氨冷卻器的腐蝕原因分析與改進(jìn)措施

李紅軍，張 健，王 巖

（1.中國(guó)石油吉林石化公司有機(jī)合成廠，吉林吉林 132022；2.中國(guó)石油吉林石化公司數(shù)據(jù)中心，吉林吉林 132022）

氨冷卻器的腐蝕原因分析與改進(jìn)措施

李紅軍1，張 健1，王 巖2

（1.中國(guó)石油吉林石化公司有機(jī)合成廠，吉林吉林 132022；2.中國(guó)石油吉林石化公司數(shù)據(jù)中心，吉林吉林 132022）

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際以及實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)循環(huán)冷卻水的分析、腐蝕部位特點(diǎn)及金相分析得出氨冷卻器腐蝕的主要原因。換熱管束內(nèi)表面光潔度不夠能夠加快腐蝕與結(jié)垢，非金屬類的雜質(zhì)存在也能降低材料抗腐蝕的能力。

氨冷卻器；腐蝕；分析；改進(jìn)

1 氨冷卻器介紹

氨制冷工藝是將氨作為冷媒，通過液氨氣化、氣氨壓縮冷凝的過程進(jìn)行冷熱交互，達(dá)到給物料制冷的目的。氨制冷系統(tǒng)主要由液氨儲(chǔ)罐、氨蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、油氨分離器、氣氨冷凝器等設(shè)備，以及連接這些設(shè)備的高低壓管道、閥門，相應(yīng)的控制系統(tǒng)和調(diào)節(jié)閥組成。氨在制冷系統(tǒng)中發(fā)生狀態(tài)變化，起到制冷的效果。丁苯橡膠裝置中有一冷凍崗位，主要負(fù)責(zé)為橡膠裝置聚合系統(tǒng)供應(yīng)液氨，同時(shí)收集氣氨，有壓縮機(jī)12臺(tái)，氨冷卻器22臺(tái)。氨冷卻器在制冷過程中的主要作用是將氨壓縮機(jī)的高壓氨氣冷凝為高壓液氨。氨冷卻器屬于傳導(dǎo)式水冷凝器。換熱器形式為固定管板式，規(guī)格為φ1 200*12*6 682，換熱管為870根，規(guī)格為φ25*2.5*6 007，殼體、管束、管板、各部接管材質(zhì)分別為Q345R鋼、20#鋼、A4鋼、20#鋼。氨冷卻器的管束與管板的連接方式為貼脹與焊接結(jié)合。

2 氨冷卻器腐蝕原因分析

2.1 循環(huán)水水質(zhì)分析

氨冷卻器的循環(huán)水為工廠供應(yīng)，冷卻系統(tǒng)為涼水塔，用泵輸送至冷卻器。循環(huán)水屬于敞開式冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，從循環(huán)水上水取樣分析，水樣符合GB/T5012—2014中的要求。

2.2 沉積物的分析

冷卻循環(huán)水在運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)的過程中，冷卻器表面的沉積物包括水垢和污垢兩大類，其中污垢還包括淤泥、腐蝕產(chǎn)物、銹蝕物等。

2.3 冷卻器傳熱管束的檢驗(yàn)分析

2.3.1 管束管材的化學(xué)分析

使用化學(xué)分析方法，對(duì)換熱管進(jìn)行檢測(cè)分析（同批號(hào)未使用過），分別在中部以及端部（6m長(zhǎng)處），主要化學(xué)成本基本相同，符合國(guó)標(biāo)GB8163—87的規(guī)定。

2.3.2 宏觀觀察

對(duì)發(fā)生泄漏的氨冷凝器進(jìn)行拆檢，把冷凝器的循環(huán)水管線和封頭拆除。檢查封頭內(nèi)與循環(huán)水接觸的部分，其表面有一層垢層呈淡黃色。通過觀察可以發(fā)現(xiàn)管板表面有輕微的均勻腐蝕現(xiàn)象。觀察管束內(nèi)表面，可以發(fā)現(xiàn)垢層，并且厚度不均勻。觀察泄漏管束外表面，在中部和兩端都有腐蝕的小孔，呈現(xiàn)隨機(jī)分布。將管內(nèi)的垢層清理后，檢查內(nèi)表面的形態(tài)，坑洼不平的現(xiàn)象出現(xiàn)在管束內(nèi)表面，坑洞的深淺、大小隨機(jī)呈現(xiàn)，在垢層下有孔洞穿壁而過。

對(duì)泄漏的管束和同批號(hào)未使用過的管束，使用金相顯微分析及掃描電鏡分析進(jìn)行對(duì)比分析。通過對(duì)兩個(gè)管束中部及端部橫縱截面取樣，使用金相顯微鏡觀察鏡面光滑的表面，能夠發(fā)現(xiàn)聚集狀態(tài)的非金屬夾雜物以及球狀氧化物，表面都是凹凸不平，說明兩個(gè)管束的金相組織是相同的。管束的表面在使用前就不光潔，在不均勻的表面情況下，就更容易發(fā)生垢層的沉積，進(jìn)而產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

2.4 氨冷卻器腐蝕的其他原因

2.4.1 氨腐蝕

氨冷凝器的作用就是將壓縮機(jī)出口高溫的氣氨冷凝到液態(tài)，如果入口溫度較高會(huì)對(duì)管束有較嚴(yán)重的腐蝕。如果循環(huán)水中有泄漏入的氨，就會(huì)加快腐蝕的進(jìn)程，最終造成管束腐蝕穿孔。

2.4.2 沖刷腐蝕

壓縮機(jī)出口氣氨處于高溫、高壓狀態(tài)，流速較快直接沖刷管束。氣氨在冷凝過程中，循環(huán)水在管束前段縫隙處劇烈蒸發(fā)，容易發(fā)生管束減薄，進(jìn)而引起泄漏。

2.4.3 應(yīng)力腐蝕

換熱器在制備過程中管板與管束結(jié)合處，采用貼脹后焊接方式處理。殘余應(yīng)力會(huì)在脹管處存在，同時(shí)焊接殘余應(yīng)力也存在。氣氨和循環(huán)水的溫差較大，通常氣氨溫度在90℃左右，而循環(huán)水溫度一般在20～30℃（受季節(jié)影響）。管束、管板材質(zhì)不同，熱膨脹系數(shù)不同，較大的溫差應(yīng)力造成管束薄弱處發(fā)生破裂和腐蝕。

3 氨冷卻器改造措施與效果

防止垢下腐蝕和局部腐蝕是防止氨冷凝器泄漏的關(guān)鍵。主要的防護(hù)措施有：一是進(jìn)行冷卻水水質(zhì)處理，混凝、澄清、過濾、軟化、除鹽、除鐵等，為了減弱Cl-腐蝕，采取降低循環(huán)水中Cl-濃度的方法；給循環(huán)水系統(tǒng)配備旁濾系統(tǒng)。二是提高循環(huán)水的流速，或者加裝擾流構(gòu)件，減少循環(huán)水側(cè)的結(jié)垢。三是管束的選用，在資金允許的條件下，盡量選用表面光潔度高、耐腐蝕的材質(zhì)；加強(qiáng)換熱器投用前的清潔工作，將污垢和氧化物從表面清理掉。四是消除管板和管束間的脹接應(yīng)力，將加工方式由貼脹加焊接改為強(qiáng)度焊；入口加防沖板，避免氣體直接沖刷列管。五是提高材料力學(xué)性能，降低腐蝕，管板、殼體、管束材質(zhì)分別由原來的 20#鋼、20#鋼和 A4鋼制造，升級(jí)為16MnR鋼、Q345R鋼、20#鋼。

通過改造，氨冷凝器的運(yùn)行效果較好，檢修次數(shù)大為減少。換熱效果顯著提高，改造后液氨出口溫度比原來降低了4～6 ℃。氨換熱器使用壽命大幅度延長(zhǎng)，降低了檢修費(fèi)用，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 嚴(yán)國(guó)泰.氨制冷系統(tǒng)壓力容器常見腐蝕及對(duì)策[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

Corrosion Cause Analysis and Improvement Measures of Ammonia Cooler

Li Hong-jun，Zhang Jian，Wang Yan

Based on the actual situation of the site and the actual production experience of the author，the main reason of the corrosion of the ammonia cooler is obtained by analyzing the circulating cooling water，the characteristics of the corrosion site and the metallographic analysis.Heat exchanger tube surface finish is not enough to speed up the corrosion and scaling，non-metallic impurities can also reduce the ability of materials corrosion resistance.

ammonia cooler；corrosion；analysis；improvement

TQ051.5；TQ050.9

A

1003-6490（2017）12-0002-01

2017-10-23

李紅軍（1979—），男，吉林吉林人，工程師，主要從事化工生產(chǎn)管理工作。