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有限責任公司，新疆克拉瑪依 834099；2.中石油克拉瑪依石化有限責任公司，新疆克拉瑪依 834003；3.中國石油新疆油田分公司石西油田作業區；新疆克拉瑪依 834000）

1 工藝與設備概況

減壓渣油從減壓塔塔底由泵抽出，經與拔頭原油換熱后，再與脫后原油換熱，最后經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度焊，未進行貼脹。換熱管為波紋管，規格為Φ25×2.5 mm，管程工作壓力0.5 MPa，工作溫度常溫，介質為循環水；殼程工作壓力0.5 MPa，工作溫度150℃，介質為減壓渣油。

2 檢查情況

通過對循環水數據結果分析，認為是冷凝器發生泄漏，殼程的渣油進入管程內，裝置停工將管束抽出后，在管板底部換熱管內壁有渣油附著，對管束進行水壓試驗，發現換熱管泄漏，堵管5根。

2.1 宏觀檢查情況

通過對渣油冷卻器進行宏觀檢驗，發現換熱管外壁防腐層部分脫落（圖1），無明顯腐蝕；換熱器管板防腐層脫落，焊縫局部存在嚴重坑蝕缺陷（圖2），針對換熱器管板焊縫存在的腐蝕缺陷，建議對 13-23，15-25，17-26，19-17，19-18，20-23，20-28，22-23，22-24，28-28 焊縫進行補焊修復。換熱管內壁原防腐層脫落，內壁結垢嚴重，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 遠場渦流檢測情況

對常減壓裝置減壓塔渣油冷卻器進行遠場渦流檢測，共計檢測1306根，已堵管5根，未檢測根數為89根，檢測比例93.2%。

對檢渦流圖譜（圖3）進行分析，發現該管束部分換熱管存在嚴重腐蝕缺陷，存在的缺陷類型為均勻腐蝕加坑蝕，換熱管局部壁厚損失達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，換熱管內壁存在均勻腐蝕、嚴重坑蝕缺陷（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構，管口焊縫質量決定了換熱器的質量和使用壽命，管口焊縫腐蝕控制是換熱器制造質量保證體系中最關鍵的控制環節，因此必須保證焊接接頭的密封性和抗拉強度。

圖3 減壓渣油冷卻器換熱管渦流檢測圖譜

圖4 換熱管縱向剖內壁局部坑蝕

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,焊縫通過宏觀檢查發現冷卻器管口焊縫存在均勻腐蝕、局部嚴重坑蝕（圖2），局部焊縫余高＜設計最小值，已無法滿足設備使用要求。

圖5 冷卻器波紋管變徑處橫剖圖

3.2 換熱管結構

該管束換熱管為波紋管，換熱管通過機械加工形成有規則的凹凸結構，增強對流體流動的擾動作用，破壞壁面邊界層達到強化傳熱作用，傳熱效果與光管相比有明顯提高。

流體流經波紋管，通過對介質操作參數的分析，介質經過波紋管波峰位置時流動速度降低，波峰位置發生沉積及結垢，造成換熱管垢下腐蝕；介質經過波谷位置時流動速度增加，經過收縮段時介質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生沖刷腐蝕，造成換熱管收縮段壁厚減薄。

3.3 循環水腐蝕

水冷器運行一段時間后，在換熱管內壁附著很厚的污垢，容易形成污垢沉淀物，附著于換熱管擴張段，管內壁結垢為微生物及細菌的生存創造了條件。換熱管未采取防護措施，將導致換熱管垢下腐蝕穿孔、泄漏，影響設備的正常運行。

3.4 運行操作方面

冷卻器換熱管腐蝕速度與設備工藝操作溫度密切相關。介質的溫度升高易導致結垢嚴重，水垢的附著速度亦加快；介質流速增大，增加污垢的沉積率，由于冷卻器結構設計的原因，出現循環水流速過小或水流分配不均勻，容易在擴展段沉積污垢，引起垢下腐蝕。

4 處理辦法及預防措施

4.1 處理辦法

冷卻器管口焊縫存在均勻腐蝕、局部嚴重坑蝕，為滿足設備使用需要，對存在嚴重缺陷的管口焊縫進行補焊處理，管板進行貝爾佐鈉防腐，將管口焊縫與介質隔離。

根據換熱管18-1剖面情況，該管束換熱管內壁結構嚴重，清除換熱管內壁附著污垢，存在垢下腐蝕。建議加強管束清洗或水冷器在線定期反沖洗，消除換熱管內壁附著污垢，避免引起垢下腐蝕，提高換熱管的換熱效率。

根據遠場渦流檢測情況，對50根壁厚損失達40%的換熱管進行堵管處理，對換熱管內壁進行熱固化防腐處理。

4.2 預防措施

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

（2）定期對管束進行清洗，防止換熱管內壁結垢，引起垢下腐蝕，造成換熱管腐蝕失效。

（3）加強循環水檢測，閥芯介質泄漏及時查找、切斷泄漏源，防止大量介質進入循環水系統。

（4）加強冷卻器渦流檢測，掌握設備腐蝕狀況。

5 結語

水冷器直接影響著煉化裝置長周期安全穩定運行，水冷器發生泄漏，將使循環水水質惡化，循環水中微生物大量滋生，水冷器結垢、堵塞、腐蝕狀況加劇。為了減緩水冷器結垢、堵塞及腐蝕泄漏，保證水冷器安全穩定運行，應定期對管束進行高壓清洗，清除換熱管進內壁附著污垢；對水冷器換熱管進行遠場渦流檢測，能快速對換熱管的腐蝕狀況做出科學評估，根據檢測結果，制定合理的檢修方案，對裝置的安全穩定運行具有重要的現實意義。