PTA裝置干燥機加熱管腐蝕原因與防護措施

摘 要：遼陽石化芳烴廠PTA裝置干燥機在運行中發現加熱效果下降，加熱管發生泄漏，為此置換下來進行檢驗。發現1根加熱管破裂、中間區域加熱管的迎料面發生腐蝕減薄。其原因主要是縫隙腐蝕，點蝕，應力腐蝕，以及三種腐蝕的協同作用導致加熱管破裂。作者提出了相應處理方法和防腐蝕措施。

關鍵詞：干燥機；檢驗；加熱管腐蝕；原因分析；防護措施

1.概況

芳烴廠PTA裝置M-423干燥機是一種圓筒形，臥式結構的旋轉設備，殼體材料為316L不銹鋼。干燥機內沿整個圓周均勻布置了四層回轉蒸汽加熱管，每層都是42根管，管子的材料均為316L不銹鋼，由內到外加熱管的規格依次為：ф88.9х5.49、ф101.6х3.05、ф114.3х3.05、ф141.3х3.4。此設備2007年8月投產使用，定期進行清洗維護在2013年5月份用戶發現傳熱效果下降，冷凝液中有物料成分存在，說明有的加熱管發生泄漏，因此用戶置換下來進行全面檢查。

2.全面檢查

2.1宏觀檢查

對加熱管進行宏觀檢查，發現第3層加熱管的迎料面，在距離出口7.6米處，有長200mm，最大寬度為15mm的裂口，裂口由內向外隆起，沿裂口兩端有一連串銹斑、點蝕坑，加熱管破裂圖如圖1所示。

圖1加熱管破裂圖

2.2測厚檢查

用型號為26MG的超聲波測厚儀對加熱管進行測厚檢查，發現在加熱管的中間區域的迎料面腐蝕減薄嚴重，即根據管的支撐位置把加熱管從入口到出口平均分成9個區域，在6區、7區（即距離出口5米至10米區域）的迎料面腐蝕減薄嚴重，檢測的部分數據如表1所示。

表1 干燥機加熱管檢測的部分數據

第一層（內層） 第二層 第三層 第四層（外層）

安裝厚度mm 5.49 3.05 3.05 3.4

檢測結果 mm

（6區、7區的迎料面） 1.97 2.13

2.81 2.89 1.52 1.57

1.26 1.42 1.89 1.63

1.31 0.82 2.13 2.82

2.90 3.21

材質 316L 316L 316L 316L

3.腐蝕原因分析

主要是縫隙腐蝕；點蝕；應力腐蝕。

3.1 管子外壁結垢引起縫隙腐蝕

從檢驗結果看，管子的腐蝕減薄主要發生在中間區域的迎料面，而背料面幾乎沒有減薄，形成了“陰陽管”表面腐蝕形貌。

這是由于CTA物料中含有醋酸、鹵素離子等介質，腐蝕主要與溫度、物料的濕度及醋酸、鹵素離子的濃度有關。

進料段溫度低，出料段醋酸濃度低，所以這兩段腐蝕較輕，而在中間段溫度較高，醋酸濃度較高，物料還含有一定的水份，結果導致此處的加熱管迎料面外壁結垢，從而引起縫隙腐蝕。縫隙腐蝕原理[1]是氧濃差電池與閉塞電池自催化效應共同作用的結果。缺乏氧的結垢層下基材，由于電位較低作陽極，氧易達到的金屬外表面鈍化膜電位較高作陰極，結果就形成小陽極大陰極的腐蝕電池持續腐蝕垢下基材，使迎料面管子產生腐蝕減薄。反應方程式如下：

陽極：M→M++e （式1）

陰極：O2+2H2O+4e→4OH- （式2）

縫內金屬鹽類發生水解：M+Cl+ H2O→MOH↓+H+Cl （式3）

3.2點蝕

點蝕發生的過程通常是Br-或Cl-侵蝕金屬表面某些活的點先產生蝕坑，然后在蝕坑內形成閉塞電池，再以自催化的方式生長。

由于在CTA漿料中含有Br-、Cl-離子及醋酸雜質，316L不銹鋼在這樣的環境下很容易發生點蝕。首先Br-、Cl-離子會侵蝕316L表面的MnS等夾雜物形成局部缺陷，即點蝕坑，然后HAC就會從產生的缺陷處滲入母材，在坑內形成閉塞電池，使點蝕以自催化的形式進行下去。反應的方程式如下：

MnS Mn2++S+2e- （式4）

Mn++nH2O→M（OH）n +nH+ （式5）

Mn+ Cl-n +n H2O→M（OH）n+nH++n Cl- （式6）

3.3應力腐蝕

加熱管產生腐蝕減薄和點蝕為應力腐蝕裂紋的萌生提供條件。

管的破裂是由于應力腐蝕造成的。

產生應力腐蝕的三個因素[3]

a 應力腐蝕環境：由于在CTA物料中含溴醋酸介質，設備在堿洗時帶進氯離子，具備設備發生應力腐蝕的環境；

b 應力腐蝕敏感材料：加熱管的材質是316L，是對應力腐蝕敏感的一種不銹鋼；

c 產生應力腐蝕的應力：加熱管內壓，腐蝕坑根部應力集中等引起的應力。

3.4加熱管破裂原因

加熱管產生縫隙腐蝕減薄和點蝕為應力腐蝕裂紋的萌生提供條件，管的破裂是由于應力腐蝕造成的。

首先加熱管外壁產生許多腐蝕坑，在腐蝕坑根部引起應力集中，產生很大的應力，同時在工作壓力的共同作用下，坑根部先萌發出裂紋，由于應力使裂紋擴展，最后產生鼓脹破裂。

4.結論

加熱管中間區域發生腐蝕減薄及破裂，其主要原因是結垢物在加熱管表面沉積時發生縫隙腐蝕使管壁腐蝕減薄；316L不銹鋼在含鹵素離子的醋酸溶液中首先在材料表面的MnS等夾雜物地方形成局部缺陷即點蝕坑，然后點蝕以自催化的形式進行下去。由于管子已發生腐蝕減薄并產生很多腐蝕坑，在蝕坑根部應力集中產生應力腐蝕裂紋，當操作壓力的異常波動時就發生了局部鼓脹破裂。

5.防腐蝕措施

嚴格控制好CTA漿料中鹵素離子及醋酸的含量，控制腐蝕環境；平穩操作，控制好蒸汽溫度和筒體的轉速，防止運行條件控制不當加劇腐蝕程度；定期清洗列管，降低結垢程度，減少縫隙腐蝕；對腐蝕嚴重的加熱管進行更換，保證加熱效果。

參考文獻：

[1]朱日彰.金屬腐蝕學[M].北京：冶金工業出版社，1989，111-112

[2]余存燁.PTA裝置不銹鋼點腐蝕綜述.石油化工腐蝕與防護2009，26（6），1-7

[3]強天鵬.壓力容器檢驗，中國鍋爐壓力容器檢驗協會，2006，193-196

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。