劉殿如

（沈陽(yáng)中科韋爾腐蝕控制技術(shù)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110180）

0 引言

水冷器是煉化廠重要的生產(chǎn)設(shè)備之一。近幾年來(lái)，對(duì)國(guó)內(nèi)不同地區(qū)煉油化工生產(chǎn)裝置近2000臺(tái)水冷器進(jìn)行腐蝕調(diào)查，發(fā)現(xiàn)約10%的水冷器管束存在嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題，部分煉化廠水冷器的腐蝕問(wèn)題占據(jù)整個(gè)裝置腐蝕問(wèn)題50%以上，嚴(yán)重影響裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行，因此控制水冷器腐蝕問(wèn)題意義重大。

1 水冷器常見(jiàn)腐蝕形式

（1）L-302/2吸收塔中間冷卻器

某煉油廠1#催化裂化裝置吸收塔中間冷卻器L-302/2，主體材質(zhì)為Q345R（管板）+316L（管束），管程介質(zhì)為循環(huán)水，殼程介質(zhì)為解吸氣，操作溫度為40/85℃，操作壓力為0.40/1.3MPa。

該水冷器碳鋼材質(zhì)管板腐蝕嚴(yán)重，管板坑蝕2mm左右，管束及焊縫無(wú)明顯腐蝕，部分管口焊縫與管板剝離，如圖1所示；

圖1 L-302/2管口焊縫與管板腐蝕剝離

（2）輕烴壓縮機(jī)出口冷卻器E2002A

某煉化廠II輕烴回收裝置輕烴壓縮機(jī)出口冷卻器E2002A，管板清洗前表面雜物較多，部分管子被雜物堵塞；清洗后發(fā)現(xiàn)管板、焊肉坑蝕嚴(yán)重，坑蝕深約0.5～2.0mm。個(gè)別焊肉存在穿孔，管口存在豁口如圖2所示；

圖2 管板、焊肉坑蝕嚴(yán)重，管口形成豁口

（3）初頂后冷器E-1510D

某煉油廠2#常減壓裝置初頂后冷器E-1510D，管程介質(zhì)為初頂油氣；殼程介質(zhì)為循環(huán)水，使用一個(gè)運(yùn)行周期4年后，管束外表面涂層部分脫落，涂層脫落處有明顯腐蝕，個(gè)別管束腐蝕穿孔，如圖3所示。

圖3 管束腐蝕嚴(yán)重，蝕坑深約2mm

循環(huán)水走殼程時(shí)，在折流板附近容易產(chǎn)生死角，水流速較低容易結(jié)垢產(chǎn)生垢下腐蝕。而且，水冷器殼程結(jié)垢復(fù)雜，涂料防腐施工難度較大，施工質(zhì)量很難得到保證。在一般情況下，建議盡量采取循環(huán)水走管程來(lái)避免此類(lèi)問(wèn)題。

2 主要腐蝕原因分析

（1）輕烴壓縮機(jī)出口冷卻器E2002A腐蝕原因分析

對(duì)E2002A管板結(jié)垢物的能譜分析和X射線(xiàn)衍射分析，確定結(jié)垢物的主要元素組成為：Fe、O、C、S、Si、Ca、Na、Mg、Al。各元素含量如表1所示。

X射線(xiàn)衍射儀檢測(cè)結(jié)垢物中的結(jié)晶物質(zhì)主要為Fe3O4、SiO2、CaMg（CO3）2。衍射圖譜如圖4所示。

由于循環(huán)水中的鈣鹽和鎂鹽易于在管板處積存結(jié)垢，使得管板結(jié)垢處的氧濃度小于四周的氧濃度，此時(shí)，結(jié)垢處管板成為陽(yáng)極，未結(jié)垢的部位成為陰極，由此形成微小的原電池。腐蝕生成的Fe2+通過(guò)結(jié)垢物逐漸擴(kuò)散，遇到OH-和O2時(shí)形成Fe3O4，積累在結(jié)垢物中。結(jié)垢物越來(lái)越多，氧濃度差越來(lái)越大，導(dǎo)致結(jié)垢物下面管板及焊縫越腐蝕越深；

（2）L-302/2吸收塔中間冷卻器

在循環(huán)水弱電解質(zhì)介質(zhì)中碳鋼材質(zhì)管板腐蝕電位較低，形成陽(yáng)極，316L不銹鋼材質(zhì)管束腐蝕電位較高，形成陰極。電位較高的管束被保護(hù)，電位較低碳鋼材質(zhì)管板會(huì)加速腐蝕，從而形成較深的腐蝕凹坑；

（3）初頂后冷器E-1510D

該水冷器循環(huán)水走殼程，且管束外表面采用涂料防腐。由于管束外表面存在折流板，導(dǎo)致涂料防腐很難保證施工質(zhì)量。且管束在拆裝過(guò)程中，由于操作不當(dāng)極易造成管束外表面涂層局部脫落。此外，由于在裝置開(kāi)工過(guò)程中采用了蒸汽對(duì)水冷器進(jìn)行吹掃，造成涂層受熱失效局部脫落，從而導(dǎo)致金屬本體直接接觸循環(huán)水。由于金屬電位比循環(huán)水中溶解氧的電位低，導(dǎo)致金屬是陽(yáng)極，溶解氧是陰極，形成電化學(xué)腐蝕體系，從而導(dǎo)致管束腐蝕穿孔。反應(yīng)式如下[1]：

表1 E2002A管板結(jié)垢物能譜分析結(jié)果

圖4 E2002A管板結(jié)垢物的X射線(xiàn)衍射圖

3 水冷器防腐措施

（1）水質(zhì)的控制是解決水冷器系統(tǒng)腐蝕的根本，水質(zhì)控制的質(zhì)量直接影響全廠水冷器的長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行。因此，嚴(yán)格執(zhí)行循環(huán)水pH、含油量、濁度、濃縮倍數(shù)、總磷、總鐵、余氯、異氧菌、生物粘泥、粘附速率、腐蝕速率等各項(xiàng)控制指標(biāo)，出現(xiàn)異常情況及時(shí)進(jìn)行處理；

（2）當(dāng)循環(huán)水流速走管程時(shí)，流速不能低于0.9m/s，當(dāng)循環(huán)水走殼程時(shí)流速不能低于0.3m/s。循環(huán)冷卻水回水溫度不能超過(guò)60℃。如果溫度控制過(guò)高，結(jié)垢傾向加劇。建議在裝置正常運(yùn)行后每個(gè)季度對(duì)各冷卻器進(jìn)行流量、流速及出口溫度標(biāo)定，在控制閥上標(biāo)記允許的流速控制范圍，減輕因流速控制過(guò)低造成垢下腐蝕。對(duì)于流速無(wú)法達(dá)到要求的冷卻器，可以采用定期沖洗和超聲波除垢的方法來(lái)減緩結(jié)垢；

（3）涂料隔離和陰極保護(hù)是水冷器防腐比較普遍的手段，具有很好的防腐效果。

目前，循環(huán)冷卻水中常用的犧牲陽(yáng)極材料主要鋅基材料為主，鋅合金陽(yáng)極自腐蝕低，電流效率高，使用壽命長(zhǎng)，適合于長(zhǎng)期使用[2]。 在安裝前根據(jù)水質(zhì)情況和裝置運(yùn)行周期對(duì)陽(yáng)極塊的使用量進(jìn)行核算，檢修期間根據(jù)陽(yáng)極塊的消耗情況適當(dāng)調(diào)整陽(yáng)極塊的用量。

在碳鋼水冷器防腐涂料中，成膜物起著防止水、氧、離子、腐蝕性物質(zhì)等與金屬表面的接觸作用。因此選擇耐水性、抗水汽滲透、能耐一定高溫的成膜物質(zhì)，是水冷器耐蝕阻垢涂料的關(guān)鍵。水冷器耐蝕涂料用于水冷器水側(cè)，其主要接觸的介質(zhì)為循環(huán)水，溫度一般不超過(guò)100℃，但開(kāi)停工時(shí)需用蒸汽吹掃，由于高溫容易使涂層失效，建議開(kāi)停工期間采用氮?dú)鈱?duì)水冷器進(jìn)行吹掃，以提高涂層的使用壽命[3]；

（4）停工檢修期間對(duì)全廠水冷器開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)腐蝕調(diào)查，對(duì)比分析各水冷器結(jié)垢情況、涂層完好情況、腐蝕情況、陽(yáng)極塊消耗情況，以便下個(gè)運(yùn)行周期有針對(duì)性的對(duì)循環(huán)水水質(zhì)和水冷器使用進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化；

（5）檢修期間對(duì)水冷器管束進(jìn)行渦流檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，及時(shí)對(duì)內(nèi)部坑蝕嚴(yán)重管束進(jìn)行堵管或更換，同時(shí)，可以采用水中含油在線(xiàn)分析儀對(duì)水冷器出口循環(huán)水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便水冷器泄露能得到及時(shí)判斷和處理，避免出現(xiàn)由于水冷器泄露造成介質(zhì)污染循環(huán)水，增大循環(huán)水處理難度和成本；

（6）對(duì)于介質(zhì)側(cè)溫度較高容易結(jié)垢易腐蝕的水冷器，管束升級(jí)為不銹鋼材質(zhì)具有很好的耐性性，且光滑的不銹鋼管束內(nèi)表面結(jié)垢程度也明顯減輕，如某煉油廠常減壓裝置常壓側(cè)線(xiàn)水冷器和減壓側(cè)線(xiàn)水冷器均采用304不銹鋼管束，檢修期間打開(kāi)發(fā)現(xiàn)管束內(nèi)壁光滑，管束無(wú)明顯腐蝕。但是，奧氏體不銹鋼容易發(fā)生cl-應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，在采用不銹鋼材質(zhì)管束要考慮到介質(zhì)和循環(huán)水中cl-含量，避免出現(xiàn)應(yīng)力開(kāi)裂現(xiàn)象；

（7）當(dāng)循環(huán)水走殼程時(shí)，由于水冷器管束外表面存在折流板，導(dǎo)致管束外表面進(jìn)行涂裝防腐涂料時(shí)施工難度較大，難免存在有些部位涂料無(wú)法覆蓋，導(dǎo)致局部腐蝕加速。同時(shí)，折流板和管板容易出現(xiàn)循環(huán)水流動(dòng)死區(qū)，加速循環(huán)水結(jié)垢。因此，在工況條件允許的條件下，盡量采取循環(huán)水走管程。

4 結(jié)語(yǔ)

各個(gè)地區(qū)循環(huán)水水質(zhì)不同，造成各個(gè)煉化廠水冷器的腐蝕與結(jié)垢情況也不同，但是水冷器的腐蝕機(jī)理大同小異。針對(duì)不同工廠水冷器的腐蝕問(wèn)題，要在現(xiàn)場(chǎng)工作中不斷研究、試驗(yàn)，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，完善針對(duì)本廠的循環(huán)水管理制度。把水冷器腐蝕程度降到最低，為裝置長(zhǎng)周期安全平穩(wěn)運(yùn)行打下基礎(chǔ)。