常壓蒸餾裝置常一線油冷卻器腐蝕結垢的原因與對策

甄鵬飛

(中國石化塔河煉化公司煉油第一作業(yè)部，新疆 庫車 842000)

1 冷卻器基本情況

在裝置的冷換設備中，結垢和腐蝕問題是兩個突出難題，由于垢物的附著阻礙了介質(zhì)的流動和傳熱，導致冷卻器出入口壓力差增大，換熱效果下降，同時易導致垢下腐蝕的發(fā)生，縮短冷卻器的使用壽命[1-2]。2019年5月，對塔河煉化1號常壓-焦化聯(lián)合裝置常一線油冷卻器E1006進行清洗時發(fā)現(xiàn)，管箱封頭及管板上存在大量灰白色垢物，管束入口處存在堵塞現(xiàn)象，且有銹蝕痕跡。為減緩循環(huán)水的腐蝕，管箱內(nèi)設置有鎂合金犧牲陽極塊，規(guī)格為60 mm×60 mm×250 mm。E1006操作條件和材質(zhì)情況見表1。為了查明腐蝕結垢的原因，提出針對性的抑制腐蝕結垢的措施，采集了腐蝕垢樣，委托洛陽技術研發(fā)中心開展綜合分析。

表1 E1006冷卻器操作條件和材質(zhì)

2 試驗方法

2.1 離子色譜分析

采用超聲波振蕩的方法將定量的垢樣充分溶解于定量的蒸餾水中，然后取上層清液過濾，利用離子色譜法(HPIC)測定水中的可溶性陰離子，并取蒸餾水進行空白對照。

2.2 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析

將垢樣溶于有機溶劑中，萃取出其中的有機物，利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)對垢樣中有機物的組成及含量進行分析。

2.3 能譜分析及X射線衍射分析

將垢樣在200 ℃和400 ℃下烘干去除水分和揮發(fā)性介質(zhì)后，采用能譜分析(EDS)測定其主要元素含量，采用X射線衍射(XRD)分析確定其化合物的主要存在形式。

3 分析結果與討論

3.1 陰離子測定

表2 陰離子測定結果

3.2 有機物組成及含量分析

分別利用環(huán)戊烷和二氯乙烷對垢樣進行萃取，采用GC-MS法對萃取液進行分析，經(jīng)檢測，萃取液中未發(fā)現(xiàn)其他有機物。

3.3 腐蝕垢樣分析

表3為垢樣的EDS分析結果。

表3 樣品EDS分析結果 w,%

由表3可知，垢樣主要由O，Si，Ca，F(xiàn)e和Mg元素組成，且Al和Zn含量也較高，S含量則較低。此外，垢樣熱穩(wěn)性較好，烘干到400 ℃后其組成與200 ℃下基本保持一致。根據(jù)EDS分析結果，可以初步推測垢樣主要來自于泥沙、水垢、腐蝕產(chǎn)物的沉積以及犧牲陽極的溶解，其中，Si元素和Ca元素主要來自于泥沙和水垢，F(xiàn)e元素主要來自于腐蝕產(chǎn)物，Mg，Al及Zn等元素主要由犧牲陽極的溶解產(chǎn)生，S元素的存在通常與硫酸鹽還原菌(SRB)和H2S環(huán)境有關。

XRD分析結果表明，垢樣的主要物相為SiO2和CaCO3。其中，SiO2來自于水中的泥沙，CaCO3為典型的水垢成分。結合EDS分析結果來看，導致腐蝕結垢的主要原因是水中的泥沙和水垢沉積。

4 腐蝕結垢的原因分析

(1)泥沙由循環(huán)水引入，在流速較低處，易發(fā)生泥沙沉積，而水垢主要由水中可溶的Ca(HCO3)2在傳熱面上受熱分解產(chǎn)生。

(2)碳鋼材質(zhì)的設備和管道易發(fā)生腐蝕，部分腐蝕產(chǎn)物進入循環(huán)水中，與泥沙、水垢等一起在冷卻器表面沉積是導致結垢的另一個原因。

5 結論與建議

(1)常一線油冷卻器E1006腐蝕結垢的原因在于循環(huán)水中的泥沙和水垢沉積、腐蝕產(chǎn)物堆積以及陽極塊溶解形成的沉淀。

(2)為抑制冷卻器腐蝕結垢，建議嚴格控制循環(huán)水出口溫度不超過50 ℃；控制循環(huán)冷卻水的流速不低于1 m/s；增強管束內(nèi)防腐涂層與基體的附著力，提高涂層的防腐蝕性能，避免涂層被刮擦破壞；采用定期反向沖洗等措施減少污垢沉積。

(3)在冷卻器管箱內(nèi)安裝犧牲陽極時應充分考慮不同部位循環(huán)水垢下腐蝕的特點以及內(nèi)防腐涂層的作用，再結合其對流體流速流態(tài)的影響，對犧牲陽極進行選型、用量核算及效果評估。