫化氫再次腐蝕生成FeS膜，FeS又再次被破壞，促進了鋼的均勻腐蝕。腐蝕反應過程如下：④2HCl?+?Fe→?FeCl2+H2;⑤FeCl2+H2S?→?FeS?+2HCl;⑥Fe+H2S→?FeS+H2;⑦FeS?+2HCl→FeCl2+H2S。

此外，由于H原子的滲透作用，還可以發生局部應力腐蝕開裂。濕H2S腐蝕對碳鋼、低合金鋼設備的應力腐蝕開裂主要發生在焊縫和熱影響區部位。

管箱壁厚校核

按原設計規范GB150-89《鋼制壓力容器》進行校核

PDi???????????????????????????????1.306*737

δ校=??????????????+?2C2=??????????????????+2*1.36?=5.68mm<δ測=8.64mm

2[σ]tф-P2*163*1-1.306

式中?δ校———?強度校核壁厚，mm

P——?殼程工作壓力，為1.306?MPa;

Di——?管箱內徑，為ф737mm;

ф——?焊縫系數，為1;

[σ]t——?最高工作溫度下材料許用應力，為163?MPa;

C2——?腐蝕裕量?C2=6*0.23=1.36mm?（下一檢驗周期為6年，腐蝕速率為（10-8.64）/6=0.23mm/年）

現實測的最小壁厚為8.64mm，滿足強度要求。故管箱底部腐蝕減薄不影響安全使用和定級，不需要處理。

4.結論

此冷卻器換熱管鼓包泄漏，管箱底部腐蝕減薄，其主要原因是殼程介質（重整油氫氣）中含有H2S、Cl-酸性雜質超標，形成了濕H2S、Cl-腐蝕環境，加之材料本身存在夾雜物部位，局部應力集中部位以及腐蝕物質在設備底部的滯留濃縮，在這些部位發生了電化學腐蝕和反應產生的氫原子向鋼中擴散使壁厚減薄，當減薄到一定程度在操作壓力的異常波動時就發生了腐蝕泄漏。

5.防腐蝕措施

①嚴格控制殼程物料中H2S、Cl-的含量;②平穩操作，控制好物料流速及壓力;③管箱底部的排凈口要及時排放，防止腐蝕物質在此處滯留及濃縮;④加入緩蝕劑;⑤對冷卻器定期清洗，防止管束外壁結垢、腐蝕，影響換熱效果。

參考文獻：

[1]強天鵬.壓力容器檢驗.（中國鍋爐壓力容器檢驗協會）

[2]田亞團.燃料氣換熱器管束鼓包開裂分析.理化檢驗（物理分冊），2010.10

作者簡介：韓冬錄（1967～），女，漢族，遼寧遼陽人，工程師，工學學士，單位：中國石油天然氣股份有限公司遼陽石化分公司，研究方向：石油化工設備的腐蝕情況。