淺析冷換設備泄漏原因及預防措施

呂永慶

（大慶石化公司化肥廠合成車間，黑龍江 大慶 163711）

在工業中，換熱器是使用廣泛的節能設備，在石油化工裝置中，冷換設備的投資占總體投資的35%以上，是必可不少的重要設備。冷換設備應用于每個系統和生產流程環節中，其運行狀態是否穩定、安全、可靠直接影響著生產耗能。對于生產管理人員來說，冷換設備的腐蝕問題一直是企業關注的重點。

1 冷換設備的目的和意義

在煉油作業中，冷歡設備是不可或缺的一環，是重要的煉油設備組成部分，占據煉油設備比例的40%左右，這意味著冷換設備的運行狀態會直接影響煉油設備的結果，也直接影響煉油作業是否能夠順利進行。冷歡設備中有30%的設備是水冷器。在冷換設備實際運行的過程中，勢必會出現腐蝕和結垢的情況，這兩種情況的出現很容易導致冷換設備運行出現問題，腐蝕會導致冷換設備的管束出現穿孔的現象，進而導致生產出現問題，兩種介質出現互相污染的狀況；結垢的出現會導致換冷設備的工作效率下降的同時消耗的能耗增加，并且還會出現垢下腐蝕的情況。由于腐蝕問題是最嚴重的，因此，本文主要分析腐蝕性問題。

1.1 腐蝕問題的出現

冷換設備出現腐蝕問題一般集中在硫化氫水溶液部位，一般來說，硫化氫作業低溫系統的核心，如果采用科學合理的有效方式并且防腐效果良好的情況下，那么使用碳鋼也能夠得到很好的使用效果，而且使用的年限能夠達到15 年左右，但是如果防腐技術不合理或者是介質腐蝕性極強的情況下，使用碳鋼的效果就非常不明顯，甚至會出現安全方面的問題。比如，之前中石油齊魯分公司就曾經出現過一個典型的案例，碳鋼換冷設備在實際施工不到一年，就因為惡劣的使用環境導致出現嚴重腐蝕，甚至因為其腐蝕產物硫化亞鐵的出現導致自燃事故的出現。事實上，其他煉油廠也曾出現過類似的自然情況。

硫化氫水溶液腐蝕從本質上說是屬于低溫系統中HS-HO 腐蝕的環境，因此在實際鍍層的選擇上，可以選擇Ni-P 鍍層，這種鍍層不僅耐酸性比較好，而且HS 腐蝕性也比較好，如果鍍層質量良好的情況下，這種鍍層的有效使用年限能夠達到11 左右，其防腐的效果是非常優異的。除此之外，漆酚涂料和TH-847 涂料也是低溫系統中非常合適的，使用的時間也比較長。

1.2 酸性水處理和制硫裝置

在酸性水處理和制硫裝置中，因為其碳鋼在低溫含硫系統中所受的影響是微乎其微的，如果在低溫也就是溫度在120℃以下的環境中，含硫系統中冷換設備所使用的碳鋼在耐腐蝕方面效果是非常不錯的。所以，酸性水處理和制硫裝置使用碳鋼的效果是比較理想的，其實際的使用效果也和理論分析一致。如果在低溫硫化氫高且防腐效果不好的狀況下，碳鋼的效果并不理想。在涂層的選擇上，也要盡量選擇較好的涂層，比如，Ni-P 鍍層、TH-847 涂層或TH-901 涂層等材料。

2 冷換設備腐蝕的典型結構分析

煉油企業的街工能力，涉及很多方面，包括加減壓和延遲焦化、催化裂化和硫磺回收以及加氫作業等多套煉油設備，比如，某工廠的腐蝕問題報告上，針對腐蝕問題進行大修作業，對換冷設備進行全面深入的停工檢查，結果發現，452 臺設備中有73 臺設備都出現不同程度的腐蝕問題，占了所有設備的18%左右。基于這些數據及已經被腐蝕的設備進行全面的分析后，經過統計整理，發現設備服役的環境、設備制造的缺陷、設備的材質都會造成腐蝕勤快的出現。根據設備出現的失效的角度出發，可以將這些腐蝕狀況分為五種：局部腐蝕、開裂、焊接缺陷、均勻減薄、機械變形。其中減薄和開裂以及局部出現腐蝕的情況是最多的，占比高達90%以上，制造所造成的腐蝕問題僅占105 左右。

圖1 失效類型統計表

根據冷換設備各個位置出現腐蝕的情況上看，出現的腐蝕部位主要集中在管道、管口、入口接管、管箱和殼體等位置。其中在管束和管板以及管箱位置更加突出。

圖2 腐蝕部位統計圖

基于這些冷換設備腐蝕位置的分析，可以初步得到腐蝕原因，基本上可以分為4 類：一類是循環水腐蝕，一類是焊接及施工質量問題，一類是工藝介質問題，一類是選材問題，其中工藝介質和循環水腐蝕是導致腐蝕問題最多的因素，工藝介質腐蝕達到了45%，循環水腐蝕也達到了40%的占比。

3 冷換設備腐蝕原因分析

3.1 工業介質腐蝕

圖3 腐蝕成因統計圖

工業介質的成分比較多，主要的工藝品就是油品或者是油氣，但是在實際煉油的過程中油品也會發生各類分解反應，也會發生各類加氫反應和裂解反應，所以，除了大量的石油產品外，還有大量硫類物質和氫類物質，還有氨氮等各種腐蝕性的物質，這些物質的出現會氯化銨結垢和垢下腐蝕、高溫硫腐蝕和高溫環烷酸腐蝕等對冷換設備腐蝕，使換冷設備出現開裂和點蝕、應力和沖刷腐蝕以及均勻腐蝕等情況的出現。比如，在某個化工企業中，其原油G 常頂油氣換熱器在機器的采用上，選擇的是4 臺并列的換熱器，常頂尤其是這種機械的介質主要是常頂油氣，進出口的溫度一般控制在118℃到93℃的范圍區間，管束的材質是TA1，管板選用的材質是16Mn Ⅳ＋TA1，原油作為殼程的介質為原油。在檢修的過程中，發現污垢和銹蝕主要集中在管箱和管板以及隔板上，從厚度的測量上看，E201 管箱隔板沖蝕部位區域測厚值為10.14 ～10.37mm，其余部位為15.75～15.51mm;E301 管箱隔板沖蝕部位區域測厚值為9.51～10.02mm，其余部位為15.32 ～15.57mm；E401 管箱隔板沖蝕部位區域測厚值6.92 ～7.12mm，其余部位為13.95 ～15.51mm.管箱出入口接管，具體如圖4 所示。

圖4 腐蝕宏觀形貌圖

圖5 管板腐蝕開裂形貌

圖6 管板坑蝕及焊縫開裂形貌

在腐蝕原因分析的過程中，發現主要是因為油品的性質變輕，因此隨后做了改造，使原有適應性進行了擴容，這就導致油氣的流速變快，導致高速的常頂油氣再加上腐蝕介質在長年累月的沖刷下導致管箱的緩蝕劑遭到破壞，使金屬裸露在外，導致管箱腐蝕的速度加快。除此之外，因為設計問題，常頂注水點在管箱上部，常頂是中和劑和緩蝕劑的注入點，這就導致在實際中和的過程中，明顯所需要的量不足，這樣也就導致了腐蝕情況的出現。

3.2 循環水介質腐蝕

我國對環保節能要求標準越來越高，這導致循環水的濃度倍數不斷增加，回用污水的水質在不斷地變差，導致循環水在循環過程中的腐蝕和結構的情況越發嚴重。循環水的腐蝕主要集中在水冷箱上，在大量雜質和黏泥的作用下，會使水冷箱出現垢下腐蝕，同時造成管子的穿孔和開裂等問題。

除此之外，在脫硫聯合裝置的循環堿液冷卻器，它的管程就是循環水，管束中出現了多種腐蝕穿孔的情況，穿孔位置一般集中在導流筒和殼程進料口一側以及管板中，具體如圖7 所示。

圖7

3.3 制造或者是設計缺陷

制造和設計缺陷主要是因為在制造和安裝以及運輸的過程中，比如，不文明運輸、焊接質量不合格、制造質量差、運輸導致涂層損傷或者是設備出現磕碰等情況。制造和設計缺陷一方面是因為占比比較少，另一方面，主要是管理方面的問題。

3.4 物理和化學腐蝕

化學腐蝕主要是因為石油化工要處理很多介質，因此會發生很多的化學反應，比如，酸堿介質這種介質能夠和設備金屬部分發生反應，是最容易引發腐蝕介質之一。再比如，各類添加劑，這些添加劑會和一些材料發生反應，可能會釋放能量，也有可能是釋放高溫，就會導致出現氧化，進而腐蝕設備。除此之外，還有生產環境腐蝕，石油化工企業的生產環境中存在各種各樣的化工溶液，大量其他和溶液在長時間的作用下，會使設備受到一定的腐蝕。

物理腐蝕主要是基于氣體和液體在流動的過程中造成的腐蝕，出現這種情況主要是人為因素導致的，沒有最好相應的防護作業，也沒有合理的控制氣體和液體的流動。除此之外，還有部分員工沒有安全生產的責任意識，沒有重視檢修和維護等方面的工作，導致出現腐蝕情況。

4 冷換設備針對腐蝕情況的防護措施

4.1 材料質量控制

材料質量的控制不僅是設計的基礎，而且也能夠直接影響設備施工時間和壽命，因此，首先要把控換冷設備的質量，并保證在施工和焊接的過程中確保文明施工，避免出現擦傷或者是擠壓情況的出現。在涂層的選擇和施工上，要針對性地選擇耐腐蝕性較好的涂層，同時確保涂層是施工質量。在高溫部位，根據實際的情況選擇合適的碳鋼或者是合成鋼。在低溫部位為了防止氧化，可以硫含量和酸值作為最基本的依據，然后結合最大數值的確定選擇最合適的材料。

4.2 運行控制

工藝防腐在低溫作業的環境下非常關鍵，在常減壓裝置上體現得更加明顯，如果工藝防腐效果好，那么即便是材料等級不高，仍然起到防腐的效果。相反，如果工藝防腐沒有做好，那么即便是有更高級的材料，也會出現腐蝕的情況，因此要根據相關的管理規定，加強工藝防腐處理，嚴格執行相關規定。比如，在常減壓蒸餾裝置的控制上，不管是處理量還是原有質量，都需要嚴格地按照設計要求進行，同時在常減壓的“一脫三注”系統操作管理要不斷提升，控制脫后各類含量指標，比如，含鹽≤3mg/L，脫后含水≤0.3%和污水含油≤200mg/L 等，還有控制塔頂冷凝水pH 值為5.5～7.5(注有機胺時)、7.0 ～9.0(注氨水時)、6.5 ～8.0(有機胺＋氨水)；鐵離子含量≤3mg/L。控制塔頂內部操作溫度高于水露點溫度14℃以上、塔頂回流返塔溫度高于90℃等。針對于高溫部位，其提升的基礎就是設備的材料，要制定針對性的低設防值并嚴格執行，同時根據實際出現腐蝕的情況靈活地選擇合適的預防和升級方案。

4.3 循環水管理控制

循環水的控制可以從以下幾個方面進行：一是流速方面的控制，循環冷卻水在管道流速的控制上，要在1m/s 的速度以上，如果在殼程中循環水的流速低于0.3m/s，那么就需要采取反向沖洗和防腐涂層等多種防腐措施。在溫度控制上，循環冷卻水的出口溫度要控制在50℃以下，如果發現流速異常，可以采取超聲波除垢或者是反沖洗措施；二是循環冷卻水的水質要符合要求；三是添加劑的選擇要盡量選擇高效穩定對環境友好的添加劑，如果添加劑含有鋅鹽藥劑時，要確保循環水的含鋅鹽含量在2mg/L 以下；四是在微生物控制上要盡量以氧化型殺菌劑為主，非氧化型殺菌劑作為輔助功能使用，如果連續投入使用要控制其含氯量；五是要進行嚴格濃縮倍數控制，如果超標，可以調整排污量。

4.4 金屬涂層技術

涂層技術涂抹在冷換設備的表面能夠有效地控制冷換設備的腐蝕情況，尤其是化學涂層技術，其應用的效果更加明顯。但是需要注意的是，這些涂抹在設備上的金屬涂層是陰性涂層，所以對致密性有著非常高的要求，如果涂抹不當，導致涂抹不均勻或者是部分漏涂的情況，滲漏的情況就會出現，不僅會導致整個涂層失去效果，而且也會使冷換設備腐蝕速度加快。

4.5 復合型材料技術

復合材料的使用主要集中在設備的閥門處，包括金屬材料和新型材料以及非金屬復合材料，對于設備重點部位的防護是有很大的作用。復合材料防護技術應用非常廣泛，我國沿海地區很多煉油廠都采取了這種技術，尤其是高腐蝕但溫度不高的零件使用上，泵和閥門等關鍵部位，使用復合技術能夠有效地保護冷換設備。

4.6 水冷器管束防腐

嚴格控制水冷器管束材料的加工、熱處理工藝,使用更合適的材料,可以有效緩解循環水結垢、垢下腐蝕等，目前，大多數煉廠水冷器管束材質以碳鋼為主,對腐蝕嚴重部位可升級材質以提高水冷器的使用壽命.煉化裝置中應用較多的高等級水冷器管束材質有08Cr2Al Mo、09Cr2Al MoRe、022Cr19Ni10、022Cr17Ni12Mo, 雙相鋼、鈦材等奧氏體不銹鋼具有良好的耐蝕性,并且結垢不易附著管壁表面,使用效果較好,但在使用過程中要嚴格控制循環水以及工藝介質氯離子的含量.進行材質升級時,應從介質控制、防腐涂料、陰極保護、經濟效益等方面綜合考慮。

5 結語

對于煉油裝置冷卻設備來說，為了達到良好的防腐蝕效果，應具備一定的預處理技術，這些技術將直接影響冷卻設備的質量和使用壽命。只有不斷地完善腐蝕監測制度，引進較為先進的耐腐蝕性材料減少腐蝕現象，才能不斷地改善、提高煉油設備的防腐蝕技術和防護效果。