芳烃装置水冷器泄漏分析及应对措施张军

芳烃装置水冷器泄漏分析及应对措施张军
发布时间：2023-05-05T01:07:57.599Z 来源：《科技新时代》2023年4期作者：张军[导读] 本文介绍了加氢重整装置水冷器泄漏事故，系统分析了水冷器泄漏原因，并提出了应对措施，为以后水冷器的管理积累了宝贵的经验。

中国石化股份有限公司天津分公司天津大港 300271摘要：本文介绍了加氢重整装置水冷器泄漏事故，系统分析了水冷器泄漏原因，并提出了应对措施，为以后水冷器的管理积累了宝贵的经验。

关键词：水冷器；腐蚀；泄漏；循环水
某厂加氢重整单元开车过程中发现循环水回水COD超标，逐台水冷器回水取样，排查发现5台水冷器（E215、E209、E211、E204A/B）泄漏，由于COD太高，必须对换热器进行检修，E204A/B不能单独切出系统检修，所以加氢重整延迟开车4天，对换热器进行抢修。

严重影响了开车进度。

1换热器基本情况
1.1 E-204A/B 2号再接触水冷器设备参数
编号
操作压力
(MPa)
操作温度
(℃)
材质介质
投用
日期管
（MPa）
壳
（MPa）
管
（℃）
壳
（℃）
壳管管壳
E-204A/B 0.4 2.5425616MnR10水
油
气+氢
气
2000
年
已经投入使用22年，使用年限相对较长。

流速监测
设备位号
循
环水管
径
（mm）
循
环水管
壁厚
（mm）
检
测时间
检
测流量
m3/h
检
测流速
m/s
入
口温度
出
口温度
E-
204/A
20025 4.2580.30.7130.436.8
E-
204/B
20025 4.2580.30.7130.436.8存在的腐蚀机理
（1）壳程：输送介质含有硫化氢，H2S+水的环境腐蚀：含有硫化氢且pH值介于4.5～7.0之间的酸性水引起的金属腐蚀，介质中也可能含有二氧化碳。

阳极反应：Fe→Fe2++2e阴极反应：2H＋+2e→H2（2）管程：冷却水腐蚀，冷却水中由溶解盐、气体、有机化合物或微生物活动引起的碳钢和其他金属的腐蚀。

剖管分析
管束剖开后发现管束内壁存在明显腐蚀坑，腐蚀坑布满内壁。

宏观检查：
E-204/A管束情况（已更换）：2000年投入使用，2020年大检修时对E-204/A进行堵管约12根，本次泄漏后直接进行了更换，是否已泄漏需再做打压实验。

管束外壁存在较多腐蚀垢物，但去除垢物后表面较为平整，未发现严重腐蚀坑。

管板表面附着一层泥垢，垢物去除后，表面不平整存在腐蚀坑，部分管口腐蚀缺肉。

E-204/B管束情况（已更换）：2000年投入使用，本次调查未发现E-204/B堵管，是否已泄漏需再做打压实验，管束外壁存在较多腐蚀垢物，但去除垢物后表面较为平整，未发现严重腐蚀坑。

管板表面附着一层泥垢，垢物去除后，表面不平整存在腐蚀坑，部分管口腐蚀缺肉。

1.2液化气产品冷却器E-209设备参数:
编号
操作压力(MPa)操作温度(℃)材质介质
投用日
期管
（MPa）
壳
（MPa）
管
（℃）
壳
（℃）
壳管管壳
E-2090.4 1.7425016MnR10水
液
化气2000年
已经投入使用22年，使用年限相对较长。

流速检测:
设备位号
循环水
管径（mm）
循环水管
壁厚（mm）
检测
时间
检测
流量m3/h
检测流
速m/s
入口温
度
出口
温度
E-2095025 4.2512.3 1.7428.529.9
流速相对较高，腐蚀速率应相对较慢。

存在的腐蚀机理
（1）壳程：氯化铵腐蚀：氯化铵在一定温度下结晶成垢，在无水情况下发生均匀腐蚀或局部腐蚀，以点蚀最为常见，可出现在氯化铵盐或胺盐垢下。

损伤形态：a）腐蚀部位多存在白色、绿色或褐色盐状沉积物，若停车时进行水洗或吹扫，会除去这些沉积物，等到目视检测时沉积物可能已不明显；b）垢层下腐蚀通常为局部腐蚀，如点蚀；c）腐蚀速率可能极高。

（3）受影响的材料：按耐腐蚀性增加的顺序：碳钢、低合金钢、300系列不锈钢、合金400、双相不锈钢。

（2）管程：冷却水腐蚀，冷却水中由溶解盐、气体、有机化合物或微生物活动引起的碳钢和其他金属的腐蚀。

样管剖开检查：管束剖开后可以看到管束内壁存在明显腐蚀坑。

内窥镜检查：
管束内壁高压水清洗后内窥镜检查，发现仍然存在较多泥垢，部分区域存在腐蚀坑。

涡流扫查结果：
该换热器共检测管束29根，除换热器加压过程中发现的4根已泄漏管束外，新发现严重腐蚀管束6根，重度腐蚀管束13根，中度腐蚀管束6根。

多数已泄漏管束和严重腐蚀管束均存在大面积减薄区域，腐蚀减薄区已占整根管束长度50%以上，部分管束整体减薄。

问题管束腐蚀减薄最严重部位位于管束近两侧管口的管束段。

宏观检查
液化气产品冷却器E-209管束情况（已经更换）：管束外部存在局部腐蚀，但相对于内壁腐蚀较轻；管束内壁高压水清洗后内窥镜抽检，未发现明显严重腐蚀坑但仍存在局部腐蚀，管板局部存在局部腐蚀坑本次堵管11根，共计堵管11根。

1.3戊烷冷却器E-211设备参数
编号
操作压力(MPa)操作温度(℃)材质介质
投用日
期管
（MPa）
壳
（MPa）
管
（℃）
壳
（℃）
壳管管壳
E-2110.41426016MnR10水
戊
烷2000年
由于换热器管束已经投用22年，今后使用重点关注并做好更换计划。

流速监测
设备位号
循环水
管径
（mm）
循环水
管壁厚
（mm）
检测时
间
检测
流量m3/h
检测流
速m/s
入口温
度
出口温
度
E-2112525 4.26 2.86 2.5428.529.9
流速相对较高，腐蚀速率应相对较慢。

存在的腐蚀机理
腐蚀机理和E209相同。

内窥镜检查：
管束内壁高压水清洗后内窥镜检查，发现仍然存在较多较硬泥垢，部分区域存在腐蚀坑。

涡流扫查结果：
该换热器共检测管束17根，发现重度腐蚀管束1根，中度腐蚀管束12根，轻度腐蚀管束4根。

问题管束主要存在多处小面积减薄或坑蚀缺陷，腐蚀减薄最严重部位多位于近两侧管口管束段。

通过脉冲涡流检测及内窥镜观察，初步判断管束腐蚀减薄主要由管程介质造成。

戊烷冷却器E-211管束情况（只打压不抽管束）：局部观察管束外壁存在较厚一层腐蚀产物，表面存在局部腐蚀。

本次堵管1根，共堵管1根。

1.4重整开停工水冷器E-215腐蚀原因分析设备参数：
编号
操作压力(MPa)操作温度(℃)材质介质
投用
日期管
（MPa）
壳
（MPa）
管
（℃）
壳
（℃）
壳管管壳
E-2150.4 1.74217716MnR10水
重
组分油2004
换热器管束已经投用18年，今后使用重点关注并做好更换计划。

流速检测：
设备位号
循环水管
径（mm）
循环水
管壁厚
（mm）
检测
时间
检测流
量m3/h
检测流
速m/s
入口
温度
出口温
度
E-
215
25025 4.2693.660.5328.629.6
流速为0.53m/s相对较低，易产生垢下腐蚀。

内窥镜检查内窥镜检查发现管束内部存在堆积垢物，高压水清洗后堆积垢物部位存在明显腐蚀坑。

宏观检查：
E-215管束情况（只打压不抽管束）：管束外壁无法检查；西侧小浮头内循环水接触管板附着一层泥垢，去除后管板表面存在明显垢下腐蚀坑，部分管口缺肉。

已堵管1根，本次堵管2，共计3根。

涡流扫查结果：该换热器共检测管束25根，发现重度腐蚀管束3根，中度腐蚀管束22根。

所检测管束均为问题管束，主要存在多处小面积减薄或坑蚀缺陷，腐蚀减薄最严重部位多位于管束中段或近东侧管口位置。

通过脉冲涡流检测及内窥镜观察，初步判断管束腐蚀减薄主要由管程介质造成。

2分析结论2.1直接原因结合现场检查及相关数据可以做出如下分析：芳烃车间水冷器泄漏直接原因是管束管程循环水侧发生腐蚀导致管束由内而外穿孔。

主因是循环水的垢下腐蚀以及溶解氧的腐蚀，同时微生物腐蚀，以及壳程对外管束得的硫化物，铵盐等腐蚀也起到了一定的作用，在多种腐蚀共同作用下，导致管束发生泄漏。

2.1.1垢下腐蚀
从换热器管束内部照片观察管束内壁有大量的污泥，硬质的垢块，以及管箱侧的大量的其他杂物，管程循环水流速在这种情况下大大降低，导致大量微生物开始繁殖，产生大量的硬质垢块，最终发生严重的垢下腐蚀。

2.1.2溶解氧腐蚀
由于我们的循环水中伴随有大量的溶解氧，而金属的电机电位低于氧的电极电位，管束与水中的溶解氧便发生了电化学腐蚀：铁是阳极，失去电子成为亚铁离子，氧为阴极进行还原，溶解氧的这种阴极去极化的作用，造成对锅炉铁的腐蚀，此外氧还会把溶于水的氢氧化铁沉淀，使亚铁离子浓度降低，从而使腐蚀加剧。

2.2间接原因
水冷器超期服役，在水冷器正常使用过程中，管束的使用寿命为10年左右，但是上述水冷器使用年限都在20年左右，使用过程中已经出现过管束泄漏，通过检修进行了堵漏，这也大大降低了使用寿命，致使管束很容易发生腐蚀泄漏。

2.2.1循环水流速偏低
监测数据显示E204/E215流速偏低，造成管束内部结垢严重，为细菌的大量滋生提供了有利的条件，长期腐蚀积累，导致严重的垢下腐蚀。

同时水厂在开工阶段添加了除垢剂，在垢下腐蚀严重发生的情况下，垢无脱落后更容易导致泄漏的发生。

3防腐对策
通过对此次循环水换热器泄漏进行深刻分析与反思，提出了以下应对策略：3.1
通过其他炼化企业的实践证明，通过牺牲阳极保护块能够延长管束的使用寿命，因此这次检修对水冷器增加了牺牲阳极保护块的防腐手段，以此来延长管束使用周期。

3.2
协调生产专业控制水冷器水侧流速不低于1 m/s，对流速过低水冷器要及时调流并做风险评估；同时对循环水的水质进行数据跟踪，发现异常及时协调解决。

3.3
重新制定水冷器分级管控方案，对备用超10年、使用超20年管束进行统一梳理建立台账，结合工艺循环水检测情况，提报备用管束（增加防腐涂层），择机进行更换。

对有条件的水冷器增加反冲洗设施，定期进行反冲洗，减少泥沙等杂质对管束的影响，保证循环水的流速，延缓垢下腐蚀与微生物腐蚀速率。

4结语
水冷器的稳定运行的关键在于保证循环水水质，发生泄漏后对装置的影响非常大，甚至需要整套装置停车处理，为了防止水冷器的腐蚀泄漏发生，要从设计、选材、操作运行、防腐保护等多方面采取有效的预防措施。

参考文献
[1]杨德钧.金属腐蚀学.冶金工业出版社.1999:257-261。