余 剛 關(guān)慶賀 中國石油遼陽石化公司機(jī)械廠

肖昀斌 遼陽石化公司生產(chǎn)監(jiān)測部

水冷器管束的內(nèi)漏

余 剛 關(guān)慶賀 中國石油遼陽石化公司機(jī)械廠

肖昀斌 遼陽石化公司生產(chǎn)監(jiān)測部

據(jù)循環(huán)水場監(jiān)測顯示，公司某裝置水冷器內(nèi)漏，經(jīng)拆下檢修發(fā)現(xiàn)，763根φ25×2mm-316L換熱管泄漏了近1/3（含上次堵管)。這臺水冷器為立式BQM1000-1.8/0.6-135-2.4/25-1型，其技術(shù)特性見表1。

表1 技術(shù)特性

注：（1）氨+硫化氫+水汽；（2）管接頭采用強(qiáng)度焊加貼脹。

搶修回裝，只能根據(jù)設(shè)備的工況條件和檔案資料結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析，合理選材。

1 內(nèi)漏不是制造用換熱管問題

設(shè)備檔案竣工圖等資料顯示：水冷器是某廠工藝污水凈化（含硫酸性水汽提）裝置中的設(shè)備，146℃的混合氣從底部進(jìn)入管程，經(jīng)殼程循環(huán)水冷卻到45℃，管程存在濕H2S應(yīng)力腐蝕環(huán)境而殼程為Cl-腐蝕環(huán)境，這可從設(shè)計(jì)選用換熱管為321和管板得到確認(rèn)。此備臺水冷器于2011年改造，應(yīng)用戶要求改換熱管321為316L。查水冷器出廠資料的換熱管材質(zhì)證書和進(jìn)廠復(fù)驗(yàn)單，制造所用換熱管的化學(xué)成分（見表2）符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

表2 換熱管化學(xué)成分 %

從備臺設(shè)計(jì)委托條件看，改用316L是為了進(jìn)一步解決321的Cl-腐蝕問題：316L較321耐Cl-孔蝕性能有明顯提高[1]。然而對于316L，雖然加入了Mo以減少點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕傾向，但并不能從根本上解決在含Cl-的腐蝕介質(zhì)中的點(diǎn)蝕問題[2]。在冷卻水系統(tǒng)中，Cl-對不銹鋼鈍化膜的破壞作用主要是促使鈍化膜局部破壞而產(chǎn)生點(diǎn)蝕，產(chǎn)生點(diǎn)蝕的Cl-濃度界限：316L不銹鋼約為250mg/L[3]。對于立式水冷器的殼程循環(huán)水進(jìn)口距離下管板密封面180mm的φ108×6mm接管，其底部與管板上表面間不可避免存在流動死區(qū)，并且管程進(jìn)口的混合氣溫度較高，導(dǎo)致此區(qū)“死水”的Cl-濃度超標(biāo)，致使316L換熱管發(fā)生Cl-孔蝕穿孔或誘發(fā)應(yīng)力腐蝕破裂；而循環(huán)水出口距離上管板密封面180mm的φ108×6mm接管，其頂部與管板下表面間形成循環(huán)水流不到的空間，在該區(qū)的管束處于干濕交替或氣液交界的環(huán)境中，容易使Cl-濃縮，而且循環(huán)水在汽液界面蒸發(fā)，使溶解氧析出，氧作為陰極去極劑，因此造成并促進(jìn)應(yīng)力腐蝕破裂。當(dāng)換熱管一旦泄漏，混合氣（氨和硫化氫等）進(jìn)入殼程則惡化循環(huán)水（硝化細(xì)菌將循環(huán)水中的氨轉(zhuǎn)化為硝酸，硫細(xì)菌將循環(huán)水中的硫化氫轉(zhuǎn)化為硫酸）對管束的腐蝕[4,5]。

2 水冷器換熱管的合理選擇

查設(shè)備檔案，從設(shè)備使用記錄中獲悉水冷器的更換情況見表3。從表中可以看出換熱管從10→321→316L→10的使用期限，以316L換熱管使用時(shí)間為最短，這次備臺用戶又要求改回10鋼管。所以，有必要對水冷器換熱管的合理選材進(jìn)行探討。

表3 水冷器更換情況

石化設(shè)備選材，不僅需要考慮投資成本，而且尚應(yīng)兼顧設(shè)備的使用壽命、運(yùn)行的可靠性(避免非計(jì)劃停車的損失)、維修費(fèi)用、緩蝕劑消耗、安全性等，綜合考慮這些因素后，選用雙相不銹鋼實(shí)為明智之舉[6]。因?yàn)?，雙相不銹鋼比奧氏體不銹鋼具有更優(yōu)的加工性能和耐腐蝕性能，尤其是具有抗局部腐蝕能力，如在Cl-環(huán)境中耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能及抗應(yīng)力腐蝕開裂能力雙相不銹鋼明顯優(yōu)于普通型奧氏體不銹鋼。雙相不銹鋼可用在140～180℃無應(yīng)力腐蝕危險(xiǎn)，而奧氏體不銹鋼AISI304L和AISI316L在60℃以上便可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。所以，雙相不銹鋼可以成功地替代均勻腐蝕嚴(yán)重的碳鋼和易局部腐蝕的奧氏體不銹鋼，如SAF2205已被用來替代 AISI304L、316L、321等奧氏體不銹鋼。

綜合國內(nèi)外雙相不銹鋼的成功使用經(jīng)驗(yàn)[7]，雙相不銹鋼以其高強(qiáng)度和長周期使用的高可靠性而被用在常減壓、催化、焦化、酸性水處理、氣體脫硫等裝置的冷凝冷卻器、空冷器及重沸器等設(shè)備中。典型的介質(zhì)條件：pH值7～8.5，Cl-≤500mg/L，H2S≤1000mg/L，使用效果良好；另外，在塔頂?shù)蜏剌p油部位，溫度在200℃以下，處于HC1-H2S-H2O系腐蝕亦可采用雙相不銹鋼。

可見，根據(jù)水冷器的工況條件和使用情況，若實(shí)現(xiàn)長周期運(yùn)行的可靠性，則應(yīng)將管束的換熱管選為雙相不銹鋼。

3 結(jié)束語

水冷器運(yùn)行的可靠性取決于管束內(nèi)漏的控制：合理選材是前提，使用管理是保證。

1）實(shí)行循環(huán)水場水質(zhì)達(dá)標(biāo)的報(bào)告制度，并通過對循環(huán)水場水質(zhì)的監(jiān)測，進(jìn)而查找水冷器內(nèi)漏，既可對循環(huán)水質(zhì)有效管理，又可為及時(shí)維修水冷器提供信息。

2）在役容器的使用管理及定期檢驗(yàn)應(yīng)注重水冷器內(nèi)漏風(fēng)險(xiǎn)的控制，完善運(yùn)行記錄及檢驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)漏信息，以為備臺建造提供建議。

3）對于管程為濕H2S應(yīng)力腐蝕環(huán)境而殼程為Cl-腐蝕環(huán)境，從長周期運(yùn)行的可靠性考慮，換熱管以選用SAF 2205雙相不銹鋼為宜。

1 陸世英.不銹鋼.北京：原子能出版社,1995

2 宋義全,等.常壓塔頂316L不銹鋼換熱器管束的腐蝕失效分析腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù),2004,16(5)：334－336

3 葛紅花,等.304、316L不銹鋼耐氯離子和硫離子性能比較華東電力,2005,33(9)：13－15

4 于德華,等.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)存在的問題及對策化工科技, 2012,20(5)：43－46

5 孫家孔,等.石油化工裝置設(shè)備腐蝕與防護(hù)手冊.北京：中國石化出版社,1996

6 饒興鶴編譯.雙相不銹鋼在石化設(shè)備上的應(yīng)用石油化工腐蝕與防護(hù),1994,(4)：21－23

7 張國信,等.雙相不銹鋼的性能及其在石化行業(yè)的應(yīng)用石油化工設(shè)備技術(shù),2007,28(4)：55－59

2013－07－15）