管壳式换热器的失效分析.pdf

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1、第38卷第5期化工机械633管壳式换热器的失效分析仲重州‘(中国石油兰州石化公司己烯厂)摘要采甩化学分析、金相检验和x射线分析等方法．对换热器失效的主要原因度其失效机理进行分析比较．并提出了一些相应建议。关键词管壳式换热器腐蚀失效分析中图分类号TQ05l5文献标识码B文章编号0254-6094(2011)054_16334)3管壳式换热器在石油、石化、制药及食品等领域中应用十分广泛。据调查，在上述领域中换热器都发生过因腐蚀引起的破坏，尤其在炼化企业，由于设备的工况要求苛刻，介质的腐蚀、冲刷强，温度、压力高等原因，使得换热器故障

2、不断。因此，对管壳式换热器进行防腐问题的研究，防止换热器过早损坏，降低因腐蚀引起的物料浪费和环境污染，减少不必要的停产及因此而引起的产品损失等都有着重要的现实意义。某汽油加氢装置采用国产化的加氢工艺技术，其原料为乙烯装置副产的裂解汽油。先采用普通精馏的方法脱除裂解汽油中C，以下的轻组分和C。以上的重组分，剩余的c。～C。中间馏分进行两段加氢，同时除去硫、氮、氧等杂质，得到合格的加氢汽油。该装置于2006年投用，2009年发现催化剂再生系统中冷凝器排液过多，检查冷凝器G—E120发现该换热器的管束有25％的换热管发生腐蚀穿孔，泄

3、漏严重，导致该系统停车处理，造成很大的经济损失。为防止换热器腐蚀失效的再次出现，笔者对其腐蚀原因进行了分析。1设备运行情况冷凝器G—E120在催化剂再生系统中起到对高温再生催化剂后所产生的再生气进行冷凝，并将产生的再生废蒸汽凝液排除系统的作用。该换热器形式为浮头式，规格为th900mm×10mm×5700mm，管程介质为循环冷却水，温度为40℃，壳程的最大工作压力为015MPa，壳程介质为再生气(主要成分为CO：、水蒸气、微量硫)，温度为400℃。2换热器的失效特征及腐蚀产物分析对换热器的腐蚀管束进行外观检查发现：管段无变形，

4、表面粗糙均存在黑色和红褐色垢物，可以剥落，管内外表面均有凹凸不平的腐蚀坑，内壁腐蚀产物厚重，局部穿孔。规格为t620mm×20mm的管段，在距管板约635mm处存在明显的台阶，台阶处非焊接连接，为不均匀腐蚀减薄所致(图1)。在减薄区内下部存在多处腐蚀孔洞，管段上部腐蚀较轻。剖开清洗后，管内、外壁表面无金属光泽，呈凹凸不平的腐蚀坑，有黑色致密垢物。图1外壁台阶及减薄区2．1材料化学成分分析对失效的管束采用光谱仪进行了化学成分分析，该管束材料为10。碳钢，成分均在正常范围以内(表1)。2．2金相组织分析从断裂部位截取金相试样，用光

5、学显微镜分析显微组织。管束的显微组织由铁素体十珠光体{仲重州，男，1982年3月生，助理工程师。甘肃省兰州市，730060。634化工机械2011年组成，夹杂物含量不高。在管束台阶两侧取样进行金相分析(图2)，管段台阶两侧金相组织相同，均为正火状态。台阶两侧内、外壁表面均存在腐蚀坑和腐蚀产物(图3)，未发现裂纹。鹬≥裂撼“{毒j越≤≮囊瓮4j磷，．J。哆蝣嚣卤∥’0a外辈表面》≤h㈣}。，。而图2管束台阶两侧金相分析照片a外壁表面b内壁表面图3管束台阶内、外壁表面腐蚀特征2．3x射线成分分析取管内、外腐蚀产物，进行x射线成分分

6、析，内、外壁腐蚀产物中均含有Al、s；、S、K、Ca、Fe等元素，其中外壁腐蚀产物中元素s的相对含量略大于内壁，具体分析结果见表2。表2腐蚀产物x射线成分分析结果％，≯．_．：Po，．0百∥、．i『既蠢一．。，√．第38卷第5期化工机械635由管束内、外擘腐蚀产物x射线衍射检测可知，外壁腐蚀产物有：FeFe204、A12Si05、CaAl204、Ca3A1206、Ca4Fel4025；内壁腐蚀产物有：FeFe204、Fe203、Fe2AI。Si50⋯CaAl204。腐蚀产物成分基本相同，主要为碳钢在H：0和0：作用下的腐蚀产物

7、，未发现硫化物等有害介质成分，因此判断硫未直接参与腐蚀。壳程介质中的CO：和硫化物对腐蚀有一定的促进作用。3腐蚀机理推断综合以上检验结果分析可知，换热器管束失效的主要原因是循环冷却水系统中的电化学腐蚀，而且腐蚀现象与管束的材料没有直接联系。由于长期使用循环冷却水，容易发生设备及管线的腐蚀，严重时会出现腐蚀穿孔，造成停产。3．1冷却水中溶解氧引起的电化学腐蚀本循环冷却水系统未封闭，水与空气充分接触，因此水中溶解氧可达到饱和状态，当碳钢与溶有氧的冷却水接触时，由于金属表面的不均一性和冷却水的导电性，会在碳钢表面形成许多腐蚀微电池，

8、这些微电池的阳极区和阴极区分别发生下列的氧化、还原反应：o阳极反应Fe=Fe“+2e阴极反应1／20：+H：0+2e=20H一在阳极区，碳钢因失去电子被腐蚀生成Fe“而溶于水中。同时，电子向阴极区移动。水中的溶解氧在阴极区得电子形成OH一。Fe“和OH一在水中反应生成Fe(O