熱媒水換熱器腐蝕與防護

張玉聰

【摘要】本文首先介紹了換熱器的分類，然后介紹了系統腐蝕情況，接著介紹了理論依據，最后介紹了腐蝕機理分析以及問題分析及處理措施。

【關鍵詞】熱媒水，換熱器，腐蝕，防護

一、前言

換熱器是工藝過程中完成介質冷卻或加熱過程的關鍵設備，換熱器在化工行業通常占工藝設備總投資的10%～20%，在煉油行業中則可能占到35%～40%。因此，對于換熱器的腐蝕原因以及防護措施是非常重要的。

二、換熱器的分類

1）管殼式換熱器：特點是圓形的外殼中裝有管束。一種介質流經換熱管內的通道及其殼層部分。它從結構上又可以分為：浮頭式換熱器、U型管換熱器、固定管板換熱器等。

2）板式換熱器：它是由壓成各種形狀的薄板組成傳熱面的，冷、熱兩種介質分別在相鄰兩板流動。常見的板式換熱器有平板式換熱器、傘板式換熱器、螺旋板式換熱器及板殼式換熱器。

板式換熱器的傳熱效率雖然較高，但由于其強度低，密封性能差，故其應用受到限制。因此，在石油、化工行業中應用較多的是管殼式換熱器，它已被當成傳統的換熱設備來加以使用。

三、系統腐蝕情況

某煉油廠共有3套熱媒水系統，其中南區1套，北區2套。熱媒水溫度換熱前為40—60℃，換熱后為100—110℃。南區熱媒水系統補水箱為常壓，有呼吸閥，北區2套系統均為全封閉系統。3套系統所用水質均為除鹽水。2012年11月至今，南區熱媒水系統換熱器多次發生腐蝕泄漏，影響生產裝置的穩定運行。

該熱媒水系統是將來自熱力聯合的除鹽水在第四常減壓裝置（四常）、第二延遲焦化裝置（二焦化）換熱后，加熱到約100℃，進人聯合裝置H301、煉油廠氣分裝置、福利廠氣分裝置進行取熱，取熱后四常等生產裝置。

目前熱媒水系統共有25臺換熱器。四常裝置熱媒水換熱器5臺，H301為平板換熱器，主體材質為321；其余4臺與初頂油氣換熱，管束材質為2205雙相鋼。氣分裝置熱媒水換熱器有2臺，管束材質為碳鋼。二焦化裝置熱媒水換熱器18臺，主要與塔頂油氣、柴油、蠟油換熱。發生腐蝕泄漏的換熱器主要集中在二焦化裝置，表l為該裝置熱媒水換熱器腐蝕泄漏情況。的熱媒水經熱力聯合裝置的熱媒水泵加壓后送回圖1為E660/5，6腐蝕泄漏堵管情況。

從圖1可看出，換熱器管板及管內結垢嚴重，部分管子不透光，幾乎被堵死。清洗后發現，管束內部垢下腐蝕嚴重。

割取E660/3，4管束進行腐蝕檢查，發現管束外表面腐蝕較輕，內表面有大量銹瘤、銹垢。清除銹瘤、銹垢后，換熱管內壁出現大量點蝕坑，呈麻點狀，深淺不一，檢測到的最大蝕坑為10mm×8mm，深度接近2mm（管束壁厚為2.5mm）。從腐蝕形貌看，換熱器泄漏是由熱媒水側的腐蝕引起的，點蝕是主要腐蝕形態。

四、理論依據

1.換熱器的應用及結構常減壓蒸餾裝置能耗占煉油廠的13%～15%，屬于全廠能耗大戶，優化換熱網絡和強化換熱設備的換熱效果，是降低工藝過程用能的有效手段，對于提高全廠熱量利用水平和經濟效益具有重要意義。近年來，各煉廠在常減壓蒸餾裝置上采用了不少卓有成效的新型冷換設。備，如螺紋管、螺旋槽管、折流桿、波紋管、螺旋管板換熱器以及雙弓板換熱器等，使總傳熱系數大為上升，有的還使殼程壓降大大減小，許多煉廠還采用計算機換熱網絡綜合優化來促使能耗進一步下降。煉油廠使用的冷換設備主要是管殼式換熱器，其中常減壓裝置用量最多的是浮頭式換熱器。浮頭式一端可相對殼體滑動，可承受較大的管殼間溫差熱應力，浮頭端可拆卸，管束可抽出，方便檢修。

五、腐蝕機理分析

（1）磨損腐蝕和垢下腐蝕磨損腐蝕是高速流體對金屬表面已經生成的腐蝕產物的機械沖刷作用和對新裸露金屬表面侵蝕作用的綜合結果。對換熱器而言，垢下腐蝕主要產生在搭接縫、管板環焊縫及表面沉淀物等處。（2）濕硫化氫腐蝕濕硫化氫腐蝕環境，即HS+HO型的腐蝕環境，是指水或含水介質在露點以下與HS共存時，在壓力容器或管道中產生的腐蝕環境。在Hs+HO腐蝕環境中，碳鋼設備發生兩種腐蝕：均勻腐蝕和濕硫化氫應力腐蝕開裂。開裂的形式包括氫鼓泡、氫致開裂、硫化物應力腐蝕開裂和應力導向氫致開裂。氫鼓泡是由于含硫化合物腐蝕過程析出的氫原子向鋼中滲透，在鋼中的裂紋、夾雜和缺陷等處聚集并形成分子，從而形成很大的膨脹力。隨著氫分子數量的增加，對品格界面的壓力不斷增高，最后導致界面開裂，形成氫鼓泡，其分布平行于鋼板表面。氫鼓泡的發生并不需要外加應力。氫致開裂是由于在鋼的內部發生氫鼓泡區域，石油/化I通用機械僦氫的壓力繼續增高時，小的鼓泡裂紋趨向于相互連接，形成階梯狀特征的氫致開裂。鋼中MnS夾雜的帶狀分布會增加氫致開裂的敏感性。氫致開裂的發生也無需外加應力。硫化物應力腐蝕開裂是濕硫化氫環境中產生的氫原子滲透到鋼的內部，溶解于晶格中，導致氫脆，在外加應力或殘留應力作用下形成開裂。它通常發生在焊道與熱影響區等高硬度區。應力導向氫致開裂是在應力引導下，在夾雜物與缺陷處因氫聚集而形成成排的小裂紋，沿著垂直于應力的方向發展。它通常發生在焊接接頭的熱影響區及高應力集中區，如接管處、幾何突變處、裂紋狀缺陷處或應力腐蝕開裂處等。國內腐蝕調查報告稱，濕硫化氫對碳鋼設備的均勻腐蝕隨溫度的升高而加劇。在80～C時，腐蝕速率最高，在110-120～C時腐蝕速率最低。

六、問題分析及處理措施

換熱器長期投用以來，由于水側流速低，容易造成結垢和黏泥沉積，從而造成垢下腐蝕。熱媒水經過管箱在管板處形成湍流腐蝕和空泡腐蝕，對管板和芯子產生一定的沖刷作用，沖去腐蝕產物，產生新的金屬表面，新的金屬表面又再次被腐蝕，這樣交替進行，促進了腐蝕的產生，表現為深度坑蝕。另外，換熱器內漏會造成大量油漏進熱媒水系統，油中含有硫化氫，導致硫化氫進入熱媒水系統，形成了濕硫化氫腐蝕環境。針對換熱器E205C的腐蝕情況，鑒于之前對其他換熱器的處理情況，決定對換熱器E205C芯子管板做防腐涂層處理，并要求相關單位加強對熱媒水的水質管理。投用半年多以來該換熱器運行狀況良好，沒有發現腐蝕泄漏情況。

七、結束語

換熱設備在石油化工、動力、冶金、食品等工業部門有著廣泛的應用，其中管殼式換熱器是當前工業生產中應用最廣泛的傳熱設備。保護好換熱器對于企業來說非常重要。

參考文獻

[1]唐孟海，胡兆靈.常減壓蒸餾裝置技術問答[M].北京：中國石化出版社，2010.

[2]金熙，項成林，齊冬子.工業水處理技術問答[M].4版.北京：化學工業出版社，2010