煉油廠換熱器腐蝕機(jī)理分析及防護(hù)探討

盛杰（大慶宏偉慶化石油化工有限公司，設(shè)備工程師，黑龍江大慶163411）

煉油廠換熱器腐蝕機(jī)理分析及防護(hù)探討

盛杰（大慶宏偉慶化石油化工有限公司，設(shè)備工程師，黑龍江大慶163411）

煉油廠的換熱器設(shè)備隨著國產(chǎn)原油酸值的增加，導(dǎo)致其腐蝕現(xiàn)象也愈加嚴(yán)重。本文針對換熱器的腐蝕機(jī)理進(jìn)行了具體分析，并對如何進(jìn)行防護(hù)提出了建議。

換熱器;腐蝕機(jī)理;防護(hù)

換熱器是煉油企業(yè)在生產(chǎn)中常用的設(shè)備，它的投入約占全部設(shè)備的五分之一到五分之二左右。換熱器設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)關(guān)系著全套設(shè)備的安全生產(chǎn)和效率等綜合指標(biāo)，對生產(chǎn)線的長期平穩(wěn)運(yùn)行起到了關(guān)鍵的作用。最近這些年，我國出產(chǎn)的原油變重，其PH值降低。隨之而來的是進(jìn)口原油數(shù)量的增長，這些進(jìn)口原油中硫的的含量較多。這些都造成了換熱器設(shè)備的腐蝕現(xiàn)象的加重。這些現(xiàn)象中較為常見的是管束開裂、穿孔，殼體厚度變薄、穿孔，或者是管板和管束連接處的孔蝕現(xiàn)象等。本文對這些現(xiàn)象進(jìn)行了腐蝕機(jī)理分析，總結(jié)出了換熱器的常出現(xiàn)的幾種類型。

1 換熱器設(shè)備的腐蝕類型

1.1 氯化物的腐蝕

氯化物的腐蝕常見于很多含有氯離子和硫離子的低溫設(shè)備中，是較為常見的腐蝕種類。由于在這些設(shè)備中其運(yùn)行溫度比誰的露點(diǎn)低而容易形成冷凝現(xiàn)象。此時，氣態(tài)的氯化氫和二氧化硫非常容易溶解在水中，這時氯化氫和二氧化硫就會彼此影響，加強(qiáng)腐蝕。在這種情況下，設(shè)備中的鐵元素會和硫化氫反應(yīng)變?yōu)榱蚧F，附著在設(shè)備表面。化學(xué)反應(yīng)式為：

這層硫化鐵可以作為保護(hù)膜對設(shè)備給予了一定的防護(hù)，可是氯化氫卻可以和硫化鐵反應(yīng)而破壞這層防護(hù)膜而發(fā)生了腐蝕現(xiàn)象。化學(xué)反應(yīng)式為：

這些化學(xué)反應(yīng)的循環(huán)造成了腐蝕現(xiàn)象的加重，讓設(shè)備的腐蝕現(xiàn)象進(jìn)一步加劇。

1.2 應(yīng)力的腐蝕

應(yīng)力腐蝕的發(fā)生是金屬材質(zhì)在受到拉應(yīng)力與某些腐蝕介質(zhì)一起作用而形成的。這種腐蝕會造成材質(zhì)產(chǎn)生裂紋。這些造成腐蝕的應(yīng)力不光包括設(shè)備在生產(chǎn)過程中受到的拉應(yīng)力（如熱應(yīng)力、載荷應(yīng)力或金屬結(jié)構(gòu)不連續(xù)造成的局部應(yīng)力），也包括設(shè)備在生產(chǎn)制造時留下的剩余應(yīng)力（如焊接應(yīng)力、冷加工時造成的應(yīng)力）。在大部分的應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象中的關(guān)鍵應(yīng)力就是那些不連續(xù)的拉應(yīng)力。所以，應(yīng)力的腐蝕常常出現(xiàn)在設(shè)備的結(jié)構(gòu)不連續(xù)位置或是焊接部位。

在換熱器設(shè)備上的應(yīng)力腐蝕主要是硫化物應(yīng)力腐蝕、氯離子應(yīng)力腐蝕和氫腐蝕。硫化物的應(yīng)力腐蝕大多數(shù)出現(xiàn)在高強(qiáng)度鋼中。在不銹鋼設(shè)備中，如果氯離子的含量超過了每升30毫克且溫度超過75攝氏度的情況下，氯離子的應(yīng)力腐蝕就會非常嚴(yán)重。

1.3 電化學(xué)的腐蝕

電化學(xué)的腐蝕現(xiàn)象也很常見。微電波的形成主要是由于碳素鋼等金屬在水等電解質(zhì)溶液中形成的。在微電波的影響下，碳素鋼中的鐵素體與滲碳體會形成一種腐蝕電池。原因是在溶液中低電位的鐵素體變?yōu)殛枠O，高電位的滲碳體變?yōu)榱恕Ｒ虼穗娀瘜W(xué)的腐蝕現(xiàn)象就發(fā)生了。

陽極的化學(xué)式為:

此時溶液中的電子從陽極到陰極。在陰極處同溶液中的氧氣及電子反應(yīng)成為了氫氧根離子。

陰極的化學(xué)式為:

在溶液里，鐵離子和氫氧根離子結(jié)合為氫氧化二鐵，沉淀在兩級交匯處。

1.4 氯化銨的腐蝕

這種腐蝕多產(chǎn)生在催化分餾系統(tǒng)中的頂循環(huán)系統(tǒng)中，氯化銨也是造成分餾塔結(jié)鹽的主要化學(xué)物質(zhì)。在氯化銨的溶液中有著下面幾種化學(xué)反應(yīng)：

2 設(shè)備的防護(hù)

按照以上對腐蝕現(xiàn)象的研究，硫化物、電解質(zhì)溶液以及氯化物都是腐蝕發(fā)生的源頭物質(zhì)。在氧含量與水合適的情況下，就會在換熱器設(shè)備表面轉(zhuǎn)換為酸性溶液。如果想要防止這種溶液的產(chǎn)生，可以在換熱器設(shè)備投入生產(chǎn)之前或者中間檢修的間隙采取動態(tài)、靜態(tài)鈍化處理，讓設(shè)備中的金屬從活躍變?yōu)殁g化狀態(tài)，這樣就會大大扼制腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生或是減緩其過程。

2.1 對設(shè)備進(jìn)行內(nèi)防腐處理

在上世紀(jì)末，防止催化裝置的頂循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象而采取的措施是用防腐涂料進(jìn)行保護(hù)（選用的是CH848及CH784型防腐涂料）。這種內(nèi)防腐的優(yōu)點(diǎn)是能夠進(jìn)行多次刷涂，但其工藝較為復(fù)雜，漆膜必須達(dá)到規(guī)定的厚度，還需要多次涂刷與加溫烤制。即使是這樣其涂層的附著性和耐溫性仍不高。特別是換熱器的檢修必須使用高壓蒸汽來進(jìn)行，涂層會受到進(jìn)一步的破壞。

2.2 特種鍍層防腐

在防腐領(lǐng)域中較為多見的方法是化學(xué)鍍鍍鎳磷。這種方法是用還原劑把溶液里面的鎳離子按照要求在催化后的金屬表面還原析出金屬鍍層的防腐方式。這樣的鍍層是一種非晶態(tài)合金（也就是金屬玻璃）。它的抗腐蝕性能較好，尤其是硫化氫和氯離子的腐蝕，耐溫性也較好，可以在三百八十度的高溫下保持良好的性能，且非常耐磨、抗沖刷，抗結(jié)垢，熱傳導(dǎo)性好。鑒于這些優(yōu)點(diǎn)，這種防腐技術(shù)在很多石油化工中得到了廣泛地應(yīng)用。

2.3 加強(qiáng)防腐工藝

防腐的工藝中最為有效地使在常壓裝置中使用的“一脫三注”法。這種方式對降低換熱器設(shè)備的腐蝕有著很明顯的效果。事實(shí)上，在加工前對原油進(jìn)行提前處理可以讓其中產(chǎn)生的雜質(zhì)最大程度地降低，這樣就能大大減少換熱器設(shè)備的腐蝕。

2.4 電化學(xué)防腐蝕法

電化學(xué)防腐蝕的措施主要是指犧牲陽極和外加電源法兩種。犧牲陽極防護(hù)法的使用主要是在管道防護(hù)這個領(lǐng)域上，用在換熱器上的也有。在電化學(xué)腐蝕發(fā)生時，兩級會有腐蝕電流產(chǎn)生，此時我們放置一個電極電位低于被保護(hù)金屬的并與之連接，使得低電位金屬代替高電位防護(hù)金屬的腐蝕電流，這樣的方法就是犧牲陽極防護(hù)法。現(xiàn)在作為犧牲陽極的金屬較多的是鋅。

2.5 選擇防腐材料制造設(shè)備

換熱器設(shè)備在制造時應(yīng)優(yōu)選那些抗腐蝕的材料去替代碳鋼。比如在氯離子不多的情況下，使用不銹鋼材質(zhì)的換熱器替代普通換熱器。現(xiàn)在很多的有著優(yōu)良性能的材質(zhì)正在逐漸代替普通碳鋼，如雙相不銹鋼和超低碳不銹鋼其抗腐蝕的性能優(yōu)良，但是其價格限制了他們的應(yīng)用范圍。因此在選擇換熱器的材料時還必須考慮其耐腐蝕性、經(jīng)濟(jì)性、工藝性等各方面。

3 結(jié)語

以上就是針對換熱器設(shè)備的腐蝕機(jī)理和防護(hù)方面的探討。鑒于原油市場的不穩(wěn)定，在源頭上控制原油品質(zhì)、類型的初衷就無法滿足了。在實(shí)際的使用過程中，因?yàn)樵偷钠焚|(zhì)而發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象日益嚴(yán)重，對腐蝕的機(jī)理進(jìn)行分析分析有利于防治腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，對設(shè)備加以防護(hù)，延長設(shè)備的使用壽命，降低生產(chǎn)成本。

[1]石秋紅,張勤.煉油廠換熱器應(yīng)力腐蝕失效機(jī)理及防護(hù)[J].廣東化工,2013,12:122+102.

[2]吳長江.煉油廠常頂冷卻系統(tǒng)主要腐蝕類型和影響因素研究[D].西安石油大學(xué),2013.

[3]董舒民,姜德林.煉油廠換熱器腐蝕分析及防護(hù)[J].內(nèi)蒙古石油化工,2006,04:142-143.