换热管腐蚀失效分析及防腐蚀结构设计.pdf

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1、换热管腐蚀失效分析及防腐蚀结构设计蒋新颖兰州天华化工机械及自动化研究设计院甘肃省兰州市西固区合水北路3号邮编730060摘要：应用扫描电子显微镜、能谱分析仪以及X射线衍射仪对尾气加热铂过滤器中间体换热器换热管的腐蚀形貌、腐蚀产物以及物相进行了分析。分析结果表明，该设备换热管的腐蚀属于露点腐蚀。为预防和控制腐蚀，本文对该设备进行了防腐蚀结构设计，增加了导流筒，改变了换热管的排布方式以及折流板的形式。关键词：露点腐蚀、导流筒、换热器Abstract:Thecorrosionoffspringoftheexhaustgasheatplatinumfiltermiddleheatexchanger’s

2、tubewereanalyzedthroughapplyingthescanelectronmicroscope,energychartandX-raydiffractingapparatus.Itshowedthatthecorrosionoftheheatexchanger’stubewashappenedbydewpoint.Theequipmentstructureofcorrosionresistantthataddingaguideflowshell,changingdistributingofthetubeandthebaffleformweredesignedinorderto

3、preventandcontrolcorrosioninthepaper.Keyword:dewpointcorrosion,guideflowshell,heatexchanger1前言某化工厂从国外引进了整套硝酸生产装置，其中的尾气加热铂过滤器中间体换热器在使用过程中，部分换热管（规格：Ф16×2/Ф16×3，材质：0Cr18Ni10Ti）经常发生泄露，设备的使用寿命仅为6个月。由于该中间体换热器的泄漏影响了工艺气体的冷却过程，制约着整个装置的正常运行，给企业造成了一定的经济损失。本文针对这一现象，结合该换热器的运行工况及原设计结构，对换热管的材质，腐蚀产物的宏观、微观形貌、化学成分及物相

4、进行了综合的实验分析，旨在找出腐蚀失效的原因，进行防腐蚀结构改进设计。2工艺条件该换热装置为立式管壳式换热器，位于硝酸生产装置中接触氧化器与废热锅炉之间。接触氧化器中氨空气混合气经过铂催化剂氧化生成NO、NO2，并放出大量的热。该换热装置即用来冷却氨氧化后的高温混合气体，该换热器的管、壳程介质走向见图1。硝酸生产中经过接触氧化器产生的高温混合气体从换热管下部进入换热器的管程，成分接近空气的低温工艺尾气从换热器上部进入壳程，与管程高温气体换热后从下部壳程出口排出，高温气体被冷却后从换热器上部管程出口排出进入废热锅炉进一步利用余热。该换热器的操作工艺参数见表1。从工艺参数中可以看出，该换热器壳程与

5、管程的工作介质均为混合气体，管程介质中NO、NO2和H2O含量都比较高，NO、NO2的含量为14%，H2O含量为10.43%。壳程介质中NO、NO2和H2O含量较低，共约为0.07%。图1换热器介质走向图表1换热器工艺参数序号项目名称壳程管程1工作压力MPa1.0541.1472工作温度℃93/350430/236注1注23工作介质NOX混合气NOX混合气4介质流量kg/h20389178205介质特性中度危害中度危害注1：混和气组成：NO、NO2：5Kg/h，H2O：8Kg/h，O2：505Kg/h，N2：17302Kg/h；注2：混和气组成：NO、NO2：2861Kg/h，H2O：2127

6、Kg/h，O2：771Kg/h，N2：14630Kg/h通过现场观察设备腐蚀后上、下管板的外观，发现换热管发生泄漏的部位均集中在壳程冷介质入口侧区域（图2）。得出结论：该设备是由于局部腐蚀引起的泄漏。抽出发生泄漏区域的换热管观察，发现换热管的腐蚀集中在高温介质出口端，即靠近冷介质入口处。图2（a）管程低温侧管板外观图图2（b）管程高温侧管板外观图3.换热管失效原因分析3.1宏观观察腐蚀失效换热管的外观如图3（a）（b）。由图可见，腐蚀是从换热管的内表面开始的，在管内壁上有一些未腐蚀穿透的凹坑，并且换热管内壁堆积了很多附着物，致使换热管内壁发生了不均匀腐蚀，有附着物的一侧几乎未被腐蚀，而另一侧管

7、壁厚明显减薄，甚至腐蚀穿孔。换热管外壁几乎未发生腐蚀。图3（a）失效换热管的宏观腐蚀形貌图3（b）失效换热管剖面腐蚀形貌3.2微观分析3.2.1换热管化学成分分析首先对失效换热管进行化学成分分析，分析结果见表2。由表2可知，失效换热管的化学成分符合ASMESA-213/SA-213M标准中321材质的规定，与设备图纸要求的换热管材质一致。硝酸生产中冷却器的材料可[1]以采用低碳不锈钢如1Cr18N