煉化裝置循環水換熱器評價

丁偉男

（中國石油大慶石化分公司，黑龍江大慶 163714）

0 引言

在石油煉化裝置中，以水作為冷卻介質的換熱器一般稱為循環水換熱器。開展循環水換熱器數據收集具有以下重要意義。

（1）及時發現循環水換熱器泄漏，避免循環水系統造成污染，影響其他用戶循環水工作。

（2）及時評價本運行周期內水冷設備的工況，對以后循環水側閥門限流開度提供參考依據，節約循環水用量，提高效益。

（3）可以對循環水場藥劑加入的調整提供參考依據。

1 循環水換熱器評價的影響因素

一般性循環水換熱器評價通常步驟為循環水換熱器評價之前首先確定循環水換熱器的基礎信息。例如，名稱、位號、物料側介質、操作工況和檢修周期（上次檢修拆裝打開時間與本次檢修打開時間間隔）等。然后對循環水換熱器打開后的重要指標，如腐蝕、結垢、黏泥情況、一般雜物堵塞情況等進行逐一分析與評價，從而得出準確結論。還有一種更為準確的評價方法是對垢樣進行分析化驗。垢樣分析一般分析腐蝕因子（Fe2O3）、污泥因子（550 ℃灼燒堿量）、結垢因子（CaO+MgO+P2O5）的各種因素所占比例，從而確定哪種因素占的決定因素大，量化判斷循環水換熱器的腐蝕情況。

2 循環水換熱器一般性評價的指標分析

循環水換熱器一般性評價涉及的指標常常不是單一發生作用，而是多種情況疊加發生的效果。需要對每一方面進行評級評估，一般由程度較輕到嚴重，分為A、AB、B、C 等4 個評級標準，判定標準以循環水換熱器單項級別最低檔為循環水換熱器評價綜合指標。

2.1 腐蝕

腐蝕是指金屬因情況改變發生化學變化。金屬表面在微觀上是不均勻的，當它與水介質接觸時，會形成許多微小的腐蝕電池（簡稱微電池），其中活潑部位成為陽極，不活潑部位成為陰極。金屬在陽極發生氧化反應，釋放出電子，自身被氧化成高價態的金屬離子，從金屬基體上溶解到水中，反應式：Fe→Fe2+2e。

溶解氧或氫離子在陰極發生還原反應，得到電子，自身被還原成低價態的離子或分子。在中堿性冷卻水中，主要發生溶解氧被還原反應，反應式：1/2O2+H2O+2e→2OH-。

當亞鐵離子與氫氧根相遇時，生成氫氧化鐵沉淀，反應式：Fe2++2OH-→Fe（OH）2。

氫氧化鐵的產生即是腐蝕的開始，金屬離子在陽極進入水溶液及其水化的過程，稱為陽極過程。水中的溶解氧和氫離子在陰極不斷獲得電子被還原的過程，稱為陰極過程。如果沒有陰極過程，陽極過程就不能進行；反之，沒有陽極過程，陰極過程也不能進行。因此，只有當陽極過程和陰極過程同時存在并進行時，腐蝕情況才能發生，造成兩側工藝介質發生滲透現象。影響金屬腐蝕的主要因素有pH 值、硬度和堿度、氯離子和硫酸根、懸浮物、溶解氧、微生物、水流速與溫度等。最常見的現象是管口、管板發生坑蝕，可以通過測量金屬表面附著物，如銹、垢厚度及點蝕坑深度來認定坑蝕發生的嚴重程度。碳鋼表面存在不完整的氧化皮，或存在硫化物夾渣都會使碳鋼在含氧的水中發生坑蝕。硫化物相對碳鋼為陰極，坑蝕自硫化物—鋼交接面開始，向碳鋼一側發展。

2.2 結垢腐蝕

結垢腐蝕也是常見的情況。結垢物中具有反常溶解度的鹽類，在一定條件下析出并沉積在金屬或其他物體表面。松散的結垢物會和水中濁度物質形成更厚的不良熱傳導面，也容易產生細菌腐蝕，致密的垢型會產生垢下腐蝕。兩種情況都會形成金屬坑蝕，甚至形成穿孔趨勢。由于水垢的形成，氧分子擴散受阻，垢下金屬表面的氧濃度隨腐蝕進行不斷降低，與垢外金屬表面的氧濃度形成濃度差。使得垢下缺氧區金屬表面成為陽極被加速腐蝕的現象叫垢下腐蝕。結垢基本形成在換熱器水出口管內、管板機管箱連接處，多級換熱器組基本成垢在最后一級換熱器水出口。垢下腐蝕常見表現：入口拆裝后存留雜物，出口管板和管口封頭處有沉積性污垢，并且結垢物下方常常伴隨腐蝕情況的發生，通過測量結垢物的厚度來間接判斷腐蝕情況的嚴重程度。垢下腐蝕可以通過拆檢后觀察法判斷，碳酸鹽垢外觀，色白（淡黃）、均勻致密、平滑整潔，屬硬垢類。磷酸鹽垢外觀，色灰、不致密、易變形，屬軟垢類。硅酸鹽垢外觀，顏色較多，以灰白色多見，比碳酸鹽更致密、平滑整潔，屬強硬垢類。還可以通過測定循環水側水流速來量化衡量，一般循環水側流速過低會發生垢下腐蝕。煉化裝置中垢沉積原因主要有兩方面，一是水處理配方的問題，二是裝置工藝控制問題，工藝控制的影響程度更大。

2.3 黏泥腐蝕

水中懸浮物質、泥沙以及細菌形成的黏性物質形成黏泥腐蝕。黏泥會造成管束堵塞，換熱器換熱效率下降，常伴隨微生物的繁殖。黏泥沉積情況多發生在換熱器低流速段，例如，管箱內、殼程換熱器彎管處和折流擋板下擋板處。生物黏泥具有體積小、新陳代謝旺盛（微米級）、繁殖快、易變異、種類多、數量多和分布廣等特點。

2.4 一般雜物堵塞

雜物指塔體填料、塑料布碎片、石子、樹毛以及昆蟲等水質中不可溶固體物質。雜物基本存在于循環水換熱器水入口和折流處入口管口和管板處。一但雜物堵塞，繼而引起循環水換熱器低流速。低流速會使循環水換熱器發生黏泥沉積、結垢及垢下腐蝕和泥下腐蝕。雜物主要來源于水場，如涼水塔破碎填料、枯雜草、小木棍、樹毛，以及基建時沒有清理干凈的小石子等。

3 循環水換熱器準確性評價的指標分析

循環水換熱器的準確性評價一般采用磷系配方及季銨鹽剝離時的半定量判定規律方法（表1），分析腐蝕因子（Fe2O3）、污泥因子（550 ℃灼燒堿量）、結垢因子（CaO+MgO+P2O5）的各種因素所占比例，從而確定哪種因素占的決定因素大。還有采用垢樣中某些成分與SiO2的比值來判別。用CaO/SiO2表示結垢傾向，比值大于2 時又產生沉積的傾向；用Fe2O3/SiO2表示腐蝕傾向，比值小于2 時良好，大于5 時腐蝕，2～5 時需注意。判別實例結果見表2。

表1 磷系配方及季銨鹽剝離時的半定量判定規律

表2 判別實例結果

4 結束語

對于煉化裝置，循環水換熱器評價提供一種科學準確的手段，衡量循環水換熱器在本周期運行內的使用工況。對于預知檢修和計劃檢修很有幫助，可早期判斷出循環水換熱器的泄漏跡象，避免對循環水系統造成污染，提高經濟效益，對調整工藝參數提供參考。