水冷器管束的內漏

余 剛 關慶賀 中國石油遼陽石化公司機械廠

肖昀斌 遼陽石化公司生產監測部

水冷器管束的內漏

余 剛 關慶賀 中國石油遼陽石化公司機械廠

肖昀斌 遼陽石化公司生產監測部

據循環水場監測顯示，公司某裝置水冷器內漏，經拆下檢修發現，763根φ25×2mm-316L換熱管泄漏了近1/3（含上次堵管)。這臺水冷器為立式BQM1000-1.8/0.6-135-2.4/25-1型，其技術特性見表1。

表1 技術特性

注：（1）氨+硫化氫+水汽；（2）管接頭采用強度焊加貼脹。

搶修回裝，只能根據設備的工況條件和檔案資料結合相關文獻進行分析，合理選材。

1 內漏不是制造用換熱管問題

設備檔案竣工圖等資料顯示：水冷器是某廠工藝污水凈化（含硫酸性水汽提）裝置中的設備，146℃的混合氣從底部進入管程，經殼程循環水冷卻到45℃，管程存在濕H2S應力腐蝕環境而殼程為Cl-腐蝕環境，這可從設計選用換熱管為321和管板得到確認。此備臺水冷器于2011年改造，應用戶要求改換熱管321為316L。查水冷器出廠資料的換熱管材質證書和進廠復驗單，制造所用換熱管的化學成分（見表2）符合標準規定。

表2 換熱管化學成分 %

從備臺設計委托條件看，改用316L是為了進一步解決321的Cl-腐蝕問題：316L較321耐Cl-孔蝕性能有明顯提高[1]。然而對于316L，雖然加入了Mo以減少點蝕和縫隙腐蝕傾向，但并不能從根本上解決在含Cl-的腐蝕介質中的點蝕問題[2]。在冷卻水系統中，Cl-對不銹鋼鈍化膜的破壞作用主要是促使鈍化膜局部破壞而產生點蝕，產生點蝕的Cl-濃度界限：316L不銹鋼約為250mg/L[3]。對于立式水冷器的殼程循環水進口距離下管板密封面180mm的φ108×6mm接管，其底部與管板上表面間不可避免存在流動死區，并且管程進口的混合氣溫度較高，導致此區“死水”的Cl-濃度超標，致使316L換熱管發生Cl-孔蝕穿孔或誘發應力腐蝕破裂；而循環水出口距離上管板密封面180mm的φ108×6mm接管，其頂部與管板下表面間形成循環水流不到的空間，在該區的管束處于干濕交替或氣液交界的環境中，容易使Cl-濃縮，而且循環水在汽液界面蒸發，使溶解氧析出，氧作為陰極去極劑，因此造成并促進應力腐蝕破裂。當換熱管一旦泄漏，混合氣（氨和硫化氫等）進入殼程則惡化循環水（硝化細菌將循環水中的氨轉化為硝酸，硫細菌將循環水中的硫化氫轉化為硫酸）對管束的腐蝕[4,5]。

2 水冷器換熱管的合理選擇

查設備檔案，從設備使用記錄中獲悉水冷器的更換情況見表3。從表中可以看出換熱管從10→321→316L→10的使用期限，以316L換熱管使用時間為最短，這次備臺用戶又要求改回10鋼管。所以，有必要對水冷器換熱管的合理選材進行探討。

表3 水冷器更換情況

石化設備選材，不僅需要考慮投資成本，而且尚應兼顧設備的使用壽命、運行的可靠性(避免非計劃停車的損失)、維修費用、緩蝕劑消耗、安全性等，綜合考慮這些因素后，選用雙相不銹鋼實為明智之舉[6]。因為，雙相不銹鋼比奧氏體不銹鋼具有更優的加工性能和耐腐蝕性能，尤其是具有抗局部腐蝕能力，如在Cl-環境中耐點蝕和縫隙腐蝕性能及抗應力腐蝕開裂能力雙相不銹鋼明顯優于普通型奧氏體不銹鋼。雙相不銹鋼可用在140～180℃無應力腐蝕危險，而奧氏體不銹鋼AISI304L和AISI316L在60℃以上便可能發生應力腐蝕開裂。所以，雙相不銹鋼可以成功地替代均勻腐蝕嚴重的碳鋼和易局部腐蝕的奧氏體不銹鋼，如SAF2205已被用來替代 AISI304L、316L、321等奧氏體不銹鋼。

綜合國內外雙相不銹鋼的成功使用經驗[7]，雙相不銹鋼以其高強度和長周期使用的高可靠性而被用在常減壓、催化、焦化、酸性水處理、氣體脫硫等裝置的冷凝冷卻器、空冷器及重沸器等設備中。典型的介質條件：pH值7～8.5，Cl-≤500mg/L，H2S≤1000mg/L，使用效果良好；另外，在塔頂低溫輕油部位，溫度在200℃以下，處于HC1-H2S-H2O系腐蝕亦可采用雙相不銹鋼。

可見，根據水冷器的工況條件和使用情況，若實現長周期運行的可靠性，則應將管束的換熱管選為雙相不銹鋼。

3 結束語

水冷器運行的可靠性取決于管束內漏的控制：合理選材是前提，使用管理是保證。

1）實行循環水場水質達標的報告制度，并通過對循環水場水質的監測，進而查找水冷器內漏，既可對循環水質有效管理，又可為及時維修水冷器提供信息。

2）在役容器的使用管理及定期檢驗應注重水冷器內漏風險的控制，完善運行記錄及檢驗報告的內漏信息，以為備臺建造提供建議。

3）對于管程為濕H2S應力腐蝕環境而殼程為Cl-腐蝕環境，從長周期運行的可靠性考慮，換熱管以選用SAF 2205雙相不銹鋼為宜。

1 陸世英.不銹鋼.北京：原子能出版社,1995

2 宋義全,等.常壓塔頂316L不銹鋼換熱器管束的腐蝕失效分析腐蝕科學與防護技術,2004,16(5)：334－336

3 葛紅花,等.304、316L不銹鋼耐氯離子和硫離子性能比較華東電力,2005,33(9)：13－15

4 于德華,等.循環冷卻水系統存在的問題及對策化工科技, 2012,20(5)：43－46

5 孫家孔,等.石油化工裝置設備腐蝕與防護手冊.北京：中國石化出版社,1996

6 饒興鶴編譯.雙相不銹鋼在石化設備上的應用石油化工腐蝕與防護,1994,(4)：21－23

7 張國信,等.雙相不銹鋼的性能及其在石化行業的應用石油化工設備技術,2007,28(4)：55－59

2013－07－15）