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焦化装置分馏塔顶循换热器管束腐蚀原因分析及应对措施

文档作者：高俊生，王巍，刘宝文档来源：中国石油天然气股份有限公司大庆石化分公司炼油厂		点击数：	更新时间： 2024年09月21日
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腐蚀与防护 石油化工设备技术，2011，32(6)·54· Petro—Chemical Equipment Technology
焦化装置分馏塔顶循换热器管束腐蚀
原因分析及应对措施
高俊生，王 巍，刘 宝
(中国石油天然气股份有限公司大庆石化分公司炼油厂，黑龙江大庆163711)
摘要：大庆石化分公司炼油厂1 200 kt／a延迟焦化装置分馏塔顶循换热器Ell17A／B投用不到两年，
其中换热器B的管束腐蚀穿孔，出现泄漏。分析认为，换热管腐蚀穿孔，是由于管程介质中含有较高的腐蚀
性元素，使管内壁产生了垢下点腐蚀所致。对新制作管束的换热管内侧采用钛纳米防腐涂料进行了防腐处
理，较好地解决了该换热器管束的腐蚀问题。
关键词：顶循换热器 管束点腐蚀 钛纳米涂料
大庆石化分公司炼油厂1 200 kt／a延迟焦化
装置分馏塔顶循两台换热器E1117A／B，于2007
年12月由大庆石化分公司机械厂制造完成，型号
为BE$800—2．5—215—6／19—2I，2008年9月
随装置开工投入使用。该换热器夏季使用循环
水、冬季使用低温水作为取热介质。2009年5月
装置停工检修期间，只对小浮头进行了热紧；同年
6月开工后正常投用循环水；1O月5日操作工检
查时发现换热器内部泄漏。两台换热器换热管材
质均为1O号钢¨1]，其规格为 19mm×2 mm。
1 换热器管束腐蚀泄漏情况
打开换热器后发现管板表面及换热管外表面
腐蚀不明显，但管内存有石头等杂物。清洗管内
试压堵漏后回装。水压试验后A 台管束未发生
泄漏，B台管束充水后即发现泄漏2根，打压后共
堵管14根。为进一步分析泄漏原因，对管程和壳
程介质进行了测定，并决定进行解体检查。对
B台管束外表面进行了高压水清洗，清洗后发现
换热管外表面有均匀麻坑，但腐蚀坑较浅，且分布
较均匀。抽2根管检查发现，未进行水压试验时
在每根换热管上发现一个漏点，漏点均发生在导
流筒位置，且一根在固定管板侧，一根在浮动管
板侧。
换热管泄漏部位宏观形貌见图1，泄漏孔呈
圆形，管外表面有腐蚀产物沉积。在泄漏处截取
长约100 mm管段，将其沿纵向剖开，观察发现泄
漏部位的内孔远比外孔要大，说明泄漏孔是由内
壁首先产生，并向外壁扩展而形成的。内表面均
被腐蚀产物所覆盖，局部区域有较多呈铁锈色的
物质堆积，并与内表面较牢固地贴在一起，见
图2。将试样用热酸清洗后观察，发现内壁堆积
物较多的部位腐蚀得较严重，并形成较明显的腐
蚀坑，见图3。外表面同样有较多腐蚀坑，但腐蚀
坑较浅，且分布较均匀。
(a)管外侧 (h)管内侧
图1 换热管腐蚀及泄漏孔形貌
2 换热器Elll7A／B设计、操作工艺参数
2．1 设计工艺参数
设计工艺参数如表1所示。
收稿日期：2011一Ol_29；修改稿收到日期：2011 06—29。
作者简介：高俊生，男，1981年毕业于大庆石化总厂职工大
学化工机械专业；1997年毕业于黑龙江大学行政管理专业。
现在炼油厂焦化车间从事设备管理工作，已发表论文9篇，
机械工程师。
Email：gao．junsheng@ 163．com
第32卷第6期 高俊生等．焦化装置分馏塔顶循换热器管束腐蚀原因分析及应对措施
内壁沉积物堆积
图2 换热管泄漏处内部沉积物 图3 换热管内部沉积物腐蚀坑形貌
表1 Eli17A／B设计工艺参数
2．2 操作工艺参数
操作工艺参数如表2所示。
3 Ell17A／B操作工艺参数与老焦化装置顶循
换热器H-6对比
老焦化装置的工艺流程与新焦化的工艺流程
略有不同，老焦化装置顶循环油先经H4加热渣
油，后进入H一6冷却，再经过L一2(空冷)后回分
馏塔；而新焦化是顶循环油直接进入E1117A／B
后回分馏塔。因此，E1l17A／B的操作工艺参数
和设备主要参数与H一6相比，也略有区别。
3．1 操作工艺参数对比
操作工艺参数对比如表3所示。
3．2 设备主要参数对比
设备主要参数对比见表4。
表2 E1lI7A、B操作工艺参数
表3 操作工艺运行参数对比
表4 设备主要参数对比
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管程
壳程
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A3R
736 25 2．5
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石油化工设备技术
4 腐蚀原因分析
为了弄清楚上述换热器管束腐蚀穿孔泄漏的
原因，进行了下述检测、分析。
4．1 换热管质量检测分析
在穿孔部位制取高倍金相试样观察，泄漏部
位由管内壁向外壁逐渐减薄，最终产生漏点。同
时内壁有明显的腐蚀产物，并没有发现明显的冶
金缺陷，金相组织为铁素体+珠光体，见图4。在
内壁堆积物较多部位制取高倍金相试样观察，该
部位腐蚀坑较密集(见图3)，而且腐蚀坑也较深，
经显微镜测量，该处管壁厚度为1．7 mm。在堆积
物不明显部位制取高倍金相试样进行对比观察，
这些部位腐蚀坑较少，且较浅，经显微镜测量该处
壁厚为1．95 mm；其组织也为铁素体+珠光体。
经晶粒度评定，结果均为8．5级。夹杂物均未发
现超标现象。沿管纵向制取高倍金相试样观察，
珠光体沿轧制方向有明显变形，呈细条带状分布，
见图5，这与轧制温度偏低有关。
图4 换热管泄漏处金相组织为铁素体+珠光体
5 换热管珠光体组织沿轧制方向有明显的变形
检查换热管内壁发现，有的局部比较粗糙，或
有折皱、裂纹等缺陷。这些缺陷为腐蚀产物的沉
积和腐蚀元素的积聚提供了条件。
4．2 介质因素的影响
大多数冷却器均水走管程，因冷却水中含有
钙、镁离子和酸式碳酸盐。当冷却水流经传热的
金属表面时就发生如下反应：
Mg + HCO~-+ H 2 O MgCO3
+ Mg(OH)2·3MgCO。+CO
Ca + 2HcO 一H 2 O+CO2+ CaCO3
当水中加有聚合磷酸盐作缓蚀剂时存在如下
反应：
3Ca +2PO ～ Ca(PO4)2
此外溶解在冷却水中的氧还会造成金属腐
蚀，形成铁锈，反应如下：
2Fe+ 2H 2 O+ O2— 2Fe(OH)2
反应的结果在传热面上逐渐结垢，同时伴随
铁锈的生成。垢层使换热效果严重降低。有的个
别管束使用不到1年换热管便被堵死。
水对金属表面的腐蚀主要为电化学腐蚀，在
腐蚀电池中阴极反应主要是氧的还原，阳极反应
则是铁的溶解。碳钢在水中发生的腐蚀反应
如下：
阳极反应：
2Fe 2Fe+ +4e
阴极反应：
O 2 4-2H2 O+ 4e一4OH
总反应：
2Fe+ 2H2O4-O2 2Fe(OH )2
在腐蚀发生时，铁生成氢氧化亚铁从溶液中
沉淀出来。因这种亚铁化合物在含氧的水中是不
稳定的，它将进一步氧化生成氢氧化铁。
2Fe(OH)z+2H O4-1／2O2 2Fe(OH)3
之后，氢氧化铁脱水，生成铁锈。
2Fe(OH)3一FeOOH + H2O
所以说，金属的垢下腐蚀由于本身电化学腐
蚀存在自催化作用，将加速金属的腐蚀E引。
分别对换热管泄漏部位腐蚀产物及管内壁堆
积物进行扫描电镜能谱分析，分析结果表明，两个
试样的内壁腐蚀产物所含的各种元素基本相同，
除含基体元素外，还含有Na、K、C1、O、S等腐蚀
性元素。其中的Cl、o、S等对换热管的腐蚀穿孔
泄漏也起到了促进作用。
4．3 工艺因素的影响
根据该台设备使用的特点，夏季作为水冷器，
冬季作为采暖水换热器，这样对设备的影响是比
较大的。一是作为水冷器壳体有保温，这不利于
壳程介质散热，循环水温度较高。二是该系统属
(下转第63页)
第32卷第6期 关巍巍．糠醛精制装置的腐蚀及防护措施
平稳。
3．8 溶剂干式蒸馏工艺
本装置的汽提均采用水蒸气汽提，从实验室
结果可以看到，由于水蒸气的引入将使腐蚀速率
增加7～8倍，如果能实现溶剂干式蒸馏，对溶剂
回收及脱气塔采用N 汽提工艺将可有效阻止
氧、水进入系统，这将使糠醛氧化、变质的问题得
到根本解决，此工艺可取消水溶液回收系统，并且
能耗更低。惰性气体汽提工艺将是溶剂精制工艺
发展的方向之一。
3．9 使用耐腐蚀材料。材质升级
糠醛对金属的腐蚀具有选择性，对碳钢的腐
蚀远超过18—8不锈钢。表1是在糠酸酸值为15
mgKOH／g，温度60℃条件下，糠酸对两种材质
腐蚀速率的对照表。
表4 糠酸对不同材质的腐蚀率
| ≯ 槠黢i 蠢毫| 斌％甄逸率『(n吼 每
帮|
18—8不锈钢
装置于2010年6月检修时实施材质升级，主
要为溶剂回收系统的蒸发塔及其出口管道，加热
炉辐射室所有急弯弯管及部分炉管。
4 结语
糠酸是糠醛精制装置设备腐蚀的主要腐蚀介
质，而环烷酸对糠醛氧化为糠酸起加速作用，系统
中水的存在会使糠酸腐蚀大大加重，因此防腐的
思路是阻止氧气、水进入系统，防止糠醛氧化变
质。采取的措施主要有对原料罐、容一2及容一5／
1～4采取N。密封保护，提高糠醛进货质量等。
针对水溶液回收系统腐蚀程度严重的情况，采取
加KQ 1缓蚀剂的措施，能不断除去系统中的糠
酸，有效降低全装置的腐蚀程度。操作上则要求
加强加热炉及萃取塔平稳操作，防止超温，防止糠
醛氧化结焦。另外对蒸汽发生系统的腐蚀则提出
加缓蚀剂的方法，操作上控制好液面，防止水击，
定期排污，能有效改善蒸汽发生系统的腐蚀状况。
参考文献：
E1] 现代化工，1999．04
E22 郭健等．腐蚀与防护，1996(1)：31
(上接第56页)
于密闭的，冬季作为采暖水换热器水质温度更高。
因为在密闭式循环冷却水中，金属的腐蚀速率随
温度的升高而升高，这是因为在密闭系统中，氧在
有压力的状态下溶解在水中而不能逸出。温度升
高，扩散系数增大，氧扩散到金属表面的量值增
大。该台设备冷却水的温度最高为80℃ ，对应的
腐蚀速率在0．25～0．5 mm／a。见图6。该管束
壁厚为2 mm不至于1年就腐蚀穿孔。
0 2O 40 6O 8O 1 0()120 140 16O 18O
温度／℃
图6 腐蚀速率
综上所述，此次换热管泄漏是由于换热管本
身存在缺陷，管子表面的粗糙区域、折皱、裂缝或
其他浅的缺陷可以从工艺流体或冷却水中捕集到
固体颗粒，形成沉积物。这些表面缺陷或沉积物
成为缝隙腐蚀或孔蚀的主因。管程介质中含较高
腐蚀性元素，原设计换热管直径较小，水中存在的
一些杂质等会阻碍介质的流动，从而加剧了腐蚀。
5 处理措施
为保证顶循换热器的正常生产，新制作了两
台换热器管束，管程水侧采用钛钠米防腐涂料进
行了防腐处理，同时将其中一台管束的换热管由
19mm×2 mm 改成 25mm×2．5 mm，以减少
沉积物对流动介质的阻碍。换热器制造中加强质
量控制以保证其设备质量达优；在正常生产中，加
强循环水腐蚀介质含量测定和平稳操作。新换热
器于2009年11月2日投用后，至今运行良好。
参考文献：
[1] 赵世臣主编． 常用金属材料手册EM]．北京：冶金
工业出版社，1978
1-22 左景伊主编．腐蚀数据手册[M]．北京：化学工业
出版社，1985

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