某煉化公司循環水冷卻器垢下腐蝕分析

周智君

摘 要：本文通過對某煉化公司酸性水汽提裝置二級冷凝冷卻器的失效現象及原因進行分析，簡述了腐蝕失效原理，提出防止或減輕此類水冷器腐蝕失效的措施。

關鍵詞：循環水冷卻器;腐蝕機理;措施

循環水換熱器是煉化公司最常用的設備之一，通常用于冷卻各種工藝介質，如混氫、氨氣等。2019年3月某公司酸性水汽提裝置二級冷凝冷卻器經工藝分析發現存在內漏情況，經工藝處置合格后，對其進行檢修。

1 基礎資料

此換熱器為四管程浮頭式換熱器。管程走循環水，材質為10#，操作溫度25/35℃，操作壓力0.5MPa;殼程介質為粗氨氣，材質為Q245R，操作溫度120/90℃，操作壓力0.65MPa。

2 失效情況

通過對換熱器進行拆卸、抽芯、清洗、查漏，觀察到如下現象：循環水進出口管線內部均布有約2mm的黃色結垢;小浮頭內有大量泥沙，小浮頭端管板上部附有垢物;管箱內有泥沙、黑色污泥，清理后有較嚴重腐蝕。

3 分析過程

3.1 采樣分析

通過對管束、殼程的結垢物進行采樣分析，結果如表1。

3.2 循環水流速記錄

見表2。

3.3 循環水水質監測數據

見表3。

4 原因

根據上述調查的結果分析，冷卻器結垢失效的主要原因是：①原水pH值約為8，循環水系統的腐蝕傾向以結垢型腐蝕為主;②循環水換熱器運行初期，循環水水質較差，部分時間段濁度高達42，加上工藝人員對循環水流速控制的重要性不夠了解，導致進出口閥門開度不夠，使得流速過低（詳見表2），引起冷換設備管束及管線內部結垢;③此外換熱器管束口徑較小，導致部分碳酸鹽淤積在管子、管板處，又反過來影響了循環水的正常流動，局部流速進一步減慢。

5 腐蝕機理

由于流速減小，水流經換熱器時水中的鈣鎂離子及污物容易在換熱面上沉積下來形成水垢。在多孔的沉積物下形成氧濃差電池導致金屬局部腐蝕。

金屬表面在微觀上是不均勻的，當與水介質接觸時，會形成許多微小電池，其中活潑部位成為陽極，不活潑部位成為陰極。金屬在陽極發生氧化反應，釋放出電子，自身被氧化成高價態的金屬離子從金屬基體上溶解到水中。反應如下：

FeFe2++2e

溶解氧在陰極發生還原反應，得到電子，自身被還原成低價態的離子或分子。在中堿性水中，主要發生溶解氧被還原反應，反應如下：

02+4e+2H2040H-

當亞鐵離子與氫氧根相遇時，生成氫氧化鐵沉淀，反應如下：

Fe2++2OH-=Fe（OH）2

氫氧化鐵的產生即是腐蝕的開始。此時換熱器電化學腐蝕一方面是由吸氧腐蝕造成，垢層周圍金屬和垢層下金屬形成了大陰極--小陽極的“氧濃差”腐蝕;初期微量腐蝕泄漏，泄漏物料逐日增加，水質惡化腐蝕速率加劇。

6 措施及建議

6.1 加強水質管理

循環水系統的腐蝕傾向以結垢型腐蝕為主，控制循環水濃縮倍數，濃縮倍數高，雖然節水，但是藥劑成本也高，對設備的威脅加大，需要進行技術經濟分析，尋找平衡點。

6.2 加強冷換設備投用后的運行管理

修改不合理的工藝操作卡，嚴格控制流量、流速，加強水冷器的運行監測，主要監測：流速、流量是否滿足設備防腐要求，滿足《中石油煉油工藝防腐蝕管理規定實施細則（試行）》的水冷器循環水流速不低于0.9m/s的要求，降低水冷器垢下腐蝕。