常压空冷腐蚀机理分析及改进措施.doc

《常压空冷腐蚀机理分析及改进措施》

1、故障概况及经过
常压空冷为表面蒸发湿式空冷，于2001年7月投入运行，如图1所示，型号为ZP6×3-18/6-441/147-1.6S，主要由水箱、百叶窗、光管管束、翅片管束、喷淋管、轴流风机、循环水泵组成。其主要特点是利用管外水膜的蒸发强化管外传热，其工作过程是用泵将设备下部水池中的循环冷却水输送到位于水平放置的光管管束上方的喷淋水分配器，由分配器将冷却水向下喷淋到传热管表面，使管外表面形成连续均匀的薄水膜；同时用风机将空气从设备下部空气吸入窗口吸入，使空气自下向上流动，横掠水平放置的光管管束；此时传热管的管外换热除依靠水膜与空气流间的显热传递外，管外表面水膜的迅速蒸发吸收了大量的热量，强化了管外传热。
图1　表面蒸发空冷结构原理图
图2 空冷器光管束管外腐蚀情况

2006年5月装置大检修时发现常压空冷器E1027B光管管束外表面几乎布满锈瘤，腐蚀相当严重，部分表层起壳，见图2。光管外径平均从Ф25减薄到Ф23，试压过程中发现1321根光管管束中，31根明显穿孔，约1/3试压时有渗漏现象。翅片管束管外结垢，入口端有93根出现穿孔，E1027B共318根翅片管堵管近200根，整台空冷器已无法继续运行。2006大修计划中只更换E1027B光管，没有准备E1027B翅片管更换的材料，临时申报翅片管材料计划。常压2006年6月11日开工，2006年8月1日更换翅片管，这段时间影响常压装置加工量12240吨原油。
2、故障原因及失效机理分析
2.1 冷换设备管内腐蚀
2.1.1 HCl－H2S－H2O型腐蚀
原油中含有氯盐组分，其中的氯化镁和氯化钙容易在原油加工过程中受热水解，生成强腐蚀性的氯化氢。而在脱盐装置无法去除的有机氯化物，在高温和水蒸气的共同作用下也会分解，产生HCl，生成的HCl随挥发性气体进入常压塔顶，再进到冷凝冷却系统。当油气经空冷器冷却后，因氯化氢的沸点很低，在110℃以下遇蒸汽结露出现水滴，HCl即溶于水成为盐酸。由于初凝区水量极少，盐酸浓度可达1％～2％，成为腐蚀性十分强烈的稀盐酸腐蚀环境，当塔顶负荷较大时，油气通过管束线速度较快，在这种腐蚀环境下，液体夹带着未冷凝的油气气泡，对管束内壁进行冲刷，从而引起塔顶冷凝系统出现严重的腐蚀。同时，加工过程中原油所含硫化物也热分解为硫化氢，由于硫化氢的沸点很低伴随着油气聚集在常压塔顶，随后进入冷凝冷却系统。由于硫化氢的存在，加剧了冷凝冷却区的腐蚀。H2S与金属Fe生成具有保护膜作用的FeS，而HCl又可与FeS反应破坏保护膜，使金属界面不断更新，HCl与H2S相互促进，构成循环腐蚀。
2.1.2氯离子腐蚀
氯离子主要来自原油中的氯盐（主要是MgCl2和CaCl2）的水解和有机氯化物的分解。氯离子作为活性阴离子，能破坏碳钢表面的氧化膜，使其遭受去极化腐蚀而产生点蚀穿孔。氯离子对设备引起的应力腐蚀破坏是在氯离子与拉应力的共同作用下产生的。拉应力除了来源于工作应力外，更多的来自于各种冷加工产生的拉应力、焊接残余应力以及管壳程温差造成的温差应力等。
2.1.3空冷入口段的湍流腐蚀
空冷入口端存在气液共存现象，由于入口端存在气相，同时由于流动阻力的影响，翅片管入口的流速明显高于其他管束的纯液相流速。达到或超过发生流体冲刷的临界流速。在高的流速下，流体不断击穿紧贴金属表面几乎静态的边界液膜，一方面加速了去极剂的供应和阴阳极腐蚀产物的迁移，使阴、阳极的极化作用减小；另一方面流体流动和对金属表面产生了附加的剪切力，剪切力不断地剥离金属表面的腐蚀产物（包括保护膜），形成湍流腐蚀，造成入口端穿孔。
2.2空冷的管外腐蚀
光管管束外表面有明显可见锈瘤，结垢腐蚀严重，管外腐蚀严重，空冷水箱中的循环水和补给水都是除盐水，对循环水和补给水进行水质分析，结果见表1。
表1 补给水和循环水水质分析结果
水质成分(mg/L)
Cl-
SO42-
Ca2+
Mg2+
补给水
12.1
35.2
28.6
18.5
循环水
18.6
42.3
29.7
19.1
从表6可以看出，空冷器水箱中Ca2+、Mg2+有所增加，主要是冷却水在循环系统中不断循环使用，由于水的温度升高，水不断蒸发，各种位无机离子和有机物质的浓缩，而Cl-、SO42-离子明显增加，可能是循环水在循环过程中吸附了大气中的酸性气引起的。对水箱中的沉积物进行分析，发现其主要成分为铁的氢氧化物。因此造成光管管束腐蚀穿孔的主要原因是管外腐蚀，造成管外腐蚀主要是如下几种原因：
（1）冷却水中溶解氧引起的电化学腐蚀
（2）有害离子引起的腐蚀
（3）微生物引起的腐蚀
3、故障教训及防范措施
3.1采用腐蚀在线系统监测技术，实时监控腐蚀情况。根据实时监控情况，调整工艺操作，调整缓蚀剂的注入量、氨的浓度，搞好一脱三注，提高工艺防腐的效果。
3.2改善循环冷却水水质，添加缓蚀阻垢剂，提高冷却水的pH值。
3.3提高常压空冷设备的材质，干式翅片空冷管束采用稀土合金09Cr2A1MoRE，湿式空冷光管管束管内采用高耐蚀化学镀液及化学镀镍新工艺。
3.4常压空冷设备在烯烃事业部常压装置运行寿命周期为6年左右，到期及时更新。