李國龍

摘要：中石油哈爾濱石化分公司加氫改質(zhì)裝置壓縮機K-301/1一級冷卻器在更換新管束使用10個月后，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)溫度升高，冷卻器循環(huán)水中帶氫氣，維修人員緊急進行搶修，對冷卻器泄漏管束進行堵漏修復(fù)。并對管束材質(zhì)、腐蝕情況、運行溫度以及循環(huán)水系統(tǒng)進行了系統(tǒng)的分析。

關(guān)鍵詞：一級冷卻器；管束泄漏；點蝕；磷酸鹽結(jié)晶

中圖分類號：TU267 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3178（2018）20-0479-01

設(shè)備概況：

1 加氫改質(zhì)壓縮機級間冷卻器。

設(shè)備名稱：K-301/1一級冷卻器，冷卻器型號：BIU300-30-3.75/19-2，2014年9月大修時更換新管束。2015年6月17日16點，當班操作員發(fā)現(xiàn)壓縮機K-301/1系統(tǒng)溫度升高，同時發(fā)現(xiàn)一級級間冷卻器循環(huán)水中帶氫氣，立刻通知車間，切機處理。經(jīng)判定為一級冷卻器管束泄漏，經(jīng)過工藝吹掃，測氧測爆合格后交付維修車間進行搶修。

2 原因分析：

K-301/1一級冷卻器為U型管式換熱器，管束材質(zhì)為：10#，殼程介質(zhì)為：0.4Mpa循環(huán)水，管程介質(zhì)為：4.0Mpa氫氣。氫氣中含有少量的硫化氫（H2S），在系統(tǒng)運行中硫化氫（H2S）對材質(zhì)為10#鋼的管束有較強的腐蝕性。該冷卻器與加氫反應(yīng)產(chǎn)物冷卻器類似也存在殼程循環(huán)水形成的點腐蝕，更換的新管束同樣采用在冷卻器外部增加防腐涂鍍方法。K-301/1更換新管束后運行僅9個月發(fā)生泄漏。經(jīng)過5.0Mpa的水壓試壓，發(fā)現(xiàn)有四根管束發(fā)生泄漏（冷卻器共有管束32根）。

查閱資料，管束材質(zhì)為10#鋼，管板材質(zhì)為S32168（JB/T4728-2000不銹鋼中的0Cr18Ni10Ti相對應(yīng)），所以管束堵漏時焊條選用A132或A022焊接，直徑3.2mm，焊接電流90-115安。使用前烘干，時間為4小時，溫度為350°，恒溫溫度為80℃---100℃。

3 K-301/1一級冷卻器近幾年腐蝕情況對比：

2013年7月大修時K-301/1管束清洗后發(fā)現(xiàn)，管束涂鍍層表面有嚴重的點蝕現(xiàn)象，經(jīng)大慶重新涂鍍后使用。

2014年9月全廠大修，加氫改質(zhì)K-301/1.2一、二級冷卻器腐蝕嚴重，經(jīng)公司批準將四臺管束都進行了更換。新管束材質(zhì)和原來一樣，管束為10#鋼，管板為S32168（0Cr18Ni10Ti），S32168的機械性能：屈服強度≥205MPa 抗拉強度≥520MPa 延伸率≥40%根據(jù)試驗所得抗拉強度，屈服強度都符合要求，母材的常溫拉伸力學性能符合要求。

K-301/1一級冷卻器在2014年9月份全廠大修時更換新管束，運行不到9個月的時間，發(fā)生泄漏，涂鍍層腐蝕比較嚴重。根據(jù)對比可以看出該冷卻器的殼層每次的沉積物呈增多趨勢，造成沉積物增多的原因只有一個，即流速降低。該系統(tǒng)由三循供水，三循供水的裝置這兩年陸續(xù)增加了汽油加氫與柴油加氫分裝置，而三循的實際供水量仍然在控制在原有水量，必然導致這些原有冷卻水的流速降低。其二流速較低的原因是循環(huán)水走殼層。在進口管處測量的流速為2.0m/s，進口管徑為DN80mm ，而冷卻器的殼體為DN300mm，尤其在U形管處流速急劇下降，根據(jù)橫截面積比計算將為進口管處流量的十四分之一即0.14m/s，這樣的流速將導致淤泥、粘泥大量沉積。這樣的環(huán)境是非常典型的垢下腐蝕環(huán)境，現(xiàn)場情況也表明在U形管處垢下腐蝕點比較多。

3.1 H2S腐蝕機理

在高溫條件下，活性硫與金屬直接反應(yīng)，它出現(xiàn)在與物流接觸的各個部位，表現(xiàn)為均勻腐蝕，其中以H2S的腐蝕性最強。

高溫硫腐蝕速率的大小，取決于原油中活性硫的多少，與總硫含量也有關(guān)系。溫度的升高，一方面促進活性含硫化合物與金屬的化學反應(yīng)，同時又促進非活性硫的分解。溫度高于240℃時，隨溫度的升高，硫腐蝕逐漸加劇，特別是H2S在350～400℃時，能分解出硫和氫，分解出來的元素硫比H2S的腐蝕性更強，到430℃時腐蝕最劇烈，到480℃時分解接近完全，腐蝕開始減弱。

3.2 殼程循環(huán)水形成腐蝕原因分析

K-301/1一級冷卻器殼程出口管壁上附著這一層白色結(jié)晶物，并且在清洗管束時發(fā)現(xiàn)管束已經(jīng)有穿孔現(xiàn)象，說明腐蝕比較嚴重。

循環(huán)水冷卻系統(tǒng)在運行中，不斷蒸發(fā)濃縮，鹽類增高，在超過飽和值得情況下鹽類析出結(jié)有水垢，所以白色結(jié)晶物，質(zhì)檢部門化驗分析結(jié)果：泥40%，磷酸鹽30%，有機物30%。經(jīng)過專業(yè)人員測定發(fā)現(xiàn)該冷卻器出水管線燙手，溫度較高，并預(yù)估為50℃，在該溫度條件下易發(fā)生循環(huán)水中緩釋阻垢劑失效形成磷酸鹽結(jié)晶。

氫氣入口溫度為130℃，循環(huán)水出口溫度為40℃，循環(huán)水在溫度升高時，腐蝕速率增大；循環(huán)水中鈣加堿的濃度或PH值提高時，腐蝕速率下降；鐵離子濃度升高時，腐蝕速率升高。在循環(huán)水中酸度、濁度、導電率及溫度的升高都將加速對管束材質(zhì)的腐蝕。

根據(jù)現(xiàn)場照片確認為循環(huán)水側(cè)殼層明顯的點蝕存在，形成點蝕的原因有多種，比較明顯的為腐蝕性離子如氯離子的腐蝕，還有垢下腐蝕產(chǎn)生的點蝕。點蝕腐蝕速度非?？?，其既有流速下降粘泥沉積后，微生物產(chǎn)酸產(chǎn)生的直接腐蝕，又有非常嚴重的因垢下缺氧造成的電化學腐蝕。根據(jù)循環(huán)水日常監(jiān)測掛片情況以及其他冷卻器的情況未發(fā)現(xiàn)有大面積的點蝕出現(xiàn)，同時循環(huán)水中的氯離子目前在600mg/l左右，現(xiàn)有的緩釋阻垢劑完全能夠控制住氯離子的腐蝕，因此點蝕情況可以排除氯離子的原因。

4 改進及預(yù)防措施

為了防止和減少循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)因淤泥堆積，而造成冷卻效果降低，在使用過程中應(yīng)該定期對冷卻系統(tǒng)進行反沖洗，以減少污垢的沉積。并采取積極的預(yù)防措施，有計劃地對系統(tǒng)進行防護、檢驗、改造和更新，變事后堵漏為事前預(yù)防，可以有效地減少泄漏的發(fā)生，減輕其危害。

4.1 為減少泄漏的發(fā)生，要從本質(zhì)安全做起。設(shè)計時要依據(jù)適當?shù)脑O(shè)計標準，根據(jù)工藝條件和貯存介質(zhì)的特性，正確選擇材料材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、連接方式、密封裝置等，落實可靠的措施。

4.2 設(shè)備在使用過程中，必須正確使用與維護。要嚴格按規(guī)程操縱，不得超溫、超壓、超振動、超位移、超負荷生產(chǎn)，控制正常生產(chǎn)的操縱條件，減少人為操縱所導致的泄漏事故。

4.3 在設(shè)備的使用和維護過程中，巡檢人員要對壓縮機K-301整個系統(tǒng)的密封面、閥門、疏水器、安全閥等部位采取適當?shù)姆雷o措施，防止雜質(zhì)和異物進入，損壞設(shè)施及設(shè)備，減少泄漏發(fā)生；采用控制系統(tǒng)、電視監(jiān)視系統(tǒng)和報警系統(tǒng)等先進的信息技術(shù)，使操縱員工在操縱室內(nèi)既能把握流量、壓力、溫度、液位等信息，又能清楚地實時觀察到設(shè)備的運行情況，并實現(xiàn)報警和自動控制；對安全防護設(shè)施要進行維護，保證靈敏可靠。

參考文獻

[1]《管殼式換熱器（GB151-1999） 》作者：國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 中國標準出版社

[2]化學工業(yè)部化工機械研究所.腐蝕與防護手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，1995