常减压蒸馏装置换热器腐蚀分析及建议措施

换热器是实现炼油厂中热量交换和传递不可缺少的设备，炼化装置通过换热器为各个设备温度工作下提供了重要保障。结合装置大修腐蚀检查，对常减压蒸馏装置换热器的问题进行了分析，确定了换热器低温腐蚀、高温腐蚀和水侧腐蚀三个方面的易腐蚀部位和形态，分析了腐蚀机理，并提出应对措施。

换热器在石油化工生产中占有重要地位，在炼油厂中，换热器投资约占总投资的20%，占设备总质量的40%以上，是实现热量交换和传递不可缺少的设备。炼油厂换热器在换热过程中都存在着结垢堵塞和腐蚀问题，影响炼油厂安全生产，更会增加企业运行的成本。换热器的腐蚀一旦造成泄漏，就会对环境、企业生产造成不同程度的影响，因此在炼油厂中换热器的防腐工作是不可或缺的。

各部位换热器腐蚀统计

通过对十余座炼油厂在大检修期间的台常减压蒸馏装置的换热器检查发现，存在不同程度的腐蚀，见图1。

表1各个腐蚀程度的定义

严重腐蚀换热器及其易腐蚀部位见图2。

图2易腐蚀部位和数量

从图2可以看出，管程的管箱、浮头、管束内壁以及管口与管板的连接处，出现腐蚀的概率比较大;管箱是最易发生腐蚀的部位，管程发生腐蚀的概率要比壳程大。

通过分析腐蚀严重换热器所处的高低温部位，得出换热器腐蚀情况，见图3。由图3可以看出，减压系统高温部位的换热器更易发生腐蚀。

图3高低温部位换热器腐蚀情况

常减压蒸馏装置换热器主要腐蚀介质

对常减压蒸馏装置中的换热器进行腐蚀检查发现，该装置三顶冷凝冷却系统的HCl-H2S-H2O腐蚀、高温部位(温度大于℃)的硫腐蚀、环烷酸腐蚀和循环水腐蚀均有明显表现。

腐蚀形貌及原因分析

根据高、低温腐蚀和水侧腐蚀的易腐蚀部位和腐蚀形态进行分析。

1低温腐蚀

在常减压蒸馏装置中低温部位主要发生低温氯化物腐蚀，其主要存在于初馏塔及塔顶系统、常压塔、减压塔塔顶冷凝系统。腐蚀形态:碳钢表现为均匀腐蚀、0Cr13为点蚀，奥氏体不锈钢为氯离子引起的应力腐蚀开裂。

典型的低温HCl-H2S-H2O腐蚀情况见图4。某炼油厂一级抽空器后冷凝器H-A/B，H-A壳体存在大量沟槽状、点状腐蚀坑，最大坑深3mm，东、西两侧环焊缝局部被完全腐蚀，低于母材约1.5mm。H-B的腐蚀情况与H-A相类似。壳程介质气体为空气不凝油气、可凝油气、水蒸气，操作温度为43～℃，根据其腐蚀形貌，为典型的HCl-H2S-H2O腐蚀，为进一步证明分析结果，取壳体的腐蚀产物进行分析。对壳体内壁腐蚀产物进行分析，结果见表2。

表2H-A/B壳体腐蚀产物能谱分析

由表2可知，Fe和S元素含量较多，可知发生的低温HCl-H2S-H2O腐蚀十分严重。H2S腐蚀产生FeS保护膜，FeS保护膜与HCl反应生成FeCl2，FeCl2被水冲走，导致此处金属失去保护膜再次与HCl反应，如此循环下去，导致表面严重点蚀发展成大片坑蚀，最后导致严重减薄。同时腐蚀产物中含有较多碳元素析出，造成疏松孔状腐蚀形貌。

图4低温HCl-H2S-H2O腐蚀形貌

2高温腐蚀

高温部分主要发生环烷酸腐蚀，其主要发生在初馏塔底油换热器、减压塔及侧线等。环烷酸常集中在柴油和轻质润滑油馏分中，其他馏分含量较少。环烷酸的腐蚀产物溶于油，所以腐蚀的金属表面粗糙而光亮，呈沟槽状，流速大的地方发生坑蚀，其他地方发生全面腐蚀。

某炼油厂脱后原油-减渣(Ⅲ)换热器EB和某石化厂二套常减压蒸馏装置减三线-拔头油换热器H-的管箱腐蚀形貌见图5。

图5高温腐蚀的管箱腐蚀形貌

脱后原油-减渣(III)换热器EB管箱内接管处焊缝脱焊;隔板介质对冲部位发生明显机械变形，其余部位未见明显腐蚀。该换热器管壳程操作温度分别为℃，介质为碱渣，温度已达到环烷酸腐蚀和高温硫腐蚀的温度，环烷酸腐蚀产生的环烷酸亚铁为油溶性、再加上介质流动，所以表面无腐蚀垢物堆积。观察其腐蚀形貌，可确定为环烷酸腐蚀。某石化厂二套常减压蒸馏装置减三线-拔头油换热器H-管箱本体为碳钢，接管为白钢，管箱隔板完全腐蚀破损，内壁均匀腐蚀，隔板焊缝严重腐蚀，管板密封面严重腐蚀。换热器管壳程介质分别为拔头油和减三线蜡油，操作温度分别为/℃和/℃，其中减三线油样中的铁离子含量偏高，说明减三线已经发生环烷酸腐蚀。

3循环水腐蚀

常减压蒸馏装置中严重腐蚀的换热器中发生水侧腐蚀的占30%，走循环水侧易发生冷却水垢下腐蚀，尤其是设备中常温或流速较低处易积垢、腐蚀。一般循环水走管程，所以易腐蚀部位是管箱、管板、浮头以及管束内壁。冷却水腐蚀可以导致不同形式的损伤，包括均匀腐蚀、点蚀、微生物腐蚀、应力腐蚀开裂和垢下腐蚀等。当冷却水中有溶解氧时碳钢会发生全面或整体腐蚀。局部腐蚀可能是由于垢下腐蚀、缝隙腐蚀或微生物腐蚀所引起。沉淀物或缝隙可以引起垢下腐蚀或缝隙腐蚀。冷却水腐蚀、侵蚀或磨损会在设备接管和管子入口处造成沟槽腐蚀或平滑的腐蚀。系列不锈钢在冷却水系统会发生点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂，碳钢焊缝部位会发生严重的焊缝和焊接热影响区腐蚀。

某炼油厂的常一线水冷器E和某炼油厂的初顶汽油采暖水换热器E/1腐蚀形貌见图6。

图6管箱处的腐蚀形貌

常一线水冷器E管箱内表面附着黄褐色腐蚀产物。去除腐蚀产物后表面凹凸不平，存在大量的蚀坑。隔板的表面有大量的锈垢，锈垢去除后表面存在腐蚀坑，隔板密封面边缘发生腐蚀。通过垢样分析可以看出，水质里面含有较多铁元素，其原子百分数为2.09%，说明水侧腐蚀较重;同时存在部分钙元素、硅元素等杂质，造成结垢;而且水侧硫元素的存在加速了腐蚀进行。初顶汽油采暖水换热器E/1的封头附着少量黑褐色腐蚀产物，敲击脱落，脱落物厚度约1～2mm，垢下呈均匀腐蚀形态;通过垢样分析结果可以看出，垢样里面含有较多铁元素，其原子百分数为22.01%，说明封头发生腐蚀;同时存在部分钙元素、锰元素等杂质，造成结垢;而且油气中含硫元素，硫元素原子百分数为1.38%，它的存在加速了腐蚀进行。

防护措施

1建立较完善的工艺防腐监控机制

加强对原油品质、电脱盐运行情况、馏分油品质、燃料油品质和三顶水的监控，在源头装置消除腐蚀介质，发现较多的腐蚀案例均和上游带入的H2S等腐蚀性介质有关。蒸馏装置是整个炼厂的源头装置，如能在蒸馏装置消除腐蚀介质(主要是H2S)，就能有效缓解下游装置的腐蚀。在建立对腐蚀介质监控机制的基础上，加大注氨量，以减少轻质油、燃料气的硫化氢含量。

2针对低温腐蚀的防护建议

低温部位HCl-H2S-H2O腐蚀，气相部位一般腐蚀轻微，液相部位腐蚀较严重，尤其是气液两相转变的部位即“露点”部位更为严重。HCl-H2S-H2O环境下的腐蚀控制应以工艺防腐为主，选材为辅。经“一脱四注”工艺防腐后减压塔顶冷凝水氯离子仍偏高时，减压塔顶冷凝冷却器管束可选用双相不锈钢，或在碳钢表面镀镍-铬合金。

3针对高温腐蚀的防护及建议

高温部位环烷酸的腐蚀防护:考虑掺炼低酸值原油、加缓蚀剂、原油脱酸、材质升级及表面改性等措施，其中材质升级的顺序为碳钢→铬钼钢→1Cr13→→→。

高温活性硫的腐蚀控制以加注高温缓蚀剂和材质升级为主(如Cr5Mo和含铬13%以上的不锈钢等)。

4针对循环水腐蚀的防护建议

(1)对循环水水质进行管理:严格监测并控制循环水各项监测指标，如pH值、微生物含量；设置取样口观测循环水中含油的状况;避免采取调节换热器出入口阀门控制工艺指标的方法。避免循环水流速过低，产生生物黏泥和垢下腐蚀。及时调整水冷器运行参数，做好循环水温度及流速控制和过滤处理。

(2)使用涂层+牺牲阳极的联合保护措施。

(3)升级材质:对折流板、拉筋等的材质与管束材质不一致的水冷器进行改造升级，以免设备运行过程中形成电位差，产生较严重的电化学腐蚀，导致材质等级偏低的部位先失效，从而影响设备的使用寿命。

5检测方面建议

对回路中高流速部位进行定点测厚;对腐蚀减薄点进行定点测厚，计算腐蚀速率，如果超过0.25mm/a，可考虑升级材质;通过腐蚀探针研究原油品质同腐蚀速率之间的关联;停工时对回路内的所有高流速部位进行普查测厚。

来源：设备管理与防腐

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