（111003???中國石油天然氣股份有限公司遼陽石化分公司生產(chǎn)監(jiān)測部）

摘要：冷卻器E303在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)傳熱效果下降，停車檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)多根換熱管鼓包泄漏、管箱底部腐蝕減薄。分析腐蝕原因主要是殼程介質(zhì)（重整油氫氣）中含有H2S、Cl-酸性雜質(zhì)超標(biāo)，形成了濕H2S、Cl-腐蝕環(huán)境從而引起設(shè)備腐蝕。作者提出了相應(yīng)處理方法和防腐蝕措施。

關(guān)鍵字：冷卻器;檢驗(yàn);腐蝕;原因分析;防護(hù)措施

1.概況

冷卻器E303為浮頭式換熱器，其技術(shù)參數(shù)，管程：工作壓力為0.405?MPa，工作溫度為40℃，介質(zhì)為冷卻水;殼程：工作壓力為1.307?MPa，工作溫度為50℃，介質(zhì)為HC+H2（含H2S、Cl-雜質(zhì)）。材質(zhì)及規(guī)格：殼體材質(zhì)為16MnR，內(nèi)徑ф737mm，公稱壁厚10mm;管箱材質(zhì)為16MnR，內(nèi)徑ф737mm，公稱壁厚10mm;換熱管材質(zhì)為10#，外徑ф19mm，公稱壁厚2mm;接管材質(zhì)為20#。該設(shè)備在2007年上半年用戶發(fā)現(xiàn)傳熱效果下降，化驗(yàn)管程出口冷卻水中有物料成分存在，說明有的換熱管發(fā)生泄漏，因此用戶在當(dāng)年8月置換下來進(jìn)行全面檢驗(yàn)。

2.全面檢驗(yàn)

（一）換熱器管束檢驗(yàn)

當(dāng)拆開換熱器抽出管束時(shí)，發(fā)現(xiàn)管束外表面銹蝕嚴(yán)重，有較多腐蝕物，有很多換熱管存在鼓包變形現(xiàn)象，其中部分鼓包變形處已發(fā)生開裂;在換熱管鼓包處截取一段管子用26MG超聲波測厚儀對其管壁進(jìn)行測厚，數(shù)值分別為：?1.95mm、1.90mm、1.68mm、1.52mm、1.55mm、1.76mm、1.91mm、1.97mm?1.96mm（中間數(shù)據(jù)是鼓包部位）。從檢測數(shù)據(jù)看，未鼓包部位壁厚減薄不明顯，而鼓包部位則存在明顯的壁厚減薄現(xiàn)象，說明鼓包部位是腐蝕嚴(yán)重部位。

（二）?換熱器殼體檢驗(yàn)

用型號(hào)為26MG的超聲波測厚儀對換熱器殼體進(jìn)行測厚，發(fā)現(xiàn)在小浮頭一側(cè)管箱的底部有一腐蝕區(qū)域，面積為126500mm2（230mm*550mm），實(shí)測厚度在8.64mm～9.26mm之間。

對接管角焊縫進(jìn)行滲透檢測，對管箱底部的內(nèi)表面及其內(nèi)表面焊縫100%用濕熒光磁粉檢查均未發(fā)現(xiàn)裂紋。

3.腐蝕原因分析及處理方法

（一）腐蝕環(huán)境

由于在殼程物料中含有H2S、Cl-等雜質(zhì)，形成了含濕H2S及?Cl-的酸性腐蝕環(huán)境。影響腐蝕的環(huán)境因素主要是硫化氫濃度、氯離子濃度、液體流速等。

（二）換熱管鼓包泄漏原因及處理方法

換熱管外壁處于濕硫化氫、Cl-腐蝕環(huán)境中，材料晶內(nèi)和晶界有夾雜物存在以及局部應(yīng)力的增大，使換熱管在運(yùn)行過程中極易在此處發(fā)生電化學(xué)腐蝕而使管壁減薄，當(dāng)管壁減薄到一定程度時(shí)，在管內(nèi)壓力波動(dòng)的作用下形成鼓包，隨著腐蝕的加劇和壓力波動(dòng)的繼續(xù)作用，導(dǎo)致在鼓包處產(chǎn)生裂紋，進(jìn)而發(fā)生泄漏，故對泄漏的換熱管進(jìn)行更換。

（三）管箱內(nèi)表面腐蝕減薄原因分析及處理方法

管箱的內(nèi)表面屬于換熱器的殼程，處于濕硫化氫、Cl-腐蝕環(huán)境中，管箱底部設(shè)有排凈口，如果排放不及時(shí)，物料中的油污、水及各種腐蝕雜質(zhì)很容易在此處滯留形成死角，隨著腐蝕物質(zhì)滯留、濃縮而在管箱底部發(fā)生垢下腐蝕，造成了管箱底部的大面積腐蝕減薄以及出現(xiàn)孔蝕。

管箱底部的腐蝕主要是由于電化學(xué)腐蝕和反應(yīng)產(chǎn)生的氫原子擴(kuò)散至鋼中引起的，電化學(xué)腐蝕反應(yīng)如下：①料中的H2S→H++HS-;②腐蝕反應(yīng)中陽極反應(yīng)為Fe+?HS-→Fe?S↓+H++2e-;③陰極反應(yīng)為2H++2e-→2Had→H2↑（向鋼中擴(kuò)散）→2Hab

式中??Had—吸附氫;Hab吸收氫

從反應(yīng)過程可知有FeS生成，F(xiàn)eS可以沉積在金屬表面上形成保護(hù)膜，但是高濃度的FeS會(huì)加速腐蝕。因?yàn)镕eS膜并非完全是緩蝕劑膜，當(dāng)過量的硫化氫溶于水，膜的厚度增加，系統(tǒng)內(nèi)流速使膜從金屬表面剝離，這樣，金屬又暴露在腐蝕介質(zhì)中，加速腐蝕。使金屬重新暴露，去硫化亞鐵保護(hù)膜的金屬可被硫化氫再次腐蝕生成FeS膜，F(xiàn)eS又再次被破壞，促進(jìn)了鋼的均勻腐蝕。腐蝕反應(yīng)過程如下：④2HCl?+?Fe→?FeCl2+H2;⑤FeCl2+H2S?→?FeS?+2HCl;⑥Fe+H2S→?FeS+H2;⑦FeS?+2HCl→FeCl2+H2S。

此外，由于H原子的滲透作用，還可以發(fā)生局部應(yīng)力腐蝕開裂。濕H2S腐蝕對碳鋼、低合金鋼設(shè)備的應(yīng)力腐蝕開裂主要發(fā)生在焊縫和熱影響區(qū)部位。

管箱壁厚校核

按原設(shè)計(jì)規(guī)范GB150-89《鋼制壓力容器》進(jìn)行校核

PDi???????????????????????????????1.306*737

δ校=??????????????+?2C2=??????????????????+2*1.36?=5.68mm<δ測=8.64mm

2[σ]tф-P2*163*1-1.306

式中?δ校———?強(qiáng)度校核壁厚，mm

P——?殼程工作壓力，為1.306?MPa;

Di——?管箱內(nèi)徑，為ф737mm;

ф——?焊縫系數(shù)，為1;

[σ]t——?最高工作溫度下材料許用應(yīng)力，為163?MPa;

C2——?腐蝕裕量?C2=6*0.23=1.36mm?（下一檢驗(yàn)周期為6年，腐蝕速率為（10-8.64）/6=0.23mm/年）

現(xiàn)實(shí)測的最小壁厚為8.64mm，滿足強(qiáng)度要求。故管箱底部腐蝕減薄不影響安全使用和定級(jí)，不需要處理。

4.結(jié)論

此冷卻器換熱管鼓包泄漏，管箱底部腐蝕減薄，其主要原因是殼程介質(zhì)（重整油氫氣）中含有H2S、Cl-酸性雜質(zhì)超標(biāo)，形成了濕H2S、Cl-腐蝕環(huán)境，加之材料本身存在夾雜物部位，局部應(yīng)力集中部位以及腐蝕物質(zhì)在設(shè)備底部的滯留濃縮，在這些部位發(fā)生了電化學(xué)腐蝕和反應(yīng)產(chǎn)生的氫原子向鋼中擴(kuò)散使壁厚減薄，當(dāng)減薄到一定程度在操作壓力的異常波動(dòng)時(shí)就發(fā)生了腐蝕泄漏。

5.防腐蝕措施

①嚴(yán)格控制殼程物料中H2S、Cl-的含量;②平穩(wěn)操作，控制好物料流速及壓力;③管箱底部的排凈口要及時(shí)排放，防止腐蝕物質(zhì)在此處滯留及濃縮;④加入緩蝕劑;⑤對冷卻器定期清洗，防止管束外壁結(jié)垢、腐蝕，影響換熱效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]強(qiáng)天鵬.壓力容器檢驗(yàn).（中國鍋爐壓力容器檢驗(yàn)協(xié)會(huì)）

[2]田亞團(tuán).燃料氣換熱器管束鼓包開裂分析.理化檢驗(yàn)（物理分冊），2010.10

作者簡介：韓冬錄（1967～），女，漢族，遼寧遼陽人，工程師，工學(xué)學(xué)士，單位：中國石油天然氣股份有限公司遼陽石化分公司，研究方向：石油化工設(shè)備的腐蝕情況。