轉化廢鍋換熱管腐蝕泄漏的原因分析及改進措施

申國威（新疆中泰化學股份有限公司，新疆烏魯木齊 830009）

轉化廢鍋換熱管腐蝕泄漏的原因分析及改進措施

申國威（新疆中泰化學股份有限公司，新疆烏魯木齊 830009）

本篇文章研究分析的是轉化制氫裝置的廢熱鍋爐換熱管腐蝕泄漏的原因，并對其在實際工藝生產中產生的問題，進行分析，制定了有效的技術防治措施，進行有效改進

廢鍋；換熱管；腐蝕原因；改進措施

轉化制氫工藝的廢熱鍋爐設備，工業生產中其氣源裝置是以天然氣為原料的換熱式工藝流程，結構為浮頭式“U”型換熱管式換熱器。

轉化廢鍋技術特性指標：

該設備規格：Φ730*4560mm；筒體材料為：A516Cr70NiS5；管板材質：304S，U型管束材質為304S（0Cr18Ni9）；U型管束規格為：Φ25.5*2.11，共170根；廢鍋的液位：≥40%；殼程的工作介質中Cl-的含量為：＜10ppm以下；

1 設備現狀

檢測時間氫含量H21 0月2 . 7 % 1 1月2 . 3 % 1 2月2 % 1月2 . 3 % 2月2 % 3月3 %

該設備制造投入裝置工藝后，生產運行操作中發現蒸汽管網帶氫氣，對水質取樣分析，從檢測表中數據可以看出氫含量嚴重超標。由此判定：轉化廢鍋換熱管發生泄漏。轉化裝置計劃停車進行檢修，對廢熱鍋爐進行了檢查與分析：

1.1 設備損傷情況

（1）廢鍋內芯的管板與換熱管焊縫表面做PT著色探傷，不規則裂紋縱橫多達90余處；

（2）裂紋大多分布在換熱管管頭部位、管板空橋堆焊處，裂紋分布沒有明顯的規律（3）試壓檢查換熱管泄漏多達46根，尤其是工藝氣出口端裂紋的情況逐漸減少。

1.2 裂紋的產生原因分析

（1）裂紋具有穿晶應力腐蝕；（2）水激、擊振動產生裂紋，引起腐蝕，由此發展為更深層裂紋至管板表面，甚至為穿透型；（3）以點蝕為滲透源產生的裂紋；（4）H脆，造成裂紋的產生；

1.3 介質狀況

（1）裂紋源為點蝕特征；（2）由內向外的發展趨勢顯示殼程鍋爐水/蒸汽一側的介質腐蝕滲透；（3）由檢驗分析知：鍋爐水pH值在7左右，Cl-含量在20ppm以上，如表記錄：

分析時間C I含量p p m 1 0月2 9 1 1月2 1 1 2月2 2 1月2 7 2月3 0

（4）從抽出的“U”型換熱管芯可以明顯看出明顯的氣液分界面痕跡，這表明換熱管常處于“水激”與“干鍋”交替的工藝條件中運行，從而為Cl-濃縮創造了條件。

這說明：在高溫水及蒸汽條件操作，由于干鍋水激交替造成的Cl-濃縮倍數可達數百倍乃至千倍，裂紋尖端密集的Cl-高達1000ppm以上。

2 故障的原因分析

2.1 工藝操作因素

工藝水、飽和蒸汽量控制超指標，液位不足造成超壓、超溫沖擊設備造成裂紋。5%-10%的軟水量自調控制困難，就地液位計和浮筒液位計無法監控。設備工況必須確保工藝氣出口至中變溫度控制在380℃穩定操作，由于工藝操作液位的建立已無法調控，蒸汽出口氣量在0.6m3/h-1.27m3/h范圍，氣液波動極大造成干鍋、水擊（激）現象產生，形成干、濕波動交替現象，從而使自產外送的蒸汽無法滿足生產。工藝控制調節手段不完善。

2.2 介質因素

由于Cl-的大量濃縮集中及其具有較強的吸附性，破壞了不銹鋼表面的鈍化膜，形成點蝕，加上水激、氣蝕負面影響，造成Cl-濃縮，極易在管板處產生裂紋。當pH值在6-7之間時，304S（0Cr18Ni9）不銹鋼應力腐蝕最為敏感，容易造成換熱管與管板焊縫產生穿晶應力腐蝕。

2.3 氫脆現象造成

當溫度超過300℃時，吸附在型管束及管板表面的氫分子，分解成氫原子或氫離子向管束與管板間細小縫隙內擴散，與滲碳體作用發生反應生成CH4，轉化氣內也含有CH4，使鋼脫碳，而甲烷在鋼中的擴散能力很小，聚集在晶界原有的微觀孔、縫隙內形成局部高壓，產生應力集中，使得晶界變寬，發展成裂紋，積于管束與管板焊縫處，則會產生氫脆、氫腐蝕現象造成泄漏。

2.4 應力因素

應力在不銹鋼的腐蝕中主要是破壞不銹鋼鈍化膜，加速Cl-吸附及應力變形作用，形成應力腐蝕。

2.5 溫度的因素

在多處裂紋中，工藝氣入口有12處，其余的分布在工藝氣出口處。管外（殼程）為水及水蒸氣，水汽化為蒸汽的溫度在200-230℃左右，轉化氣入U型管束在管板的溫度約為360℃左右，這個溫度區間正是工藝波動，水激產生瞬間汽化、形成振動的界區，又是不銹鋼應力腐蝕的敏感溫度。

3 實施改進與對策

經過上述分析，找到了根本原因所在。由此，采取了相應的改進措施：3.1 優化工藝操作條件，工藝精細操作調節監控運行指標，確保殼體液位保持穩定使得溫度恒定在指標內，使之遠離Cl-應力腐蝕敏感區；

3.2 對工藝氣管線技術改造。將原工藝氣連通管線由DN50mm改為DN200mm，并增加調節付線，使工藝氣出口溫度控制在大于380℃，全面平衡工藝氣的流量、溫度，保證后系統的正常操作工藝指標，確保廢鍋產氣量平穩壓力＞3.0MPa送至管網；

3.3 對脫鹽水入口工藝管線改造，增加手動調節閥及手動控制旁路，使得手動與自調可同時控制；