氨冷卻器的腐蝕原因分析與改進措施

李紅軍，張 健，王 巖

（1.中國石油吉林石化公司有機合成廠，吉林吉林 132022；2.中國石油吉林石化公司數據中心，吉林吉林 132022）

氨冷卻器的腐蝕原因分析與改進措施

李紅軍1，張 健1，王 巖2

（1.中國石油吉林石化公司有機合成廠，吉林吉林 132022；2.中國石油吉林石化公司數據中心，吉林吉林 132022）

根據現場實際以及實際生產經驗，通過對循環冷卻水的分析、腐蝕部位特點及金相分析得出氨冷卻器腐蝕的主要原因。換熱管束內表面光潔度不夠能夠加快腐蝕與結垢，非金屬類的雜質存在也能降低材料抗腐蝕的能力。

氨冷卻器；腐蝕；分析；改進

1 氨冷卻器介紹

氨制冷工藝是將氨作為冷媒，通過液氨氣化、氣氨壓縮冷凝的過程進行冷熱交互，達到給物料制冷的目的。氨制冷系統主要由液氨儲罐、氨蒸發器、壓縮機、油氨分離器、氣氨冷凝器等設備，以及連接這些設備的高低壓管道、閥門，相應的控制系統和調節閥組成。氨在制冷系統中發生狀態變化，起到制冷的效果。丁苯橡膠裝置中有一冷凍崗位，主要負責為橡膠裝置聚合系統供應液氨，同時收集氣氨，有壓縮機12臺，氨冷卻器22臺。氨冷卻器在制冷過程中的主要作用是將氨壓縮機的高壓氨氣冷凝為高壓液氨。氨冷卻器屬于傳導式水冷凝器。換熱器形式為固定管板式，規格為φ1 200*12*6 682，換熱管為870根，規格為φ25*2.5*6 007，殼體、管束、管板、各部接管材質分別為Q345R鋼、20#鋼、A4鋼、20#鋼。氨冷卻器的管束與管板的連接方式為貼脹與焊接結合。

2 氨冷卻器腐蝕原因分析

2.1 循環水水質分析

氨冷卻器的循環水為工廠供應，冷卻系統為涼水塔，用泵輸送至冷卻器。循環水屬于敞開式冷卻水循環系統，從循環水上水取樣分析，水樣符合GB/T5012—2014中的要求。

2.2 沉積物的分析

冷卻循環水在運轉循環的過程中，冷卻器表面的沉積物包括水垢和污垢兩大類，其中污垢還包括淤泥、腐蝕產物、銹蝕物等。

2.3 冷卻器傳熱管束的檢驗分析

2.3.1 管束管材的化學分析

使用化學分析方法，對換熱管進行檢測分析（同批號未使用過），分別在中部以及端部（6m長處），主要化學成本基本相同，符合國標GB8163—87的規定。

2.3.2 宏觀觀察

對發生泄漏的氨冷凝器進行拆檢，把冷凝器的循環水管線和封頭拆除。檢查封頭內與循環水接觸的部分，其表面有一層垢層呈淡黃色。通過觀察可以發現管板表面有輕微的均勻腐蝕現象。觀察管束內表面，可以發現垢層，并且厚度不均勻。觀察泄漏管束外表面，在中部和兩端都有腐蝕的小孔，呈現隨機分布。將管內的垢層清理后，檢查內表面的形態，坑洼不平的現象出現在管束內表面，坑洞的深淺、大小隨機呈現，在垢層下有孔洞穿壁而過。

對泄漏的管束和同批號未使用過的管束，使用金相顯微分析及掃描電鏡分析進行對比分析。通過對兩個管束中部及端部橫縱截面取樣，使用金相顯微鏡觀察鏡面光滑的表面，能夠發現聚集狀態的非金屬夾雜物以及球狀氧化物，表面都是凹凸不平，說明兩個管束的金相組織是相同的。管束的表面在使用前就不光潔，在不均勻的表面情況下，就更容易發生垢層的沉積，進而產生電化學腐蝕。

2.4 氨冷卻器腐蝕的其他原因

2.4.1 氨腐蝕

氨冷凝器的作用就是將壓縮機出口高溫的氣氨冷凝到液態，如果入口溫度較高會對管束有較嚴重的腐蝕。如果循環水中有泄漏入的氨，就會加快腐蝕的進程，最終造成管束腐蝕穿孔。

2.4.2 沖刷腐蝕

壓縮機出口氣氨處于高溫、高壓狀態，流速較快直接沖刷管束。氣氨在冷凝過程中，循環水在管束前段縫隙處劇烈蒸發，容易發生管束減薄，進而引起泄漏。

2.4.3 應力腐蝕

換熱器在制備過程中管板與管束結合處，采用貼脹后焊接方式處理。殘余應力會在脹管處存在，同時焊接殘余應力也存在。氣氨和循環水的溫差較大，通常氣氨溫度在90℃左右，而循環水溫度一般在20～30℃（受季節影響）。管束、管板材質不同，熱膨脹系數不同，較大的溫差應力造成管束薄弱處發生破裂和腐蝕。

3 氨冷卻器改造措施與效果

防止垢下腐蝕和局部腐蝕是防止氨冷凝器泄漏的關鍵。主要的防護措施有：一是進行冷卻水水質處理，混凝、澄清、過濾、軟化、除鹽、除鐵等，為了減弱Cl-腐蝕，采取降低循環水中Cl-濃度的方法；給循環水系統配備旁濾系統。二是提高循環水的流速，或者加裝擾流構件，減少循環水側的結垢。三是管束的選用，在資金允許的條件下，盡量選用表面光潔度高、耐腐蝕的材質；加強換熱器投用前的清潔工作，將污垢和氧化物從表面清理掉。四是消除管板和管束間的脹接應力，將加工方式由貼脹加焊接改為強度焊；入口加防沖板，避免氣體直接沖刷列管。五是提高材料力學性能，降低腐蝕，管板、殼體、管束材質分別由原來的 20#鋼、20#鋼和 A4鋼制造，升級為16MnR鋼、Q345R鋼、20#鋼。

通過改造，氨冷凝器的運行效果較好，檢修次數大為減少。換熱效果顯著提高，改造后液氨出口溫度比原來降低了4～6 ℃。氨換熱器使用壽命大幅度延長，降低了檢修費用，創造了較好的經濟效益。

[1] 嚴國泰.氨制冷系統壓力容器常見腐蝕及對策[M].北京：化學工業出版社，2005.

Corrosion Cause Analysis and Improvement Measures of Ammonia Cooler

Li Hong-jun，Zhang Jian，Wang Yan

Based on the actual situation of the site and the actual production experience of the author，the main reason of the corrosion of the ammonia cooler is obtained by analyzing the circulating cooling water，the characteristics of the corrosion site and the metallographic analysis.Heat exchanger tube surface finish is not enough to speed up the corrosion and scaling，non-metallic impurities can also reduce the ability of materials corrosion resistance.

ammonia cooler；corrosion；analysis；improvement

TQ051.5；TQ050.9

A

1003-6490（2017）12-0002-01

2017-10-23

李紅軍（1979—），男，吉林吉林人，工程師，主要從事化工生產管理工作。