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1、第38卷第5期化工機械633管殼式換熱器的失效分析仲重州‘(中國石油蘭州石化公司己烯廠)摘要采甩化學(xué)分析、金相檢驗和x射線分析等方法．對換熱器失效的主要原因度其失效機理進行分析比較．并提出了一些相應(yīng)建議。關(guān)鍵詞管殼式換熱器腐蝕失效分析中圖分類號TQ05l5文獻標識碼B文章編號0254-6094(2011)054_16334)3管殼式換熱器在石油、石化、制藥及食品等領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛。據(jù)調(diào)查，在上述領(lǐng)域中換熱器都發(fā)生過因腐蝕引起的破壞，尤其在煉化企業(yè)，由于設(shè)備的工況要求苛刻，介質(zhì)的腐蝕、沖刷強，溫度、壓力高等原因，使得換熱器故障
2、不斷。因此，對管殼式換熱器進行防腐問題的研究，防止換熱器過早損壞，降低因腐蝕引起的物料浪費和環(huán)境污染，減少不必要的停產(chǎn)及因此而引起的產(chǎn)品損失等都有著重要的現(xiàn)實意義。某汽油加氫裝置采用國產(chǎn)化的加氫工藝技術(shù)，其原料為乙烯裝置副產(chǎn)的裂解汽油。先采用普通精餾的方法脫除裂解汽油中C，以下的輕組分和C。以上的重組分，剩余的c。～C。中間餾分進行兩段加氫，同時除去硫、氮、氧等雜質(zhì)，得到合格的加氫汽油。該裝置于2006年投用，2009年發(fā)現(xiàn)催化劑再生系統(tǒng)中冷凝器排液過多，檢查冷凝器G—E120發(fā)現(xiàn)該換熱器的管束有25％的換熱管發(fā)生腐蝕穿孔，泄
3、漏嚴重，導(dǎo)致該系統(tǒng)停車處理，造成很大的經(jīng)濟損失。為防止換熱器腐蝕失效的再次出現(xiàn)，筆者對其腐蝕原因進行了分析。1設(shè)備運行情況冷凝器G—E120在催化劑再生系統(tǒng)中起到對高溫再生催化劑后所產(chǎn)生的再生氣進行冷凝，并將產(chǎn)生的再生廢蒸汽凝液排除系統(tǒng)的作用。該換熱器形式為浮頭式，規(guī)格為th900mm×10mm×5700mm，管程介質(zhì)為循環(huán)冷卻水，溫度為40℃，殼程的最大工作壓力為015MPa，殼程介質(zhì)為再生氣(主要成分為CO：、水蒸氣、微量硫)，溫度為400℃。2換熱器的失效特征及腐蝕產(chǎn)物分析對換熱器的腐蝕管束進行外觀檢查發(fā)現(xiàn)：管段無變形，
4、表面粗糙均存在黑色和紅褐色垢物，可以剝落，管內(nèi)外表面均有凹凸不平的腐蝕坑，內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物厚重，局部穿孔。規(guī)格為t620mm×20mm的管段，在距管板約635mm處存在明顯的臺階，臺階處非焊接連接，為不均勻腐蝕減薄所致(圖1)。在減薄區(qū)內(nèi)下部存在多處腐蝕孔洞，管段上部腐蝕較輕。剖開清洗后，管內(nèi)、外壁表面無金屬光澤，呈凹凸不平的腐蝕坑，有黑色致密垢物。圖1外壁臺階及減薄區(qū)2．1材料化學(xué)成分分析對失效的管束采用光譜儀進行了化學(xué)成分分析，該管束材料為10。碳鋼，成分均在正常范圍以內(nèi)(表1)。2．2金相組織分析從斷裂部位截取金相試樣，用光
5、學(xué)顯微鏡分析顯微組織。管束的顯微組織由鐵素體十珠光體{仲重州，男，1982年3月生，助理工程師。甘肅省蘭州市，730060。634化工機械2011年組成，夾雜物含量不高。在管束臺階兩側(cè)取樣進行金相分析(圖2)，管段臺階兩側(cè)金相組織相同，均為正火狀態(tài)。臺階兩側(cè)內(nèi)、外壁表面均存在腐蝕坑和腐蝕產(chǎn)物(圖3)，未發(fā)現(xiàn)裂紋。鷸≥裂撼“{毒j越≤≮囊甕4j磷，．J。哆蝣囂鹵∥’0a外輩表面》≤h㈣}。，。而圖2管束臺階兩側(cè)金相分析照片a外壁表面b內(nèi)壁表面圖3管束臺階內(nèi)、外壁表面腐蝕特征2．3x射線成分分析取管內(nèi)、外腐蝕產(chǎn)物，進行x射線成分分
6、析，內(nèi)、外壁腐蝕產(chǎn)物中均含有Al、s；、S、K、Ca、Fe等元素，其中外壁腐蝕產(chǎn)物中元素s的相對含量略大于內(nèi)壁，具體分析結(jié)果見表2。表2腐蝕產(chǎn)物x射線成分分析結(jié)果％，≯．_．：Po，．0百∥、．i『既蠢一．。，√．第38卷第5期化工機械635由管束內(nèi)、外擘腐蝕產(chǎn)物x射線衍射檢測可知，外壁腐蝕產(chǎn)物有：FeFe204、A12Si05、CaAl204、Ca3A1206、Ca4Fel4025；內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物有：FeFe204、Fe203、Fe2AI。Si50?CaAl204。腐蝕產(chǎn)物成分基本相同，主要為碳鋼在H：0和0：作用下的腐蝕產(chǎn)物
7、，未發(fā)現(xiàn)硫化物等有害介質(zhì)成分，因此判斷硫未直接參與腐蝕。殼程介質(zhì)中的CO：和硫化物對腐蝕有一定的促進作用。3腐蝕機理推斷綜合以上檢驗結(jié)果分析可知，換熱器管束失效的主要原因是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的電化學(xué)腐蝕，而且腐蝕現(xiàn)象與管束的材料沒有直接聯(lián)系。由于長期使用循環(huán)冷卻水，容易發(fā)生設(shè)備及管線的腐蝕，嚴重時會出現(xiàn)腐蝕穿孔，造成停產(chǎn)。3．1冷卻水中溶解氧引起的電化學(xué)腐蝕本循環(huán)冷卻水系統(tǒng)未封閉，水與空氣充分接觸，因此水中溶解氧可達到飽和狀態(tài)，當碳鋼與溶有氧的冷卻水接觸時，由于金屬表面的不均一性和冷卻水的導(dǎo)電性，會在碳鋼表面形成許多腐蝕微電池，
8、這些微電池的陽極區(qū)和陰極區(qū)分別發(fā)生下列的氧化、還原反應(yīng)：o陽極反應(yīng)Fe=Fe“+2e陰極反應(yīng)1／20：+H：0+2e=20H一在陽極區(qū)，碳鋼因失去電子被腐蝕生成Fe“而溶于水中。同時，電子向陰極區(qū)移動。水中的溶解氧在陰極區(qū)得電子形成OH一。Fe“和OH一在水中反應(yīng)生成Fe(O
