貧富甲醇換熱器換熱管失效分析結果簡析

胡碩生

摘要：隨著工業技術的不斷進步，換熱器設備的管理和運行引起了各級管理人員的重視，由于其工作狀態會直接影響裝置項目的負荷及效率。因此，需要相關管理人員對換熱器的失效問題給子必要的關注和處理。文中針對貧富甲醇高效換熱器換熱管失效原因進行了簡要的分析，并且提出了應對措施，旨在為設備管理人員提供必要的借鑒和參考。

關鍵詞：貧富甲醇;高效換熱器;換熱管;失效;原因

中圖分類號：TG142.71

文獻標識碼：A

文章編號：2095-6487（2019）03-0098-02

0引言

國能集團寧煤煤制油分公司20臺貧富甲醇換熱器投入運行一年多相繼出現換熱管泄漏問題，堵漏點最多達到1485根到達報廢標準。該換熱器管束材質設計為10#鋼，管束介質為富H2S甲醇，工作溫度及設計壓力見下表。為了對換熱器失效機理進行深入分析，進一步確認泄漏原因，大檢修期間我單位安排對三系列E20DE換熱器各抽出2根泄漏嚴重的換熱管，外觀檢查發現換熱管均有孔洞，最大直徑為4.5mm，孔洞部位無明顯減薄。

1失效分析內容及結果

1.1宏觀檢查

送檢試樣共四件，失效形式為點腐蝕穿孔，管件上由委托方標記缺陷方位及設備編號，將E-3100320D的孔朝右側、孔朝下側、孔朝上側管分別編號

1#、2#、3#;將E-3100320E孔朝上側編號4#。

所有管段外壁均勻腐蝕，較平整，穿孔部位邊緣平整，無明顯塑性變形;打開后觀察到管內壁呈黑色，局部存在未貫穿壁厚的點腐蝕坑，內壁附著物質地堅硬，與金屬基體結合緊密。內壁腐蝕坑邊緣整齊，腐蝕坑附近無明顯減薄，管壁厚與設計值相符，整體無明顯減薄。

1.2化學成分分析

根據GB/T223.鋼鐵及合金化學分析分析方法對該送檢試樣進行化學成分分析，結果見表1。鋼管化學成分中C含量略微偏低，接近標準值下限，其余元素符合GB

9948-2006.石油裂化用無縫鋼管對10鋼的規定。

1.3金相組織分析

1.3.1非金屬夾雜物

依據GB/T10561的規定，2#管非金屬夾雜物級別為B2.0級，4#管非金屬夾雜物級別為DO.5級，符合標準準規定的不大于2.5級的要求。

1.3.2金相組織

a.取樣部位

取2#管、4#管橫截面進行金相檢驗。

b.檢驗結果

依據GB/T13298的規定，試樣經機械拋光，采用4%硝酸酒精腐蝕，光學顯微鏡下觀察，母材金屬組織為鐵素體+珠光體，管壁存在脫碳層，脫碳部位金屬組織中珠光體含量減少或完全消失，2#外壁脫碳層深度362μm，內壁無明顯脫碳，4#外壁局部脫碳，最大脫碳層深度653μm，內壁存在部分脫碳現象，脫碳層深度359μm。管內壁均可觀察到數目較多的點腐蝕坑，腐蝕坑內金屬表面有大量附著物。

1.4腐蝕坑及管內壁附著物成分分析

對2#管穿孔部位表面（2處）、2#管點腐蝕坑（未穿）內壁、2#管無明顯腐蝕坑的內表面、4#管點腐蝕坑（未穿）內壁（2處）、4#管無明顯腐蝕坑的內表面以及4#內表面局部堆積的附著物采用EDS分析了元素組成，可見管內壁被以Fe、0、S、C為主要元素組成的物質覆蓋。EDS分析結果如表2所示。

1.5腐蝕形貌

對管內壁及斷口表面的微觀形貌進行觀察，發現管內壁被腐蝕產物覆蓋，腐蝕穿孔部位表面局部可見腐蝕形成的平行條紋狀紋理，管壁內表面的腐蝕產物呈絮狀[2]。

2失效原因綜合分析

2.1檢驗結果

（1）化學成分中C含量略微偏低，但接近標準值下限;（2）金相組織由鐵素體+珠光體組成，內外壁局部脫碳;（3）內壁存在較多點腐蝕坑，除點腐蝕部位外其余部

位無明顯減薄;

（4）管內壁被以Fe、0、S、C為主要元素組成的物質

覆蓋;

（5）腐蝕穿孔部位表面局部可見腐蝕形成的平行條紋

狀紋理，管壁內表面的腐蝕產物呈絮狀。

2.2結果分析

管材表面脫碳會降低材料的力學性能，但不構成本次腐蝕穿孔失效的原因。腐蝕形貌及腐蝕產物符合C02腐蝕的特征，從工藝流程上來看，隨著換熱的進行，甲醇在低溫下吸附H2S、CO2形成的富液的溫度不斷升高，溶液的氣相溶解度不斷降低，酸性氣體CO2從液相首先析出，氣相中的CO2：H2S>200時，腐蝕將以CO2腐蝕為主，CO2分壓不同會形成不同的腐蝕效果，當分壓大于0.2MPa時將產生嚴重腐蝕，從甲醇再生塔頂氣相組成中CO2含量在70%～75%，運行壓力1.15MPa來看，換熱器內CO2分壓較高，除分壓外，溫度、PH值、流速、介質中的Cl一都會對CO2腐蝕產生影響53]。3結束語

措施建議：

（1）增加洗氣甲醇注入量，降低吸收比;

（2）升級為316L奧氏體不銹鋼材質。

參考文獻

[1]錢瀚，高磊，張瑩瑩.低合金高強鋼換熱管開裂原因分析[J].遼寧石油化工大學學報，2018（5）：67-71.

[2]馬小明，余啟超.高效換熱器換熱管失效分析[J].化工機械，2011（3）：364-366.

[3]王國安，孟顯利，甘建琨.工程機械結構件失效分析研究及應用[J].裝備制造技術，2010，2010（5）：137-139.