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酸性水汽提换热器管束腐蚀失效分析及预防措施

杨敬伟
摘 要：加氢酸性水是一种多元水溶液，含有硫化氢、氨氮、酚类等物质，在酸性水汽提换热器管束运行期间极易出现腐蚀失效问题。因此，本文以加氢酸性水汽提塔底换热器管束为研究对象，分析了酸性水汽提换热器管束腐蚀失效原因，并对酸性水汽提换热器管束腐蚀预防措施进行了简单探究。
关键词：酸性水;换热器管束;腐蚀失效
加氢酸性水汽提塔底换热器管束规格型号为BKU600/1000-2.5-70-3/19-2I，材质为Q245R，介质为蒸汽，操作温度为250.0℃。壳程规格型号为B=580mm，介质为净化水，材质为Q245R，操作温度为171.0℃。酸性水汽提塔底换热器管束运行一个周期后芯子实效，导致整个酸性水汽提装置运行不稳定风险大大增加。本文对该酸性水汽提塔底换热器管束腐蚀失效原因进行了简单分析，具体如下：
一、酸性水汽提换热器管束腐蚀失效原因
（一）检查方法
本次调查主要采用宏观检查、测厚检查、EDX及XRD腐蚀产物元素分析的方式，对该酸性水汽提塔底换热器管束腐蚀部分进行分析。
（二）检查结果
通过对检查结果进行分析，可得出该酸性水汽塔底提换热器管束内部腐蚀产物元素主要为铁、硫，腐蚀产物为四氧化三铁、八硫化七铁。通过对腐蚀产物进行分析，可得出该酸性水汽提塔底换热器管束腐蚀失效主要是由于硫化氢气体溶于水后具有较强腐蚀性。再加上在换热器壳程中高速流体介质的存在，会溶解高硬度区域及相关区域硫化铁保护膜，加速腐蚀反应进行[1]。
二、酸性水汽提换热器管束腐蚀预防措施
（一）升级管束材质
通过换热器管束材质升级，可以有效降低低温湿硫化氢对酸性水汽提换热器管束造成的腐蚀，因此，可以利用09Cr2AlMoRe材质代替以往酸性水汽提换热器管束Q245R材质。09Cr2AlMoRe材质是专门针对低温湿硫化氢腐蚀而生产的钢材，通过铝元素、铬元素、钼元素、铼元素添加，可以有效提高管束抗腐蚀能力。而09Cr2AlMoRe材质中含量较低的硫元素、磷元素比例，也可以有效提高钢材质量。基于此，在换热器管束材质升级过程中，可以根据09Cr2AlMoRe材质特点，进行新型混合酸性水汽提换热器管束的设计。
一方面，基于折流杆换热器流体阻力小、结垢难度大、防振动性能佳的优势，可以利用纵向流体代替以往壳程横向流体。基于此，为进一步优化气体——气体、液体——气体、气体——液体工况下管束结垢，可以将壳程管程设定为三维针翅管——光管混合管束。将壳体直径进行适当减小。在减小传热面积的基础上，提高管程传热膜系数及壳程传热膜系数，促使传热倍率提升，有效解决换热器管束质量及09Cr2AlMoRe材料。
另一方面，在管束类型确定后，可以强化传热为目标，对09Cr2AlMoRe材料进行机械加工，获得横纹管、变截面管、波纹管等不同结构形式的传热管。根据换热器管束纵向流混合运行要求，进行恰当配比。
（二）增设防腐涂层
针对高速流体介质对酸性水汽提换热器管束造成的危害，可以隔绝换热器管束、高速流体介质为目标，选择SHY-99防腐涂层或者其他防腐涂层，保护酸性水汽提换热器管束表面[2]。其中SHY-99防腐涂层由防腐蚀高分子合成树脂、改性耐热调料及耐腐蚀性添加剂组成，具有优异的耐酸、耐水溶液腐蚀特性，可以有效解决酸性水汽提换热器管束在低温湿硫化氢、氯离子腐蚀方面的问题，一般可以保证酸性水汽提换热器管束在腐蚀环境下长时间运行。同时SHY-99防腐涂层具有独特的耐高温性能及突出的阻垢性能，其可以保证酸性水汽提塔底换热器管束腐蚀在置换扫线后安全通过250.0℃高温蒸汽吹扫，在保证换热器管束运行状态的情况下，降低非计划停工导致的经济损失。
在SHY-99防腐涂层应用过程中，首先，可以控制环境在5.0℃～50.0℃之间，环境相对湿度小于85.0%，且无目视可见灰尘颗粒。同时依据《涂装前铁件酸洗标准》JB/T6978-93的相关要求，利用喷砂除锈手段，配合表面灰砂吹净作业，将换热器管束表面清理干净（达到Sta21/2级），保证表面无油污且被水膜完整、湿润覆盖。
其次，利用专用溶剂，将SHY-99防腐涂料稀释至规定浓度后，选择淋涂方法，在每一道漆膜表面干燥后，依据工艺标准，进行高温固化处理。需要注意的是，在高温固化处理阶段，应保持温度均匀，避免骤热骤冷导致的表面裂缝情况。
最后，对于酸性水汽提换热器管束而言，需要涂抹四道或者以上，总漆膜厚度应在120.0μm以上。且涂装完毕后，换热器管束表面平整、光泽度良好，无涂料流挂、涂料低坠或者涂料漏涂情况。
（三）注重焊缝及热影响区维护
在濕硫化氢环境内，焊缝及热影响区硬度较大，氢原子极易渗透至钢结构内部，进而溶解在晶格内。在外加应力、或者残余应力的影响下，会导致高硬度区出现脆度上升情况。基于此，在日常管理过程中，应加强对焊缝、热影响区域重视，在利用35CrMoA合金材质代替35#材料的基础上，对焊缝及热影响区进行热处理，适当降低其硬度，以避免高硬度区域开裂问题导致的腐蚀失效情况。同时基于酸性水汽提换热器管束运行特点，利用永感TM连续式壁厚测量传感器，以无线方式，直接与中央网关通信，对换热器管束高硬度区域进行全方位、实时监测，保证换热器管束腐蚀问题的及时发现、处理。
在上述措施实施的基础上，应选择低压蒸汽（0.40MPa压力），降低传热，控制酸性水中水流速及氧元素含量，避免局部紊流对高硬度区域冲击。必要情况下，可以选择表面渗铝换热器管束等耐冲击腐蚀、耐硫化氢腐蚀能力较强的管束，保证焊缝及热影响区域腐蚀问题的有效防控。
三、总结
综上所述，壳程内高速流体介质、酸性水汽中硫化氢均是导致酸性水汽提换热器管束腐蚀失效的因素。因此，避免酸性水汽提换热器管束腐蚀失效，应定期维护接触高温酸性水的酸性水汽提换热器管束高硬度区域，将酸性水汽提换热器管束内部四氧化三铁锈蚀物完全清除，结合换热器材质升级、结构改造，可以有效降低酸性水汽提换热器管束腐蚀风险。
参考文献：
[1]马红杰.0Cr18Ni10Ti不锈钢换热器管束腐蚀开裂分析[J].石油化工设备技术，2019，40（5）：54.
[2]李璐，刘文彬，杨剑锋，等.酸性水汽提装置的腐蚀与防护分析[J].全面腐蚀控制，2016，30（10）：68-74.
科技风2020年16期
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