烯烴水冷器腐蝕泄漏原因簡析

熊衛國，王建偉，鄒 亮

（福建聯合石油化工有限公司，福建泉州362800）

烯烴水冷器腐蝕泄漏原因簡析

熊衛國，王建偉，鄒 亮

（福建聯合石油化工有限公司，福建泉州362800）

2013年以來，某公司烯烴水冷器共發生了21臺次換熱管腐蝕泄漏，嚴重制約了該公司設備長周期安穩運行，直接導致2016年RCL（regretful capacity loss遺憾能力損失）超過公司設定的目標值。烯烴水冷器使用的循環水全部來自化工循環水場，自2009年投用以來，化工循環水各項關鍵指標一直處于可控狀態，且合格率略高于公司其他循環水場。經分析，自2013年乙烯裝置脫瓶頸改造以來，長期的低流速以及泄漏后的水冷器未能及時切出，系統帶病運行是導致水冷設備腐蝕的主要原因；另外，系統雜物堵塞、工藝側酸性介質腐蝕泄漏和長而細的換熱管清洗不徹底也是導致烯烴水冷器換熱管腐蝕的原因。

烯烴水冷器 低流速 帶病運行 腐蝕泄漏

1 烯烴水冷器腐蝕概況

烯烴水冷器的循環水水源全部來自化工循環水場。化工循環水系統循環量88 000 m3／h，系統保有水量44 000 m3／h，共設22座冷卻風機，12臺循環水泵，8組16臺旁濾罐。烯烴水冷器循環水為乙烯裂解、汽油加氫以及低溫罐區提供循環水。2013年，裝置脫瓶頸改造后，也為聚乙烯裝置供水（見圖 1）。

圖1 化工循環水系統供水分布

自2013年開始，乙烯裂解裝置陸續發生21臺次水冷器泄漏，曾2次因泄漏導致降低負荷生產，造成裝置全面停工搶修。水冷器的泄漏，嚴重制約了裝置的產能，影響了公司效益。

從歷年的泄漏來看主要集中在乙烯裂解區域；汽油加氫、低溫罐區以及聚乙烯裝置基本未發現泄漏。

2 腐蝕原因分析

2．1 流速低

（1）烯烴水冷器E40426和E50501等利用自動閥或手動閥來控制通過換熱器的循環水流量，從而實現物料溫度的控制，自動閥開度長期維持在20%左右，尤其是進入冬季，自動閥開度更小，循環水的流速更是無法得到保證。2016年夏季和冬季各進行了一次流速測試，其流速均在0．4 m／s以下。

（2）E20218則處于管網末端的高處平臺上，換熱管內流速極低，2016年3月份經測試流速不足0．3 m／s，個別結垢的換熱管內可能處于死水狀態。2016年11月拆開檢修發現管束和管壁垢下腐蝕較為嚴重（見圖2）。

圖2 E20218管板腐蝕情況

（3）2016年5月份對烯烴裝置水冷器抽查52臺，流速低于0．9 m／s高達30臺，流速合格率僅為 42．3%。

循環水長期在換熱管中低速流動，不可避免造成黏泥量與微生物（如厭氧菌等）在換熱管中吸附沉積，使管束表面處于不均勻狀態，這種不均勻的污垢覆蓋造成金屬表面形成電化學不均勻性，形成氧濃差電池致使覆蓋物下形成孔蝕或點蝕。同時，在垢下腐蝕過程中，由于流速低，循環水內含有的鈣離子、鎂離子不斷與腐蝕產物和黏泥等混雜，不斷結合形成氧化鐵、碳酸鈣和碳酸鎂等硬性物質，即所謂的硬銹瘤。

2．2 泄漏水冷器未及時從系統切出

（1）2016年 11月停工檢修時拆開檢查，E20204A循環水入口處管板有少量雜物，但因存在泄漏，在循環水出口管板處堆積大量的微生物黏泥。

（2）E50501B，2015年 10月發現泄漏，直至2016年3月停工檢修堵漏處理，2016年11月再因泄漏而臨時堵漏處理。

（3）2014年12月發現E20218泄漏，至2016年11月更換新換熱芯子，一直存在微漏。

系統帶病運行主要表現：泄漏導致了水質的惡化，惡化的水質又加劇了腐蝕的發生；同時腐蝕產物又為沉積物提供聚集地；另外腐蝕產物、微生物等不斷聚集沉積，又加劇了垢下腐蝕。泄漏與腐蝕相互影響，互相促進。

2．3 循環水雜物多

（1）2009年乙烯裝置開工初期，各單元開車時間不同步，造成循環水管道中的雜物進入循環水系統。

（2）2013年1月，E40417拆開檢修時發現其管板和換熱管上覆蓋有大量雜物（麻布、塑料袋等）和淤泥堆積，部分換熱管束已嚴重堵塞，管束上呈現很多硬銹瘤，經高壓水清洗后堵管7根。

（3）2016年2月29日，乙烯裝置進行局部停工搶修，再次打開E40417，發現微生物黏泥、填料堵塞情況，經管程試壓檢查，發現泄漏處主要集中在填料堵塞處。高壓水清洗試漏，再次堵管33根。

（4）E20205A／B在2016年6月停工檢修時，發現其換熱管上覆蓋有大量雜物（石頭、塑料、涼水塔填料）和黏泥堆積，部分換熱管束已嚴重堵塞，在循環水低流速影響下，黏泥和微生物在管板和換熱管中附著沉積，形成堵塞；2016年11月停工檢修時拆開，再次發現E20205A／B還是存在大量雜物堵塞。說明裝置部分地管中還殘存有雜物，后期還會影響到部分水冷器的運行。

由于雜物的存在，循環水的流速進一步降低，個別換熱管水側已經成為盲區，黏泥量與微生物等在換熱管中加速吸附和沉積，循環水在管內成為死水，腐蝕迅速加劇。

2．4 工藝介質泄漏進水側

E20201C為裂解氣壓縮機Ⅰ段后冷卻器；E20202AM／BM為裂解氣壓縮機Ⅱ段后冷卻器，殼程為裂解氣，管程為循環水。工藝側操作溫度均為90℃，操作壓力分別為0．16 MPa和0．415 MPa。2016年3月，通過內窺鏡照片觀察：其殼程腐蝕較為嚴重，膠狀的腐蝕產物聚集；水側也存在一定程度的腐蝕。若殼程的酸性介質泄漏進水側，與循環水混合成酸性環境，則會促使管板和管壁的腐蝕加劇。

由于工藝需要，需要對壓縮機進行注水，從而降低裂解氣溫度，但經噴嘴注入的水并不能完全霧化或霧化效果太差，從而形成大的液體顆粒，加之裂解氣是石油烴高溫裂解生產低級烯烴過程生成的多組分混合氣體，組成成分比較復雜，主要成分為甲烷及碳二至碳五烯烴和烷烴，還有氫氣、少量炔烴、硫化物、一氧化碳、二氧化碳及惰性氣體等雜質。硫化氫、二氧化碳及小分子有機酸（如甲酸、乙酸等）溶于水后形成酸性電化學腐蝕環境，并造成碳鋼的腐蝕。換熱管一旦發生泄漏，酸性介質竄入循環水側將嚴重影響水質，導致惡性循環，加劇腐蝕。

2．5 清洗不徹底

烯烴水冷器管徑小，單根管線長度較長，導致每次管束清洗不徹底，若管內仍存在銹瘤或其他雜物殘留堵塞，則會影響預膜效果，后期運行過程中，由于污垢的堵塞水流速偏低，黏泥的沉積加速，鈍化膜會被破壞，進而腐蝕加劇（見圖3）。

圖3 高壓水槍清洗示意

由圖3可以看到三種情況：第一，管束1內部無銹瘤或其他雜物，水流暢通，出口端無黏泥沉積問題；第二，管束2內有一些銹瘤或其他雜物，管束有效截面積變小，水流速度變慢，出口端會有一定的黏泥沉積問題；管束3內完全堵死，水流完全不通，出口端黏泥問題最為嚴重。

3 整改措施

在確保循環水流速得到有效保證的情況下，加強水質控制和腐蝕監測，具體做好以下幾方面的工作：

（1）每季度對重點換熱器進行流速監測，確保循環水流速得到有效保證；

（2）對于工藝采用回水調節閥控制塔頂壓力，而無法確保循環水流速的，進料口加設切斷閥，依據運行狀況及時對換熱器切出檢修清洗；

（3）加強水質監測，確保所有水冷器的循環水水質得到有效保證；

（4）加強工藝側腐蝕監控，嚴格控制原料中的硫含量，在工藝側裂解氣壓縮機段間注入緩蝕劑，維持裂解氣壓縮機前三段pH值為6～7，減緩腐蝕的發生；

（5）檢修期間確保每臺水冷器的每根換熱管內部都能得到有效疏通，清除附著于其冷卻水側各種類型污垢，減少設備腐蝕；

（6）鑒于乙烯換熱器目前的狀況，預期未來仍會有微漏存在，循環水水質需加強緩蝕控制，將乙烯循環水緩蝕配方由無磷方案變更為低磷方案；

（7）必要時采用犧牲陽極對管束進行陰極保護；

（8）受系統流速低，內漏無法及時切出，系統惡性循環狀態等影響，帶病運行的水冷器也無法保證安全運行到下次停工大修，及時采購管束備用。

4 結束語

盡管烯烴循環水水冷器的源水來自化工循環水場，水質長期處于可控狀態，且自開工以來，化工循環水場的水質合格率略高于其他循環水場，但烯烴水冷器管束出現多次泄漏情況，嚴重制約了設備長周期安全運行。綜合分析，其主要原因：一是長期的流速低，不可避免的導致黏泥與微生物吸附沉積，形成垢下腐蝕；二是系統泄漏后無法及時檢修，系統帶病運行，惡性循環。另外工藝側腐蝕泄漏、雜物堵塞以及相對其他裝置長而細的換熱管清洗難度大導致清洗不徹底等原因也無法排除。

Brief Analysis of Corrosion Leakage Occurred in Water-Cooling Equipment of Olefin Unit

Xiong Weiguo，Wang Jianwei，Zou Liang
（Fujian Refining＆Petrochemical Co．，Ltd．，Quanzhou 362800，China）

Since 2013，a total of 21 sets of corrosion leakage accidents have occurred in the heat exchanger tube of water-cooling equipment in olefin unit，which seriously restricted the long-period stable operation and directly led to the value of RCL（Regretful Capacity Loss）in 2006 above the company＇s target value．All the water used in the cooler come from chemical circulating water system，of which each KPI index，with a higher qualified rate than other circulating water，has been in a controllable state since 2009．According to the analysis results，fail-safe operation was the main cause for corrosion，due to the low velocity of water for a long period and that the leaking water cooler was not cut out in time，in addition，other factors influencing the leakage included debris blockage，acid corrosion and not-thorough cleaning of heat exchanger tubes．

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2017-03-21；修改稿收到日期：2017-08-18。

熊衛國（1967—），高級工程師，1999年畢業于福州大學工業自動化專業，多年從事設備防腐及監測管理。E-mail：xiongweiguo＠fjrep．com

（編輯 張向陽）