換熱器腐蝕分析及工藝對策

【摘 ?要】換熱器是現代生產中比較常用的設備，在實際應用中，由于一些因素的影響，容易發生腐蝕的情況，進而影響生產安全和生產質量。要積極應用現代物理測試技術，對腐蝕產物的元素成分、結構、微觀電子顯微形貌等加以了解，明確腐蝕原因和機理，進而采取有效的工藝對策，減少和預防換熱器腐蝕現象，以確保生產安全。

【關鍵詞】換熱器;腐蝕原因;腐蝕機理;防腐蝕對策

前言：很多生產企業中都會應用到換熱器，例如化工企業對換熱器的應用就比較多。以某化工企業裂解裝置中壓縮工段的段間換熱器為例，采用了Ф20×2mm的碳鋼管為循環水，管殼裂解氣，在40-90℃環境下工作。運用壓縮機注水降溫技術，運行后發現碳素鋼管出現很多腐蝕穿孔現象，導致換熱器不能使用。對此，采用先進的方法檢測腐蝕情況，進而采取有效的防腐蝕工藝對策。

一、換熱器腐蝕檢測方法和結果

開展換熱器的腐蝕檢測，首先檢驗工藝水的成分，其中總硫含量為53.9mg/L、氯離子含量為13.4mg/L、總鐵含量為54.6mg/L、氨氮含量為9.3ug/L。觀察腐蝕的碳鋼管線表面情況，在現場截取碳鋼管線，同時考察腐蝕環境，了解腐蝕形態，觀察和分析宏觀腐蝕狀況。通過外觀鑒定能夠發現，上部進口位置比中下部腐蝕情況更加嚴重。截取腐蝕管線后勘察其表面，發現腐蝕穿孔的方向，主要是從外向內的，說明腐蝕來源是在管外壁上。腐蝕形態中局部孔蝕居多，截取管線長度25cm，腐蝕穿孔有很多，同時有黑褐色銹層附著表面。通過檢測發現，管外壁上的孔長寬分別是6mm、5mm，關閉厚度2mm，已經完全穿透，同時穿孔附近也有很多腐蝕深坑，存在嚴重的局部小孔腐蝕，呈現出潰瘍狀，管束局部甚至成片起皺和剝離[1]。管內壁孔表面有黃褐色整體銹層，部分銹層已經脫落起皺，不過孔邊緣相對光滑，可判斷是均勻銹蝕。所以，得出結果為蝕孔源在管外壁，腐蝕方向是從管外向管內遞進。

采取物理測試檢測穿孔位置的腐蝕產物，利用現代物理測試技術，得到腐蝕產物結構、微觀電子顯微形貌、腐蝕產物元素成分等，以判斷分析腐蝕原因和腐蝕機理。主要采取X射線衍射分析、電子能譜分析、掃描電鏡觀察等方法，對腐蝕部位和穿孔部位表明進行檢測。通過掃描電鏡檢測能夠得出，管外壁孔蝕表面，在蝕孔外側表面，具有間斷不連續的銹層，同時沿銹層有腐蝕溝槽花樣痕跡出現，表面為絮狀花樣、疏松、粗化。管內壁孔蝕表面，管內壁表面有疏松、凹凸不平、粗糙的銹層，有危險顆粒狀物局部存在，有嚴重的銹蝕。通過電子能譜檢查發現，管外壁蝕孔表面，主要含有鎂元素、氯元素、鐵元素、鈣元素、硫元素、氧元素、碳元素等成分;管內壁蝕孔表面，主要含有鋅元素、鐵元素、鈣元素、硫元素、鈉元素、氧元素、碳元素等成分[2]。X射線衍射檢測結果顯示，在管外壁的孔蝕表面中，主要的化合物成分碳酸鈣、氫氯化鎂、水喝硫酸鎂、鐵氧化合物、鐵碳氫氧根緩和無、鐵碳化合物、α碳鐵化合物、鐵硫化合物等;管內壁的孔蝕表面中，主要含有氧化鋅、鈉鈣碳酸根化合物、鐵硫化合物、鐵氧氫氧根化合物、水合氧化鐵、鈣鐵氧化合物、三氧化二鐵、四氧化三鐵等。

二、換熱器腐蝕原因和機理分析

經過檢查能夠發現，段間換熱器的殼程腐蝕，是一種硫化氫-氯化氫-水的典型腐蝕體系，根據X射線衍射、能譜分析結果來看，可知正是這一體系構成和控制了段間換熱器殼程腐蝕的發生。介質中的氯離子、硫化氫等，在腐蝕過程中都發揮了作用。監測表明凝結水中總鐵離子含量為54.6mg/L，可見鐵離子含量比行業標準高很多，說明面臨嚴重的腐蝕情況。通過工藝介質流程成分研究，有一氧化碳-二氧化碳-水的腐蝕體系存在，低合金鋼及碳鋼等在其中，水中二氧化碳溶解生成碳酸，能達到3.3的pH，同時一氧化碳存在于體系中，可在金屬表面吸附，發揮緩蝕劑的效果，避免碳酸造成鋼材全面腐蝕。如果此時有應力，晶格之間滑移，產生表面臺階，新生面漏出，金屬溶解為新生面，成為陽極，而周圍一氧化碳吸附層是陰極，會使碳鋼設備加速腐蝕[3]。檢測結果碳酸鹽等腐蝕產物并不存在，可能是由于工況下腐蝕產物被沖刷掉。

通過腐蝕形貌，可分析沖擊腐蝕，觀察段間換熱器總體腐蝕狀況及分布情況，上部比下部腐蝕嚴重，呈現出典型的溝壑、山谷的形態，因而可判斷為沖擊腐蝕。通過腐蝕產物，分析段間換熱器管程腐蝕，是典型溶解氧腐蝕，陽極鐵釋放電子成為鐵離子的，陰極水和氧氣吸附電子形成氫氧根離子，鐵離子和水會生成氫氧化亞鐵離子和氫離子，氫離子吸收電子產生氫氣，氫氧化亞鐵離子和氫離子則會產生氫氧化亞鐵和水[4]。這就是整個腐蝕過程。此外，內測產物中的總硫含量較高，有硫酸鹽還原菌等微生物腐蝕條件。循環水一般是32-42攝氏度的溫度，同時水中還有油類、磷類、氮類等物質，能夠為微生物生產提供養分。能接受到日照的位置還會產生大量藻類，不能接受到日照的位置則會繁殖大量細菌，產生黏泥。這些因素都會使換熱器冷卻效果下降，進而發生微生物或垢下腐蝕。

三、換熱器腐蝕預防的工藝對策

結合換熱器腐蝕的原因和機理，需要采取相應的工藝對策進行預防。由于材質無法更換或沒有必要更換，所以主要從工藝方面入手。對工藝操作進行優化，使裂解氣當中帶液量減少。對殼程進行犧牲陽極的陰極保護措施。段間換熱器嚴格控制殼程冷凝水pH值，保持在6.0-7.5之間比較理想。如果pH值在6以下，會加強氯化氫的腐蝕作用;如果pH值在8以上，會加強硫化氫的腐蝕效果，而且腐蝕速度和pH值的高低也有關系，所以要加以注意?？梢詰靡恍┚徫g劑，例如有機胺類工藝緩蝕劑等[5]。對凝結水pH值有效控制，使其不超出6.0-7.5的區間，根據國內外乙烯裝置的設備防腐蝕經驗，如果利用無機胺中和劑，對凝結水pH值難以達到理想的控制效果。所以應用有機胺作為緩蝕劑和中和劑應用，可以取得更好的效果。對這部分的設備監測加以強化，由于應用現狀下凝結水中鐵離子超標情況嚴重，并且設備使用壽命只有1年，所以要詳細調查系統設備及管線腐蝕情況，對設備監護工作進一步強化，采取工藝防腐加強、必要定點測厚等方法，對設備腐蝕情況隨時了解和有效控制。

四、結論

換熱器腐蝕的發生，主要是由于工藝水中的鐵含量、總硫含量、氯離子含量過高所致，因此可以判斷系統腐蝕類型主要是硫化氫-氯化氫-水這種腐蝕類型?？辈旄g穿孔管表面，可見局部孔蝕為主要腐蝕形態，腐蝕穿孔方向是從外向內，碳鋼管主要是在管外壁，也就是工藝側存在孔蝕源。利用X射線衍射分析、電子能譜分析等現代物理檢測技術，能夠發現管外壁表面存在大量硫元素，其在腐蝕過程中有所參與，同時主要在外層工藝側發生腐蝕情況。對此，采用工藝操作優化、殼程陰極保護，添加有機胺類工藝緩蝕劑等，達到理想的防腐蝕效果。

參考文獻：

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[2]曹亞熹，李永華，曹錦榮.換熱器換熱管開裂原因分析及對策[J].中國特種設備安全，2016，32（7）：47-49.

[3]王全庭，張志遠，馬紅霞.換熱器的一種常被忽視時段的腐蝕破壞及其對策[J].石油化工設計，2015，11（4）：128-129.

[4]王恒，王剛，李育娟.二氧化碳換熱器失效原因分析及對策[J].化學工程與裝備，2015，13（5）：52-54.

[5]盧亞昆，魏月娥.乙烯裝置工藝水汽提塔系統換熱器結垢原因分析及對策[J].乙烯工業，2016，28（3）：34-38.

作者簡介：

李沖 ? 學歷：本科。

（作者單位：廣東萬家樂燃氣具有限公司）