常壓蒸餾裝置常一線油冷卻器腐蝕結垢的原因與對策

甄鵬飛

(中國石化塔河煉化公司煉油第一作業部，新疆 庫車 842000)

1 冷卻器基本情況

在裝置的冷換設備中，結垢和腐蝕問題是兩個突出難題，由于垢物的附著阻礙了介質的流動和傳熱，導致冷卻器出入口壓力差增大，換熱效果下降，同時易導致垢下腐蝕的發生，縮短冷卻器的使用壽命[1-2]。2019年5月，對塔河煉化1號常壓-焦化聯合裝置常一線油冷卻器E1006進行清洗時發現，管箱封頭及管板上存在大量灰白色垢物，管束入口處存在堵塞現象，且有銹蝕痕跡。為減緩循環水的腐蝕，管箱內設置有鎂合金犧牲陽極塊，規格為60 mm×60 mm×250 mm。E1006操作條件和材質情況見表1。為了查明腐蝕結垢的原因，提出針對性的抑制腐蝕結垢的措施，采集了腐蝕垢樣，委托洛陽技術研發中心開展綜合分析。

表1 E1006冷卻器操作條件和材質

2 試驗方法

2.1 離子色譜分析

采用超聲波振蕩的方法將定量的垢樣充分溶解于定量的蒸餾水中，然后取上層清液過濾，利用離子色譜法(HPIC)測定水中的可溶性陰離子，并取蒸餾水進行空白對照。

2.2 氣相色譜-質譜聯用分析

將垢樣溶于有機溶劑中，萃取出其中的有機物，利用氣相色譜-質譜聯用儀(GC-MS)對垢樣中有機物的組成及含量進行分析。

2.3 能譜分析及X射線衍射分析

將垢樣在200 ℃和400 ℃下烘干去除水分和揮發性介質后，采用能譜分析(EDS)測定其主要元素含量，采用X射線衍射(XRD)分析確定其化合物的主要存在形式。

3 分析結果與討論

3.1 陰離子測定

表2 陰離子測定結果

3.2 有機物組成及含量分析

分別利用環戊烷和二氯乙烷對垢樣進行萃取，采用GC-MS法對萃取液進行分析，經檢測，萃取液中未發現其他有機物。

3.3 腐蝕垢樣分析

表3為垢樣的EDS分析結果。

表3 樣品EDS分析結果 w,%

由表3可知，垢樣主要由O，Si，Ca，Fe和Mg元素組成，且Al和Zn含量也較高，S含量則較低。此外，垢樣熱穩性較好，烘干到400 ℃后其組成與200 ℃下基本保持一致。根據EDS分析結果，可以初步推測垢樣主要來自于泥沙、水垢、腐蝕產物的沉積以及犧牲陽極的溶解，其中，Si元素和Ca元素主要來自于泥沙和水垢，Fe元素主要來自于腐蝕產物，Mg，Al及Zn等元素主要由犧牲陽極的溶解產生，S元素的存在通常與硫酸鹽還原菌(SRB)和H2S環境有關。

XRD分析結果表明，垢樣的主要物相為SiO2和CaCO3。其中，SiO2來自于水中的泥沙，CaCO3為典型的水垢成分。結合EDS分析結果來看，導致腐蝕結垢的主要原因是水中的泥沙和水垢沉積。

4 腐蝕結垢的原因分析

(1)泥沙由循環水引入，在流速較低處，易發生泥沙沉積，而水垢主要由水中可溶的Ca(HCO3)2在傳熱面上受熱分解產生。

(2)碳鋼材質的設備和管道易發生腐蝕，部分腐蝕產物進入循環水中，與泥沙、水垢等一起在冷卻器表面沉積是導致結垢的另一個原因。

5 結論與建議

(1)常一線油冷卻器E1006腐蝕結垢的原因在于循環水中的泥沙和水垢沉積、腐蝕產物堆積以及陽極塊溶解形成的沉淀。

(2)為抑制冷卻器腐蝕結垢，建議嚴格控制循環水出口溫度不超過50 ℃；控制循環冷卻水的流速不低于1 m/s；增強管束內防腐涂層與基體的附著力，提高涂層的防腐蝕性能，避免涂層被刮擦破壞；采用定期反向沖洗等措施減少污垢沉積。

(3)在冷卻器管箱內安裝犧牲陽極時應充分考慮不同部位循環水垢下腐蝕的特點以及內防腐涂層的作用，再結合其對流體流速流態的影響，對犧牲陽極進行選型、用量核算及效果評估。