變換氣空冷管束腐蝕原因分析與防護(hù)

呂佳琪

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

1 前言

某制氫裝置以天然氣和飽和的煉廠氣為原料，烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法制氣、PSA提純氫氣，生產(chǎn)符合高壓加氫裂化裝置新氫要求的高純氫氣。該裝置空冷在運(yùn)行期間發(fā)生管束泄漏，泄漏點位于管束與入口管箱脹接部位。裝置隨后停工處理，并對空冷進(jìn)行了打壓氣密，共發(fā)現(xiàn)5臺空冷出現(xiàn)了管束泄漏，堵管11根。變換氣空冷的基本情況，見表1。

表1 空冷基本信息

2 空冷管束泄漏原因分析

2.1 空冷管束泄漏情況

空冷泄漏位置在管束的北側(cè)入口正下方三排，泄漏管束的管口與管箱焊接位置焊縫完好，未見明顯腐蝕痕跡；內(nèi)窺鏡檢測表明，管束內(nèi)表面無明顯腐蝕或沖刷痕跡（見圖1、2）。

圖1 管束泄漏位置及管束內(nèi)部

圖2 管束泄漏周圍

2.2 空冷結(jié)垢情況

現(xiàn)場檢查空冷入口管底部、空冷管束靠近管箱無翅片覆蓋部分以及空冷入口管箱底部的外表面均有不同程度的結(jié)垢現(xiàn)象，垢物呈黃色與白色，采樣后可見垢物呈砂礫狀，質(zhì)地較為疏松，不溶于水；同時發(fā)現(xiàn)，空冷入口管線底部結(jié)垢主要集中在入口管東側(cè)底部（即靠近管束的一側(cè)），西側(cè)無明顯結(jié)垢痕跡；空冷管束表面結(jié)垢主要集中在空冷入口管線正下方的區(qū)域；入口管箱底部結(jié)垢主要集中在入口管箱下沿（見圖3～5）。

圖3 空冷入口管表面結(jié)垢東側(cè)、西側(cè)

圖4 空冷管束管表面結(jié)垢情況

圖5 空冷入口管箱下沿結(jié)垢情況

2.3 管箱頂部擋板

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，空冷入口管箱頂部均安裝有擋板，擋板在入口管線位置都留有開口，以確保安裝后減少擋板與入口管箱之間的空隙。但現(xiàn)場部分擋板可能由于安裝等原因，未與管箱完全貼合，導(dǎo)致入口管線部位有一個開口，無開口管箱下沿結(jié)垢較為輕微。

2.4 垢樣分析

圖6 空冷入口管箱擋板情況

現(xiàn)場分別采集了北側(cè)入口管箱底部、入口管線底部的垢樣，采用化學(xué)分析的方法對垢樣進(jìn)行分析，分析結(jié)果見表2。

表2

從分析結(jié)果可以看出，垢樣中主要含有Ca、Mg、Na、Fe、K、Zn等金屬離子，以及Cl離子，同時，含有少量的Ni、V等金屬離子。

結(jié)合現(xiàn)場結(jié)垢位置及垢樣分析結(jié)果，認(rèn)為垢物主要為新鮮水噴淋過程中，新鮮水在管線表面不斷蒸發(fā)所形成的“水垢”（主要為Ca、Mg等）。垢樣中含有的K、Zn等元素可能來源于管束泄漏后滲出的催化劑粉末，而Fe可能來源于管線表面的鐵銹。

2.5 原因分析

通過分析現(xiàn)場泄漏、結(jié)垢等情況，結(jié)合垢樣分析結(jié)果，初步推斷造成空冷管束泄漏的原因是氯化物應(yīng)力腐蝕開裂，具體分析如下：

（1）腐蝕相貌：內(nèi)窺鏡及外部腐蝕形貌觀察發(fā)現(xiàn)，空冷管束內(nèi)、外表面無明顯腐蝕減薄痕跡，推斷造成泄漏的原因為開裂。

（2）基礎(chǔ)條件：空冷管束使用304L奧氏體不銹鋼，且脹接部位存在加工過程導(dǎo)致的殘余應(yīng)力（管束與管箱的脹口部位應(yīng)力集中），符合氯化物應(yīng)力腐蝕開裂條件。

（3）直接原因：空冷使用過新鮮水進(jìn)行噴淋，而新鮮水中含有少量氯離子。空冷入口管箱頂部擋板部位存在開口，噴淋水通過開口滲入并接觸空冷管束表面，在空冷管束無翅片覆蓋的部位，新鮮水不斷蒸發(fā)，氯離子濃度不斷升高并聚集。

（4）輔助條件：空冷入口部位溫度較高（140℃），較高的溫度以及管束表面干濕交替環(huán)境均有助于開裂的發(fā)生；同時，空冷管束外表面暴露于空氣環(huán)境中，水中的溶解氧也會加速氯化物應(yīng)力腐蝕開裂。

在上述條件的共同作用下，空冷管束最終發(fā)生了氯化物應(yīng)力腐蝕開裂。

3 建議

（1）使用除鹽水清洗空冷管束表面結(jié)垢。

（2）在空冷入口管束上方安裝可燃?xì)怏w（H2）報警儀，同時，加強(qiáng)現(xiàn)場巡檢，及時發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的管束泄漏。

（3）控制空冷入口管箱擋板施工質(zhì)量，使用焊接或填縫劑等手段消除擋板開口。

（4）訂購新的空冷器，擇機(jī)進(jìn)行更換。