煉化廠水冷器常見腐蝕形式與控制措施

劉殿如

（沈陽中科韋爾腐蝕控制技術有限公司，遼寧 沈陽 110180）

0 引言

水冷器是煉化廠重要的生產設備之一。近幾年來，對國內不同地區煉油化工生產裝置近2000臺水冷器進行腐蝕調查，發現約10%的水冷器管束存在嚴重的腐蝕問題，部分煉化廠水冷器的腐蝕問題占據整個裝置腐蝕問題50%以上，嚴重影響裝置的安全平穩運行，因此控制水冷器腐蝕問題意義重大。

1 水冷器常見腐蝕形式

（1）L-302/2吸收塔中間冷卻器

某煉油廠1#催化裂化裝置吸收塔中間冷卻器L-302/2，主體材質為Q345R（管板）+316L（管束），管程介質為循環水，殼程介質為解吸氣，操作溫度為40/85℃，操作壓力為0.40/1.3MPa。

該水冷器碳鋼材質管板腐蝕嚴重，管板坑蝕2mm左右，管束及焊縫無明顯腐蝕，部分管口焊縫與管板剝離，如圖1所示；

圖1 L-302/2管口焊縫與管板腐蝕剝離

（2）輕烴壓縮機出口冷卻器E2002A

某煉化廠II輕烴回收裝置輕烴壓縮機出口冷卻器E2002A，管板清洗前表面雜物較多，部分管子被雜物堵塞；清洗后發現管板、焊肉坑蝕嚴重，坑蝕深約0.5～2.0mm。個別焊肉存在穿孔，管口存在豁口如圖2所示；

圖2 管板、焊肉坑蝕嚴重，管口形成豁口

（3）初頂后冷器E-1510D

某煉油廠2#常減壓裝置初頂后冷器E-1510D，管程介質為初頂油氣；殼程介質為循環水，使用一個運行周期4年后，管束外表面涂層部分脫落，涂層脫落處有明顯腐蝕，個別管束腐蝕穿孔，如圖3所示。

圖3 管束腐蝕嚴重，蝕坑深約2mm

循環水走殼程時，在折流板附近容易產生死角，水流速較低容易結垢產生垢下腐蝕。而且，水冷器殼程結垢復雜，涂料防腐施工難度較大，施工質量很難得到保證。在一般情況下，建議盡量采取循環水走管程來避免此類問題。

2 主要腐蝕原因分析

（1）輕烴壓縮機出口冷卻器E2002A腐蝕原因分析

對E2002A管板結垢物的能譜分析和X射線衍射分析，確定結垢物的主要元素組成為：Fe、O、C、S、Si、Ca、Na、Mg、Al。各元素含量如表1所示。

X射線衍射儀檢測結垢物中的結晶物質主要為Fe3O4、SiO2、CaMg（CO3）2。衍射圖譜如圖4所示。

由于循環水中的鈣鹽和鎂鹽易于在管板處積存結垢，使得管板結垢處的氧濃度小于四周的氧濃度，此時，結垢處管板成為陽極，未結垢的部位成為陰極，由此形成微小的原電池。腐蝕生成的Fe2+通過結垢物逐漸擴散，遇到OH-和O2時形成Fe3O4，積累在結垢物中。結垢物越來越多，氧濃度差越來越大，導致結垢物下面管板及焊縫越腐蝕越深；

（2）L-302/2吸收塔中間冷卻器

在循環水弱電解質介質中碳鋼材質管板腐蝕電位較低，形成陽極，316L不銹鋼材質管束腐蝕電位較高，形成陰極。電位較高的管束被保護，電位較低碳鋼材質管板會加速腐蝕，從而形成較深的腐蝕凹坑；

（3）初頂后冷器E-1510D

該水冷器循環水走殼程，且管束外表面采用涂料防腐。由于管束外表面存在折流板，導致涂料防腐很難保證施工質量。且管束在拆裝過程中，由于操作不當極易造成管束外表面涂層局部脫落。此外，由于在裝置開工過程中采用了蒸汽對水冷器進行吹掃，造成涂層受熱失效局部脫落，從而導致金屬本體直接接觸循環水。由于金屬電位比循環水中溶解氧的電位低，導致金屬是陽極，溶解氧是陰極，形成電化學腐蝕體系，從而導致管束腐蝕穿孔。反應式如下[1]：

表1 E2002A管板結垢物能譜分析結果

圖4 E2002A管板結垢物的X射線衍射圖

3 水冷器防腐措施

（1）水質的控制是解決水冷器系統腐蝕的根本，水質控制的質量直接影響全廠水冷器的長周期平穩運行。因此，嚴格執行循環水pH、含油量、濁度、濃縮倍數、總磷、總鐵、余氯、異氧菌、生物粘泥、粘附速率、腐蝕速率等各項控制指標，出現異常情況及時進行處理；

（2）當循環水流速走管程時，流速不能低于0.9m/s，當循環水走殼程時流速不能低于0.3m/s。循環冷卻水回水溫度不能超過60℃。如果溫度控制過高，結垢傾向加劇。建議在裝置正常運行后每個季度對各冷卻器進行流量、流速及出口溫度標定，在控制閥上標記允許的流速控制范圍，減輕因流速控制過低造成垢下腐蝕。對于流速無法達到要求的冷卻器，可以采用定期沖洗和超聲波除垢的方法來減緩結垢；

（3）涂料隔離和陰極保護是水冷器防腐比較普遍的手段，具有很好的防腐效果。

目前，循環冷卻水中常用的犧牲陽極材料主要鋅基材料為主，鋅合金陽極自腐蝕低，電流效率高，使用壽命長，適合于長期使用[2]。 在安裝前根據水質情況和裝置運行周期對陽極塊的使用量進行核算，檢修期間根據陽極塊的消耗情況適當調整陽極塊的用量。

在碳鋼水冷器防腐涂料中，成膜物起著防止水、氧、離子、腐蝕性物質等與金屬表面的接觸作用。因此選擇耐水性、抗水汽滲透、能耐一定高溫的成膜物質，是水冷器耐蝕阻垢涂料的關鍵。水冷器耐蝕涂料用于水冷器水側，其主要接觸的介質為循環水，溫度一般不超過100℃，但開停工時需用蒸汽吹掃，由于高溫容易使涂層失效，建議開停工期間采用氮氣對水冷器進行吹掃，以提高涂層的使用壽命[3]；

（4）停工檢修期間對全廠水冷器開展專項腐蝕調查，對比分析各水冷器結垢情況、涂層完好情況、腐蝕情況、陽極塊消耗情況，以便下個運行周期有針對性的對循環水水質和水冷器使用進行調整優化；

（5）檢修期間對水冷器管束進行渦流檢測，根據檢測結果，及時對內部坑蝕嚴重管束進行堵管或更換，同時，可以采用水中含油在線分析儀對水冷器出口循環水水質進行監測，以便水冷器泄露能得到及時判斷和處理，避免出現由于水冷器泄露造成介質污染循環水，增大循環水處理難度和成本；

（6）對于介質側溫度較高容易結垢易腐蝕的水冷器，管束升級為不銹鋼材質具有很好的耐性性，且光滑的不銹鋼管束內表面結垢程度也明顯減輕，如某煉油廠常減壓裝置常壓側線水冷器和減壓側線水冷器均采用304不銹鋼管束，檢修期間打開發現管束內壁光滑，管束無明顯腐蝕。但是，奧氏體不銹鋼容易發生cl-應力腐蝕開裂，在采用不銹鋼材質管束要考慮到介質和循環水中cl-含量，避免出現應力開裂現象；

（7）當循環水走殼程時，由于水冷器管束外表面存在折流板，導致管束外表面進行涂裝防腐涂料時施工難度較大，難免存在有些部位涂料無法覆蓋，導致局部腐蝕加速。同時，折流板和管板容易出現循環水流動死區，加速循環水結垢。因此，在工況條件允許的條件下，盡量采取循環水走管程。

4 結語

各個地區循環水水質不同，造成各個煉化廠水冷器的腐蝕與結垢情況也不同，但是水冷器的腐蝕機理大同小異。針對不同工廠水冷器的腐蝕問題，要在現場工作中不斷研究、試驗，不斷總結經驗，完善針對本廠的循環水管理制度。把水冷器腐蝕程度降到最低，為裝置長周期安全平穩運行打下基礎。