減壓渣油冷卻器失效原因分析及處理

李 哲 ，潘從錦，趙永利 ，劉 歡，任海峰

（1.克拉瑪依市科比技術(shù)有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834099；2.中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834003；3.中國(guó)石油新疆油田分公司石西油田作業(yè)區(qū)；新疆克拉瑪依 834000）

1 工藝與設(shè)備概況

減壓渣油從減壓塔塔底由泵抽出，經(jīng)與拔頭原油換熱后，再與脫后原油換熱，最后經(jīng)渣油冷卻器冷卻至安全溫度送出裝置。

減壓渣油冷卻器為浮頭式換熱器，換熱管材料為20#鋼，管子與管板連接方式為強(qiáng)度焊，未進(jìn)行貼脹。換熱管為波紋管，規(guī)格為Φ25×2.5 mm，管程工作壓力0.5 MPa，工作溫度常溫，介質(zhì)為循環(huán)水；殼程工作壓力0.5 MPa，工作溫度150℃，介質(zhì)為減壓渣油。

2 檢查情況

通過(guò)對(duì)循環(huán)水?dāng)?shù)據(jù)結(jié)果分析，認(rèn)為是冷凝器發(fā)生泄漏，殼程的渣油進(jìn)入管程內(nèi)，裝置停工將管束抽出后，在管板底部換熱管內(nèi)壁有渣油附著，對(duì)管束進(jìn)行水壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)換熱管泄漏，堵管5根。

2.1 宏觀檢查情況

通過(guò)對(duì)渣油冷卻器進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)換熱管外壁防腐層部分脫落（圖1），無(wú)明顯腐蝕；換熱器管板防腐層脫落，焊縫局部存在嚴(yán)重坑蝕缺陷（圖2），針對(duì)換熱器管板焊縫存在的腐蝕缺陷，建議對(duì) 13-23，15-25，17-26，19-17，19-18，20-23，20-28，22-23，22-24，28-28 焊縫進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)。換熱管內(nèi)壁原防腐層脫落，內(nèi)壁結(jié)垢嚴(yán)重，存在垢下腐蝕。

圖1 換熱管外壁防腐層部分脫落

圖2 換熱管管口焊縫腐蝕情況

2.2 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)情況

對(duì)常減壓裝置減壓塔渣油冷卻器進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)，共計(jì)檢測(cè)1306根，已堵管5根，未檢測(cè)根數(shù)為89根，檢測(cè)比例93.2%。

對(duì)檢渦流圖譜（圖3）進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該管束部分換熱管存在嚴(yán)重腐蝕缺陷，存在的缺陷類(lèi)型為均勻腐蝕加坑蝕，換熱管局部壁厚損失達(dá)40%。

2.3 缺陷管剖面情況

冷卻器換熱管為波紋管，從18-1換熱管局部縱向剖面圖可以看到，換熱管內(nèi)壁存在均勻腐蝕、嚴(yán)重坑蝕缺陷（圖4），換熱管18-1變徑處橫剖圖（圖5）顯示，換熱管變徑處存在均勻腐蝕、坑蝕，換熱管壁厚減薄較大，最小壁厚為1.5 mm。

3 原因分析

3.1 管口焊縫腐蝕

管殼式換熱器管板焊縫是換熱器重要的連接結(jié)構(gòu)，管口焊縫質(zhì)量決定了換熱器的質(zhì)量和使用壽命，管口焊縫腐蝕控制是換熱器制造質(zhì)量保證體系中最關(guān)鍵的控制環(huán)節(jié)，因此必須保證焊接接頭的密封性和抗拉強(qiáng)度。

圖3 減壓渣油冷卻器換熱管渦流檢測(cè)圖譜

圖4 換熱管縱向剖內(nèi)壁局部坑蝕

減壓渣油冷卻器換熱管與管板之間的連接方式為角焊縫焊接,焊縫通過(guò)宏觀檢查發(fā)現(xiàn)冷卻器管口焊縫存在均勻腐蝕、局部嚴(yán)重坑蝕（圖2），局部焊縫余高＜設(shè)計(jì)最小值，已無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)備使用要求。

圖5 冷卻器波紋管變徑處橫剖圖

3.2 換熱管結(jié)構(gòu)

該管束換熱管為波紋管，換熱管通過(guò)機(jī)械加工形成有規(guī)則的凹凸結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)對(duì)流體流動(dòng)的擾動(dòng)作用，破壞壁面邊界層達(dá)到強(qiáng)化傳熱作用，傳熱效果與光管相比有明顯提高。

流體流經(jīng)波紋管，通過(guò)對(duì)介質(zhì)操作參數(shù)的分析，介質(zhì)經(jīng)過(guò)波紋管波峰位置時(shí)流動(dòng)速度降低，波峰位置發(fā)生沉積及結(jié)垢，造成換熱管垢下腐蝕；介質(zhì)經(jīng)過(guò)波谷位置時(shí)流動(dòng)速度增加，經(jīng)過(guò)收縮段時(shí)介質(zhì)流速增大不斷沖刷邊界層，邊界層變薄，使收縮段處換熱管壁厚產(chǎn)生沖刷腐蝕，造成換熱管收縮段壁厚減薄。

3.3 循環(huán)水腐蝕

水冷器運(yùn)行一段時(shí)間后，在換熱管內(nèi)壁附著很厚的污垢，容易形成污垢沉淀物，附著于換熱管擴(kuò)張段，管內(nèi)壁結(jié)垢為微生物及細(xì)菌的生存創(chuàng)造了條件。換熱管未采取防護(hù)措施，將導(dǎo)致?lián)Q熱管垢下腐蝕穿孔、泄漏，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

3.4 運(yùn)行操作方面

冷卻器換熱管腐蝕速度與設(shè)備工藝操作溫度密切相關(guān)。介質(zhì)的溫度升高易導(dǎo)致結(jié)垢嚴(yán)重，水垢的附著速度亦加快；介質(zhì)流速增大，增加污垢的沉積率，由于冷卻器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原因，出現(xiàn)循環(huán)水流速過(guò)小或水流分配不均勻，容易在擴(kuò)展段沉積污垢，引起垢下腐蝕。

4 處理辦法及預(yù)防措施

4.1 處理辦法

冷卻器管口焊縫存在均勻腐蝕、局部嚴(yán)重坑蝕，為滿(mǎn)足設(shè)備使用需要，對(duì)存在嚴(yán)重缺陷的管口焊縫進(jìn)行補(bǔ)焊處理，管板進(jìn)行貝爾佐鈉防腐，將管口焊縫與介質(zhì)隔離。

根據(jù)換熱管18-1剖面情況，該管束換熱管內(nèi)壁結(jié)構(gòu)嚴(yán)重，清除換熱管內(nèi)壁附著污垢，存在垢下腐蝕。建議加強(qiáng)管束清洗或水冷器在線(xiàn)定期反沖洗，消除換熱管內(nèi)壁附著污垢，避免引起垢下腐蝕，提高換熱管的換熱效率。

根據(jù)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)情況，對(duì)50根壁厚損失達(dá)40%的換熱管進(jìn)行堵管處理，對(duì)換熱管內(nèi)壁進(jìn)行熱固化防腐處理。

4.2 預(yù)防措施

（1）保持良好的循環(huán)水水質(zhì)，定期清理循環(huán)水池的沉淀淤泥，防止沙塵及雜物進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)。

（2）定期對(duì)管束進(jìn)行清洗，防止換熱管內(nèi)壁結(jié)垢，引起垢下腐蝕，造成換熱管腐蝕失效。

（3）加強(qiáng)循環(huán)水檢測(cè)，閥芯介質(zhì)泄漏及時(shí)查找、切斷泄漏源，防止大量介質(zhì)進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)。

（4）加強(qiáng)冷卻器渦流檢測(cè)，掌握設(shè)備腐蝕狀況。

5 結(jié)語(yǔ)

水冷器直接影響著煉化裝置長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，水冷器發(fā)生泄漏，將使循環(huán)水水質(zhì)惡化，循環(huán)水中微生物大量滋生，水冷器結(jié)垢、堵塞、腐蝕狀況加劇。為了減緩水冷器結(jié)垢、堵塞及腐蝕泄漏，保證水冷器安全穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)定期對(duì)管束進(jìn)行高壓清洗，清除換熱管進(jìn)內(nèi)壁附著污垢；對(duì)水冷器換熱管進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)，能快速對(duì)換熱管的腐蝕狀況做出科學(xué)評(píng)估，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，制定合理的檢修方案，對(duì)裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。