高效復合空冷器管束腐蝕分析與防護

中圖分類號：TE98 文獻標志碼：A 文章編號：1004-0935（2025）07-01178-03

高效復合空冷器因具有占地面積小、換熱效率高等優點，被廣泛應用于煉油裝置中，但復合空冷器在使用過程中也存在維護較為復雜、管束易腐蝕等問題。

1高效復合空冷器腐蝕概況

1.1 高效復合空冷器簡介

某石化公司350萬 t?a^-1 柴油加氫裂化裝置由中國石化洛陽工程有限公司設計。該裝置采用UOP公司提供的固定床兩段式全循環柴油加氫裂化技術。裝置以直餾柴油、催化柴油、漿態床渣油裂化柴油和石腦油為原料，主要生產重石腦油，副產輕石腦油。該裝置分餾塔頂復合空冷器共有8臺，主要作用是冷卻分餾塔頂氣相組分，維持塔頂循環。復合空冷器由集水箱、循環水泵、水冷段管束、空冷段管束、風機、出入口管道等主要部分組成[1]。當集水箱達到一定液位后，啟動循環水泵，通過水冷段管束上方的噴頭，將水均勻地噴灑在水冷段管束上?？绽涠沃饕蔑L機帶動的冷風冷卻入口管道進入空冷器的空冷段管束，空冷段冷卻方式與普通干式空冷器冷卻原理一致[2-5]。進入空冷段管束的冷卻空氣來源是從進風口進入水冷段并經過收水器脫除明水后的空氣，冷卻空冷段管束后經風機排出。空冷段管束表面有纏繞的鋁制翅片，增大了管束換熱面積。高效復合空冷器結構示意圖如圖1所示。

該空冷器冷卻介質為分餾塔頂的石腦油、輕烴等組分，將108 C 介質冷卻到64 C 左右后進入分餾塔頂回流罐，再通過分餾塔頂回流泵將一部分液相外送，一部分液相回流分餾塔，維持塔的氣液平衡。高效復合空冷器數據表如表1所示。

1.2 高效復合空冷器腐蝕概況

該裝置的8臺分餾塔頂空冷器自2021年6月份投用后，在運行不到1年時間里空冷段管束兩側出現明顯結鹽情況，并且部分管束翅片腐蝕脫落甚至管束存在局部腐蝕穿孔造成泄漏情況。對全部8臺復合空冷器空冷段蓋板拆檢發現，空冷段管束結鹽現象較為普遍，兩側換熱管腐蝕相對較為嚴重，翅片不同程度腐蝕脫落。部分換熱管存在因外腐蝕造成的穿孔泄漏，換熱管表面結垢并伴有裂紋，裂紋深度因腐蝕程度不同而不同，結垢物較為松軟，質地較脆。腐蝕嚴重管束主要集中在管束頂層的兩側空冷運行過程中，可發現水冷段水汽通過收水器縫隙進入空冷段，在水汽接觸到空冷段頂部外護板支撐鋼結構時遇冷冷凝后沿鋼結構滴落在管束上的現象。因外護板支撐鋼結構位置恰在空冷段管束兩側上方，造成空冷段管束兩側換熱器結鹽及腐蝕較為嚴重?？绽涠喂苁g情況圖如圖2所示。

在對水冷段管束拆檢中發現，水冷段換熱管也不同程度地存在腐蝕現象。換熱管表面有輕微結鹽情況，腐蝕位置多為水冷段管束最外側靠近彎管部位，有明顯的腐蝕凹坑，個別位置存在腐蝕泄漏現象，但整體情況相較于空冷段腐蝕情況好些。水冷段管束腐蝕情況圖如圖3所示。

2高效復合空冷器管束腐蝕機理

2.1 垢下腐蝕

該復合空冷器在投人運行后，空冷段翅片管束出現了明顯結垢現象，結垢成分主要是氯離子鹽，在潮濕環境下，這些物質對管束翅片及換熱管腐蝕作用明顯，從而最終導致換熱管局部腐蝕穿孔泄漏。由于煉廠特殊環境，煉廠大氣中含有大量的工業廢氣、化學煙霧、鹽分和灰塵等物質，這些雜質進入設備被循環水吸收而形成腐蝕性的溶液水[6-8]。當水被蒸發時，原來溶解在水中的固態物質則被留下來，這些固態物質對設備是有害的，會附著在翅片管表面并逐漸積累[9。而且該煉廠處于海島環境，大氣較為潮濕并且含鹽量較高，空氣中的鹽分隨氣流吸人空冷器內并累積在管束表面，增加了管束表面結垢物中的鹽含量，使管束垢下腐蝕速率進一步加快。

在水冷段換熱管外側彎管部位，由于結構原因，從噴頭噴出的水不能直接噴到水冷段換熱管外側彎管部位，從而導致該處換熱管始終處于潮濕的鹽霧環境中并且表面結鹽得不到連續的水沖洗，最終導致該處換熱管表面點腐蝕，甚至局部出現腐蝕穿孔泄漏現象。

2.2 電化學腐蝕

由于煉廠特殊環境，煉廠空氣中存在著一定量的 CO₂ ！ SO₂ 和其他含硫氮化物，這些雜質隨著冷卻空氣被循環冷卻水吸收形成腐蝕性溶液，當水被蒸發時這些腐蝕性溶液在冷卻水中被不斷濃縮，在水中含量不斷累積。其與溶解在冷凝管束外表面的薄水膜中的 0₂ 一起，在冷凝管束表面形成電解質溶液電解質溶液和鋼中的鐵及少量碳形成很多微小的原電池[10]。

該復合空冷器冷卻用水采用海淡水，雖然海淡水中 Cl^- 含量不高，但在復合空冷器運行過程中，水分經過不斷地循環蒸發，導致水箱內CI濃度不斷累積升高，水箱內冷卻水化驗分析中CI質量濃度為 56.8mg?L^-1 。所以由于CI的不斷累積增加，氯化物、硫酸鹽等濃度增加，尤其CI具有離子半徑小、穿透力強、能夠被金屬表面吸附的特點，并且CI濃度越高，水溶液導電性就越強，電解質電阻就越低，加速陽極腐蝕過程，使氧腐蝕加速，引起點蝕。在氧不充足時， Cl^- 可以自催化進行腐蝕，在表面出現氯離子富集，形成由內到外的腐蝕穿孔。 Na⁺ 的含量較高，形成鈉鹽溶液，鈉鹽溶液水蒸氣壓力低于純水的蒸氣壓力，使空氣中的 0₂ 、 SO₂ 等更迅速溶于鹽溶液水膜，并且其水解的離子導電使初始的原電池反應更加迅速。水中溶解的氧不斷吸收陽極釋放的電子，使得電化學腐蝕不斷進行[11]。

陽極反應如下：

Fe?Fe²⁺+2e

Fe（OH）₂+H₂O?Fe（OH）₃+H⁺+e

2Fe（OH）₃Fe₂O₃+3H₂O

陰極反應如下：

O₂+2H₂O+4e?4OH^-

3高效復合空冷器腐蝕防護措施

3.1空冷段管束腐蝕防護措施

為防止空冷段管束進一步腐蝕，將8臺復合空冷器空冷段蓋板全部拆除，用高壓水槍逐步對結鹽管束進行清洗，清洗后重新防腐噴漆。空冷段管束清洗效果圖如圖4所示。

由于空冷段管束腐蝕主要在管束兩側，為防止收水器再次損壞導致大量水汽進入空冷段繼續腐蝕管束，在原空冷段管束兩側位置蓋板處各開2000mm×300mm 長方形孔，促使空冷段冷卻空氣由外界空氣進入，降低水冷段水汽被吸入空冷段空間概率。管束清洗防腐后，對局部泄漏部位采用金屬膠 + 鋁片 + 碳纖維繩 + 鋼扎帶方法進行堵漏，在泄漏部位外側蓋板開觀察孔以便于日常檢查。泄漏管束堵漏效果圖如圖5所示。

3.2水冷段管束腐蝕防護措施

拆卸水冷段蓋板后，逐根檢查水冷段換熱管腐蝕狀態，對換熱管腐蝕凹坑部位除銹處理，吹掃干凈后，均勻涂抹金屬膠，從而暫時消除泄漏現象?？绽涠螕Q熱管堵漏示意圖如圖6所示。水冷段管束腐蝕部位修補完成后，將水冷段上部的噴頭結構延長，從而保證水冷段管束外端換熱管可以得到冷卻水的連續沖洗，使換熱管表面鹽分不能累積，最終終止該處腐蝕的進一步發生。

3.3水質管理措施

集水箱清理、換水周期由原來的2月1次改為半月1次，同時根據集水箱實際 Cl^- 化驗分析結果采取少量水在線連續直排方法，改善水質情況

4結論

在海島環境下，若想從根本上解決復合空冷器的腐蝕問題，主要要從提升管束材質方向著手，確保管束的抗腐蝕能力，在裝置大檢修時，可以考慮更換管束，如將碳鋼管束更換為雙相鋼材質管束等要加強冷卻水質的監督力度，合理提高水箱清理和換水頻次，必要時要通過連續排水方式保證水質以及水箱加藥的方式減緩管束腐蝕。

參考文獻：

[1]郭俊峰，尤燁龍.淺析表面蒸發式空冷器[J].中國新技術新產品，2021（23）：49-52.

[2]王蓮靜.預冷式表面蒸發空冷器在催化裂化裝置的應用[J].煉油與化工，2018，29（5）：45-46.

[3]陳朔.表面蒸發空冷器的腐蝕與防護[J].科技創新與應用，2017（25）：61.

[4]王英.酸水汽提裝置表面蒸發空冷泄漏分析及處理[J].廣東化工，2015，42（14）：200-201.

[5]劉晉，楊巍，范紅梅，等.重油催化裂化裝置表面蒸發空冷器的緩蝕阻垢研究與應用[J].石油化工設備，2009，38（5）：73-76.

[6]劉晉，范紅梅，楊巍，余永增.SBF-1緩蝕阻垢劑在重催裝置表面蒸發空冷器中的應用[J].石油化工應用，2009，28（2）：107-109.

[7]趙訓躍，陳相.常壓塔頂空氣冷卻器腐蝕失效分析[J].石油化工腐蝕與防護，2009，26（2）：19-22.

[8] 慕宏明，趙海濤，李保華．耐腐蝕導熱涂料LLSTD-1在表面蒸發空冷器上的應用[J].石油化工應用，2008（3）：75-77.

[9]任世科，劉雪梅，黨興鵬.表面蒸發空冷器的腐蝕及防護措施[J].壓力容器，2006（10）：45-47.

[10]金成英，韓勇.丙烷脫瀝青表面蒸發空冷器管束腐蝕原因分析與防護措施[J].石油化工設備技術，2003（6）：58-61.

[11]魏者聰，王海博.常壓塔塔頂冷凝系統NH4Cl鹽腐蝕機理的研究[J].遼寧化工，2019，48（6）：534-536.

Corrosion Analysis and Protection of High-Effciency Composite Air Cooler Tube Bundles

YU Yangyang1， ALLA Neuzorava2， CHEN Guodong1，YAO Guangxiong1， ZHENG Guiliang1 （1. Zhejiang Petrochemical Co.，Ltd.， Zhoushan Zhejiang 316200， China; 2. Sukhoi State Technical University of Gomel， Gomel 246019，Belarus）

Abstract：Taking the high-efficiency composite air cooler of a 3.5Mt?a^-1 dieselhydrocracking unit inacertain petrochemical company asanexample，theosonstatusandmechansmoutsidetepipebundleereaalyed，orespondingmeasureswereputforardto reducethe probabilityofcorosioninthecompositeaircoolerand toesure thestableandsafeoperationof thecompositeaircooler. Key words： Eficient composite air cooler; Tube bundle; Diesel hydrocracking; Corrosion protection