煉油廠換熱器腐蝕機理分析及防護探討

盛杰（大慶宏偉慶化石油化工有限公司，設備工程師，黑龍江大慶163411）

煉油廠換熱器腐蝕機理分析及防護探討

盛杰（大慶宏偉慶化石油化工有限公司，設備工程師，黑龍江大慶163411）

煉油廠的換熱器設備隨著國產原油酸值的增加，導致其腐蝕現象也愈加嚴重。本文針對換熱器的腐蝕機理進行了具體分析，并對如何進行防護提出了建議。

換熱器;腐蝕機理;防護

換熱器是煉油企業在生產中常用的設備，它的投入約占全部設備的五分之一到五分之二左右。換熱器設備的運轉狀態關系著全套設備的安全生產和效率等綜合指標，對生產線的長期平穩運行起到了關鍵的作用。最近這些年，我國出產的原油變重，其PH值降低。隨之而來的是進口原油數量的增長，這些進口原油中硫的的含量較多。這些都造成了換熱器設備的腐蝕現象的加重。這些現象中較為常見的是管束開裂、穿孔，殼體厚度變薄、穿孔，或者是管板和管束連接處的孔蝕現象等。本文對這些現象進行了腐蝕機理分析，總結出了換熱器的常出現的幾種類型。

1 換熱器設備的腐蝕類型

1.1 氯化物的腐蝕

氯化物的腐蝕常見于很多含有氯離子和硫離子的低溫設備中，是較為常見的腐蝕種類。由于在這些設備中其運行溫度比誰的露點低而容易形成冷凝現象。此時，氣態的氯化氫和二氧化硫非常容易溶解在水中，這時氯化氫和二氧化硫就會彼此影響，加強腐蝕。在這種情況下，設備中的鐵元素會和硫化氫反應變為硫化鐵，附著在設備表面。化學反應式為：

這層硫化鐵可以作為保護膜對設備給予了一定的防護，可是氯化氫卻可以和硫化鐵反應而破壞這層防護膜而發生了腐蝕現象。化學反應式為：

這些化學反應的循環造成了腐蝕現象的加重，讓設備的腐蝕現象進一步加劇。

1.2 應力的腐蝕

應力腐蝕的發生是金屬材質在受到拉應力與某些腐蝕介質一起作用而形成的。這種腐蝕會造成材質產生裂紋。這些造成腐蝕的應力不光包括設備在生產過程中受到的拉應力（如熱應力、載荷應力或金屬結構不連續造成的局部應力），也包括設備在生產制造時留下的剩余應力（如焊接應力、冷加工時造成的應力）。在大部分的應力腐蝕現象中的關鍵應力就是那些不連續的拉應力。所以，應力的腐蝕常常出現在設備的結構不連續位置或是焊接部位。

在換熱器設備上的應力腐蝕主要是硫化物應力腐蝕、氯離子應力腐蝕和氫腐蝕。硫化物的應力腐蝕大多數出現在高強度鋼中。在不銹鋼設備中，如果氯離子的含量超過了每升30毫克且溫度超過75攝氏度的情況下，氯離子的應力腐蝕就會非常嚴重。

1.3 電化學的腐蝕

電化學的腐蝕現象也很常見。微電波的形成主要是由于碳素鋼等金屬在水等電解質溶液中形成的。在微電波的影響下，碳素鋼中的鐵素體與滲碳體會形成一種腐蝕電池。原因是在溶液中低電位的鐵素體變為陽極，高電位的滲碳體變為了。因此電化學的腐蝕現象就發生了。

陽極的化學式為:

此時溶液中的電子從陽極到陰極。在陰極處同溶液中的氧氣及電子反應成為了氫氧根離子。

陰極的化學式為:

在溶液里，鐵離子和氫氧根離子結合為氫氧化二鐵，沉淀在兩級交匯處。

1.4 氯化銨的腐蝕

這種腐蝕多產生在催化分餾系統中的頂循環系統中，氯化銨也是造成分餾塔結鹽的主要化學物質。在氯化銨的溶液中有著下面幾種化學反應：

2 設備的防護

按照以上對腐蝕現象的研究，硫化物、電解質溶液以及氯化物都是腐蝕發生的源頭物質。在氧含量與水合適的情況下，就會在換熱器設備表面轉換為酸性溶液。如果想要防止這種溶液的產生，可以在換熱器設備投入生產之前或者中間檢修的間隙采取動態、靜態鈍化處理，讓設備中的金屬從活躍變為鈍化狀態，這樣就會大大扼制腐蝕現象的發生或是減緩其過程。

2.1 對設備進行內防腐處理

在上世紀末，防止催化裝置的頂循環系統產生腐蝕現象而采取的措施是用防腐涂料進行保護（選用的是CH848及CH784型防腐涂料）。這種內防腐的優點是能夠進行多次刷涂，但其工藝較為復雜，漆膜必須達到規定的厚度，還需要多次涂刷與加溫烤制。即使是這樣其涂層的附著性和耐溫性仍不高。特別是換熱器的檢修必須使用高壓蒸汽來進行，涂層會受到進一步的破壞。

2.2 特種鍍層防腐

在防腐領域中較為多見的方法是化學鍍鍍鎳磷。這種方法是用還原劑把溶液里面的鎳離子按照要求在催化后的金屬表面還原析出金屬鍍層的防腐方式。這樣的鍍層是一種非晶態合金（也就是金屬玻璃）。它的抗腐蝕性能較好，尤其是硫化氫和氯離子的腐蝕，耐溫性也較好，可以在三百八十度的高溫下保持良好的性能，且非常耐磨、抗沖刷，抗結垢，熱傳導性好。鑒于這些優點，這種防腐技術在很多石油化工中得到了廣泛地應用。

2.3 加強防腐工藝

防腐的工藝中最為有效地使在常壓裝置中使用的“一脫三注”法。這種方式對降低換熱器設備的腐蝕有著很明顯的效果。事實上，在加工前對原油進行提前處理可以讓其中產生的雜質最大程度地降低，這樣就能大大減少換熱器設備的腐蝕。

2.4 電化學防腐蝕法

電化學防腐蝕的措施主要是指犧牲陽極和外加電源法兩種。犧牲陽極防護法的使用主要是在管道防護這個領域上，用在換熱器上的也有。在電化學腐蝕發生時，兩級會有腐蝕電流產生，此時我們放置一個電極電位低于被保護金屬的并與之連接，使得低電位金屬代替高電位防護金屬的腐蝕電流，這樣的方法就是犧牲陽極防護法。現在作為犧牲陽極的金屬較多的是鋅。

2.5 選擇防腐材料制造設備

換熱器設備在制造時應優選那些抗腐蝕的材料去替代碳鋼。比如在氯離子不多的情況下，使用不銹鋼材質的換熱器替代普通換熱器。現在很多的有著優良性能的材質正在逐漸代替普通碳鋼，如雙相不銹鋼和超低碳不銹鋼其抗腐蝕的性能優良，但是其價格限制了他們的應用范圍。因此在選擇換熱器的材料時還必須考慮其耐腐蝕性、經濟性、工藝性等各方面。

3 結語

以上就是針對換熱器設備的腐蝕機理和防護方面的探討。鑒于原油市場的不穩定，在源頭上控制原油品質、類型的初衷就無法滿足了。在實際的使用過程中，因為原油的品質而發生的腐蝕現象日益嚴重，對腐蝕的機理進行分析分析有利于防治腐蝕現象的發生，對設備加以防護，延長設備的使用壽命，降低生產成本。

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