某裝置三效蒸發器管束泄漏原因分析

陳 堃

（天津石化裝備研究院，天津 300271）

0 引言

某石化公司熱電部現有7臺鍋爐，擔負著現有煉油、化工裝置提供穩定、可靠的電力和蒸汽供應的任務。為滿足環保要求，各機組相繼投入煙氣除塵、脫硫、脫硝系統，其中通過煙氣脫硫技術控制硫氧化物的排放，但是由于脫硫工藝采用的是石灰石-石膏濕法脫硫，生產過程會產生出大量的廢水，脫硫廢水含有大量固體懸浮物、過飽和亞硫酸鹽、硫酸鹽、氯化物以及微量重金屬[1]。這些脫硫廢水直接外排會造成新的污染，因此必須對脫硫廢水進行處理，以達到脫硫廢水零排放的標準[2,3]。

1 概述

熱電部除塵脫硫車間采用余熱閃蒸自結晶脫硫廢水零排放技術[4-6]，利用脫硫廢水中自身離子特性，利用煙氣余熱產生的蒸汽加熱脫硫廢水，脫硫廢水經多效蒸發濃縮后，將多效蒸發產生的蒸汽冷凝得到凝結水回用，多效蒸發濃縮液送到干燥機干化，干化固體產物為石膏和結晶鹽混合物。實現低能耗，低運行成本脫硫廢水零排放。具體工藝如下：

廢水通過廢水給料泵送到蒸發系統的一效分離器，在一效加熱器內利用煙道換熱器產生的蒸汽將加熱器管程內廢水加熱。一效分離器中廢水經一效加熱器均勻地在加熱管內流動，再進入一效分離器完成汽、液分離，并利用一效強制循環泵進行強制循環蒸發濃縮物料，在一效系統內經多次循環后，完成初步濃縮的料液在壓差的作用下進入二效分離器。進入二效內的物料運用與一效內相同的原理，利用一效分離器產生的二次蒸汽作為二效加熱器的熱源，并利用二效強制循環泵進行強制循環蒸發濃縮，在二效系統內循環蒸發，二效分離器出口蒸汽進入三效加熱器作為三效加熱器的熱源，并利用三效強制循環泵進行強制循環蒸發濃縮。工藝流程如圖1所示。

熱電部三效蒸發廢水處理設備于2018年建成投用，由于工藝需求，該套系統間歇運行，多數時間處于停用狀態，3臺加熱器設備參數如表1所示。

圖1 工藝流程簡圖

表1 3臺加熱器設備參數

2020年1～2月，一效加熱器和二效加熱器多次泄漏，其中一效加熱器堵管根數為53根（管束總根數為702根），二效加熱器堵管根數為50根（管束總根數為702根）。

加熱器頻繁泄漏嚴重影響廢水系統正常運行，為查明加熱器泄漏原因，對加熱器進行宏觀檢查，腐蝕產物分析、光譜檢測，介質分析和泄漏原因分析。

2 宏觀檢查

在一效加熱器打開后進行宏觀檢查，檢查發現：部分管口焊肉腐蝕嚴重，管箱及封頭焊縫處存在較為嚴重的腐蝕，管束內壁有結垢，垢質較松軟，顏色呈灰白色，并存在腐蝕坑。如圖2～圖5所示。

圖2 一效加熱器上部管口腐蝕形貌

圖3 一效加熱器上封頭焊縫腐蝕形貌

圖4 一效加熱器管束內壁腐蝕形貌

圖5 一效加熱器管束內壁結垢形貌

3 腐蝕產物分析

取換熱器管束腐蝕產物進行譜檢分析，分析結果如表2和圖6所示，換熱器管內壁腐蝕產物中含有Cl、Fe、O、Zn 、Al、Si、C等元素，其中Cl、Fe元素含量較高，說明管程腐蝕產物主要為氧化鐵和氯化物，其中氯化物與管束的腐蝕泄漏有直接關系。

4 光譜檢測

在上封頭和管板處進行光譜檢測，材質為2205雙相鋼，合金元素符合標準 ASTM A240要求。檢測結果如表3所示。

圖6 垢樣能譜分析結果

5 介質成分分析

在三期廢水二級旋流器頂流處取樣進行分析，結果表明污水中氯離子含量和氨氮含量極高。分析結果如表4所示。

表2 管程腐蝕產物主要成分

表3 光譜檢測結果

6 泄漏原因分析

（1）從工藝流程分析，污水中高含量的氯離子在未設有工藝防腐措施的情況下，直接回流至三期脫硫工藝水箱。由于污水中氯離子含量高，容易在不連續處（焊縫部位）產生點蝕和縫隙腐蝕，且該系統處于階段性運行，污泥容易在焊縫附近聚集，導致局部氯離子含量會更高，產生氯腐蝕。三效蒸發器長期處于受腐蝕的狀態，最終導致堵管、泄漏；

表4 污水分析結果

（2）從宏觀檢查的結果來看，腐蝕主要以點蝕、坑蝕和縫隙腐蝕為主；根據腐蝕產物分析管程腐蝕產物主要為氧化鐵和氯化物；從污水中雜質含量來看，氯離子含量極高；

（3）氯離子造成的腐蝕都發生在孔蝕或縫隙腐蝕中[7]。在這種情況下金屬在蝕孔內或縫隙內腐蝕而溶解，生成Fe2+，引起腐蝕點周圍的溶液中產生過量的正電荷，吸引水中的氯離子遷移到腐蝕點周圍以維持電中性[8]，因此腐蝕點周圍會產生高濃度的金屬氧化物MCl2，之后MCl2會水解生成不溶性的金屬氫氧化物和可溶性的鹽酸。

鹽酸是種強腐蝕性的酸，能加速多種金屬和合金的溶解；

（4）綜上，由于污水中氯離子含量高，在未采取工藝防腐措施情況下直接回流至三期脫硫工藝水箱循環使用，使得該三效蒸發器焊縫附局部氯離子含量高，產生氯腐蝕，管束內腐蝕性物質氯化物對腐蝕產生加速作用，最終造成加熱器腐蝕泄漏。

7 結論

7.1 濾液外送

綜合泄漏原因可知，造成三效發生器管束泄漏的主要原因是污水中高含量的氯離子，在未設有工藝防腐措施的情況下，直接回流至三期脫硫工藝水箱，因此考慮濾液外送。

濾液外送主要有兩種方式：一是采用管輸，設置濾液輸送泵，鋪設埋地管線將濾液送至水務部污水處理裝置進行處理。二是采用車運，設置濾液裝車泵，廢水用槽車轉運至水務部污水處理裝置進行處理。

根據《石油化工環境保護設計規范》（SH/T 3024-2017）第6.2.11條規定“除生活污水外的工業污水出裝置界區后應采用壓力輸送且地上敷設”，其目的在于降低污水在輸送過程中泄漏污染地下水和土壤的風險。

含鹽廢水對普通碳鋼管道腐蝕嚴重；碳鋼襯里管道耐腐蝕，但是多數使用溫度要求低于100℃，無法采用蒸汽伴熱，冬季防凍防凝問題難以解決；非金屬管道耐腐蝕，但是架空敷設材料容易老化，只能考慮埋地敷設，埋地敷設施工費用高，管道泄漏不易發現。

因此綜合上述工程與技術經濟因素，推薦采用車運，注意污水在收集、輸送、儲存過程不發生泄漏，確保不發生環境污染事故。

7.2 增加在線pH分析儀

在廢水調節罐（D-1000）上增加工藝管口，加入28%堿液中和酸性的脫硫廢水，減小酸性廢水對后續工藝設備的腐蝕[9]。在廢水給料泵（P-1000A/B）出口管線上設置在線pH分析儀，對廢水pH值進行在線分析。

基于pH值計算公式，pH值=-lg[H+]計算中和加堿量，計算結果如表5所示。

結果表明，為中和流量為24m3/hr，pH值為4的脫硫廢水需加入28%堿液0.343kg/hr（0.264 l /hr）。

該公司熱電部現有堿液儲罐4臺，其中三臺容積為15m3，為一、二、三期濕電裝置加注堿液，連續消耗量分別為50kg/h、46.8kg/h、48kg/h，按照堿罐儲存系數0.9，相對密度1.3（堿液濃度28%，溫度20～25℃），單罐最大儲存堿液量為17550kg，計算儲存天數分別為14.6d、15.6d、15.2d。根據《石油化工儲運系統罐區設計規范》（SH/T3007-2014）表4.1.6規定，通過公路運輸的堿液儲存天數為10～15天，目前堿罐的配置符合規范相關要求。

7.3 增加在線電導率分析儀

在加濕水泵（P-1004A/B）出口管道上新增電導率分析儀（AT-10021），用以檢測一效冷凝罐（D-1004）除鹽水系統的電導率情況，正常運行時除鹽水系統的電導率＜10μs/cm；當發生事故狀態時，即電導率＞100μs/cm時，進行報警。

電導率突然增加并達到報警值可能的原因是蒸發系統加熱器管束泄漏[10]，廢水進入除鹽水系統，需要現場操作人員及時檢查、處置。