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板式空冷器泄漏原因分析及防護(hù)措施

文檔作者：宋俊霞１２侯霄艷１２張向南１２侯巖１２高　杰１２文檔來(lái)源：１．甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司２．上海藍(lán)濱石化設(shè)備有限責(zé)任公司，		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月14日
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文章編號(hào)： １０００‐７４６６（２０１６）增刊１‐００６０‐０４ 　?、?
板式空冷器泄漏原因分析及防護(hù)措施
宋俊霞１ ，２ ， 侯霄艷１ ，２ ， 張向南１ ，２ ， 侯　巖１ ，２ ， 高　杰１ ，２
（１ ．甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司，甘肅蘭州?。罚常埃埃罚?；
２ ．上海藍(lán)濱石化設(shè)備有限責(zé)任公司， 上?！。玻埃保担保福?
摘要：通過(guò)對(duì)３ 個(gè)不同石化公司的板式空冷器泄漏原因進(jìn)行分析，認(rèn)為腐蝕泄漏是造成板式空冷器
失效的主要原因。根據(jù)其腐蝕機(jī)理，提出了相應(yīng)的防護(hù)措施。
關(guān)鍵詞： 板式空冷器；泄漏；腐蝕；防護(hù)措施
中圖分類號(hào)： TQ０５０ ．９ ； TE ９６５ 　文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 　doi ：１０ ．３９６９／j ．issn ．１０００‐７４６６ ．２０１６ ．S１ ．０１４
Plate Type Air Cooler Leakage Reasons Analysis and Protection Measures
SONG Jun‐xia1 ，2 ，HOU Xiao‐yan1 ，2 ，ZHANG Xiang‐nan1 ，2 ，HOU Yan1 ，2 ，GAO Jie1 ，2
（１ ．Lanpec Technologies Limited ，Lanzhou ７３００７０ ，China ；
２ ．Shanghai Lanbin Petrochemical Equipment Co ．Ltd ．，Shanghai ２０１５１８ ，China）
Abstract ： Leakage reasons of plate type air cooler in three different petrochemical companies
were analyzed ．The opinion that corrosion leakage is the main reason to negate the plate type air
cooler was put forward ．According to the corrosion theory ，the appropriate protection measures
were raised to ensure safe operation of chemical plant ．
Key words ： plate type air cooler ；leakage ；corrosion ；protection measures
　　板式空冷器采用波紋板作為換熱元件，以環(huán)境
空氣作為冷卻介質(zhì)橫掠波紋板外，使板束內(nèi)高溫工
藝流體得到冷卻或冷凝。產(chǎn)品類型主要包括板式干
空冷器、板式濕空冷器及板式蒸發(fā)空冷器等。由于
板式空冷器具有傳熱效率高、壓降低、結(jié)構(gòu)緊湊、不
易結(jié)垢、檢修方便等優(yōu)點(diǎn)，在常減壓蒸餾裝置、二甲
苯裝置、加氫裝置、芳烴抽提等裝置中占據(jù)越來(lái)越重
要的地位，具有良好的發(fā)展前景［１ ，２ ］ 。
近年來(lái)，板式空冷器的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，投運(yùn)
裝置由最初的常減壓裝置逐漸向催化、蠟油、焦化、
苯酮脫蠟等裝置擴(kuò)展，工藝介質(zhì)物性也越來(lái)越復(fù)雜
嚴(yán)苛，這些變化都對(duì)板式空冷器的設(shè)計(jì)及其安全運(yùn)
行提出了更高的要求。
此外，隨著我國(guó)高質(zhì)量原油資源存量日益減小，
大量低質(zhì)量原油特別是高酸、高硫原油的加工量日
漸增加，原油中較高的酸值、硫和鹽分，常常導(dǎo)致板
式空冷器腐蝕失效，給煉油、化工裝置的安全和穩(wěn)定
生產(chǎn)造成了極大的威脅［３ ，４ ］ 。因此，板式空冷器在
石化行業(yè)冷凝冷卻系統(tǒng)中的防腐蝕研究得到越來(lái)越
多的重視。
1 　板式空冷器泄漏案例
1 ．1 　案例一——— 局部腐蝕
華北地區(qū)某石化公司８００ 萬(wàn)t／a 常減壓裝置采
用減頂預(yù)冷板式濕空冷器１０ 臺(tái)、一級(jí)濕空冷器
６ 臺(tái)、二級(jí)濕空冷器２ 臺(tái)，共計(jì)１８ 臺(tái)，板束材質(zhì)均為
３１６L 。２００６‐０８ 投用以來(lái)，部分設(shè)備板束相繼發(fā)生
泄漏，主要腐蝕部位為塔頂空冷器、水冷器等，其中
處于相變部位（初凝區(qū)）的空冷器入口腐蝕最為嚴(yán)重
（圖１） ，嚴(yán)重影響裝置正常運(yùn)行。
板式空冷器在石化裝置的應(yīng)用中多次出現(xiàn)因板
片局部腐蝕而發(fā)生板束泄漏的情況，尤其在常減壓
　第４５ 卷　增刊１ 　　　　　　　　　　　　石　油　化　工　設(shè)　備　　　　　　　　　　　　Vol暢４５ 　Supplement １ 　
?。玻埃保?年８ 月　　　　　　　　　　　　PETRO‐CHEMICAL EQUIPMENT 　　　　　　　　　　　　　　　Aug暢２０１６ 　
① 　收稿日期： ２０１６‐０２‐２４
　作者簡(jiǎn)介： 宋俊霞（１９８０‐） ，女，河南許昌人，工程師，碩士，從事壓力容器設(shè)計(jì)工作。
塔頂工位中泄漏情況尤為嚴(yán)重。局部腐蝕是工藝流
體中含有腐蝕性介質(zhì)，導(dǎo)致板片發(fā)生局部穿孔泄漏
的現(xiàn)象，其中腐蝕性介質(zhì)主要由原油中的氯化物水
解以及有機(jī)氯高溫分解生成HCl 引起，若原油脫鹽
后的總氯含量較高，就會(huì)引起此部位的腐蝕。此時(shí)
由于初凝區(qū)水量極少，鹽酸濃度可達(dá)１％ ～ ２％ ，成
為一個(gè)腐蝕性十分強(qiáng)烈的稀鹽酸腐蝕環(huán)境。此外，
國(guó)內(nèi)煉油廠大多采用國(guó)外高含硫原油，分解后容易
產(chǎn)生H２ S ，使冷凝冷卻系統(tǒng)的腐蝕環(huán)境為HCl ＋
H２ S ＋ H２ O ，從而加速了對(duì)該部位的腐蝕，最終導(dǎo)致
板片穿孔發(fā)生泄漏［１‐４ ］ 。
圖１ 　板程入口及板片腐蝕情況
通過(guò)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行情況以及對(duì)裝置的工藝參數(shù)
進(jìn)行分析，認(rèn)為導(dǎo)致設(shè)備腐蝕泄漏的主要因素是在
常減壓條件下，原油中的氯化物水解以及有機(jī)氯高
溫分解成了HCl 。同時(shí)原油中所含的硫元素在一定
條件下生成了H２ S ，使該減頂工位的運(yùn)行環(huán)境為
HCl ＋ H２ S ＋ H２ O 。不論原油含硫及酸值的高低，
只要原油脫鹽后的總氯含量高，就會(huì)引起該部位的
腐蝕［５ ］ 。
分析原因后，石化公司和設(shè)備制造廠將全部空
冷器（１８ 臺(tái)）的板束材質(zhì)由３１６L 升級(jí)為２２０５ 雙相
鋼，并對(duì)冷凝液的pH 值和注水水質(zhì)提出控制要求，
目前運(yùn)行狀況良好。
1 ．2 　案例二——— 水側(cè)垢下腐蝕
華東地區(qū)某石化公司３０ 萬(wàn)t／a 潤(rùn)滑油加氫裝
置減壓塔頂采用一級(jí)濕空冷器４ 臺(tái)、二級(jí)濕空冷器
１ 臺(tái)和三級(jí)濕空冷器１ 臺(tái)，共計(jì)６ 臺(tái)，板束材質(zhì)均采
用３０４L 。設(shè)備自２００３ 年投用后運(yùn)行情況良好。裝
置運(yùn)行８ a 后，減頂三級(jí)濕空冷器出現(xiàn)泄漏。
經(jīng)檢查分析，泄漏原因?yàn)榘迨諝鈧?cè)出現(xiàn)結(jié)垢，
發(fā)生垢下腐蝕導(dǎo)致泄漏（圖２） 。根據(jù)泄漏原因采取
更換泄漏板束的維修方法，并將材質(zhì)升級(jí)為３１６L 。
定期檢查、更換噴淋水，檢查板束空氣側(cè)及其他部位
結(jié)垢情況，發(fā)生結(jié)垢采用高壓水及時(shí)清除，目前運(yùn)行
狀況良好。
圖２ 　濕空冷板束垢塊
　　水側(cè)垢下腐蝕是指在板式濕空冷器和蒸發(fā)空冷
器的板束噴淋水側(cè)產(chǎn)生水垢，造成板束出現(xiàn)腐蝕泄
漏現(xiàn)象。通常板式濕空冷器和板式蒸發(fā)空冷器在投
用時(shí)補(bǔ)充水為軟化水，但隨著裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行，噴淋
水經(jīng)多次循環(huán)使用后，其中懸浮物含量顯著增加，
Ca２ ＋ 、Mg２ ＋ 以及Cl－ 質(zhì)量濃度也會(huì)明顯上升，導(dǎo)致
噴淋水質(zhì)下降［６］ 。如果對(duì)其監(jiān)測(cè)、處理不及時(shí)，則噴
淋水從噴頭噴出后容易在噴淋水側(cè)板束的表面發(fā)生
　 增刊 １ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　宋俊霞 ，等 ：板式空冷器泄漏原因分析及防護(hù)措施 · ６１ ·
結(jié)垢，若不及時(shí)處理結(jié)垢，易形成垢下腐蝕，最終導(dǎo)
致板束發(fā)生腐蝕泄漏［６‐９ ］ 。
1 ．3 　案例三——— 應(yīng)力腐蝕
華東地區(qū)某石化公司８００ 萬(wàn)t／a 含硫原油改擴(kuò)
建項(xiàng)目硫磺回收裝置３ 臺(tái)塔頂濕空冷器板片材質(zhì)選
用３１６L ，管箱材料為３０４ 。２００４‐１２A 臺(tái)板束、２００５‐
０２ C 臺(tái)板束相繼出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。
經(jīng)過(guò)對(duì)設(shè)備與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)工況的研究分析，板束
泄漏原因?yàn)椋喊迨肟诠芫€布置不合理，其中三通和
彎頭的阻力降當(dāng)量長(zhǎng)度約為４０ mm ，造成非常嚴(yán)重
的偏流，引起各板片之間熱強(qiáng)度不同。現(xiàn)實(shí)運(yùn)行工
況與設(shè)計(jì)工況偏離較大，使３ 臺(tái)設(shè)備負(fù)荷、流速不同
引起板片與板片、板片與壓板之間熱膨脹不一致，入
口管箱流體分布能力不均，引起各板片之間熱強(qiáng)度
不同［１０ ］ 。
更換板束材質(zhì)為２２０５ 雙相鋼并對(duì)管線布置及
工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整后，該硫磺回收裝置運(yùn)行良好，滿
足設(shè)計(jì)要求。
應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是指由于設(shè)備相連管線布置不合
理或者裝置頻繁開(kāi)停工造成板束在腐蝕環(huán)境中受到
應(yīng)力作用而出現(xiàn)開(kāi)裂［７ ］ 。例如在空冷器現(xiàn)場(chǎng)布置過(guò)
程中，若板束入口管線布置不合理，容易造成工藝介
質(zhì)偏流，入口管箱流體分布能力不均，導(dǎo)致各板片之
間熱強(qiáng)度不同，引起板片與板片、板片與壓板之間熱
膨脹不一致，從而發(fā)生應(yīng)力開(kāi)裂［１１‐１２ ］ 。
2 　防護(hù)措施
2 ．1 　工藝防腐
工藝防腐主要通過(guò)對(duì)進(jìn)入空冷器之前的工藝介
質(zhì)的pH 值進(jìn)行控制，及時(shí)對(duì)介質(zhì)中各腐蝕離子質(zhì)
量濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。中國(guó)石化煉油事業(yè)部在工藝防腐
管理規(guī)定中規(guī)定，原油電脫鹽后的鹽質(zhì)量濃度不大
于３ mg／L 。國(guó)內(nèi)煉油廠經(jīng)“一脫四注”后，控制冷凝
液的pH 值為７ ．５ ～ ８ ．５ ，以減少設(shè)備的腐蝕［８］ 。
除此之外，還需對(duì)注水水質(zhì)提出相應(yīng)要求，例如
控制冷凝液的pH 值，并在設(shè)備出入口設(shè)置腐蝕監(jiān)
測(cè)點(diǎn)。
2 ．2 　材質(zhì)優(yōu)化
在工藝防腐的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際工況的不同，結(jié)
合工藝操作條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，設(shè)備材料按照碳鋼
→ ３０４L → ３１６L → ２２０５ → ２５４SMO → C２７６ → TA１ 的
防腐級(jí)別選擇合適的材料。
在上述可供選擇的設(shè)備材料中，２２０５ 型雙相不
銹鋼具有優(yōu)異的抗氯化物應(yīng)力腐蝕和點(diǎn)蝕性能，可
以有效解決長(zhǎng)期困擾常減壓系統(tǒng)裝置中的應(yīng)力腐蝕
和局部腐蝕問(wèn)題，設(shè)備壽命將顯著提高，滿足裝置
的長(zhǎng)周期運(yùn)行要求［１３ ］ 。
2 ．3 　水質(zhì)監(jiān)測(cè)
對(duì)板式濕空冷器和板式蒸發(fā)空冷器所用的噴淋
水水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，優(yōu)化噴淋水水質(zhì)控制方案，并要求
定期監(jiān)測(cè)、清理、更換軟化水，監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目主要有
pH 值、硬度、堿度、鉀離子、電導(dǎo)率、懸浮物、游離氯
等指標(biāo)。
空冷器使用水質(zhì)推薦指標(biāo)見(jiàn)表１ 。
建議每季度對(duì)空冷器所用循環(huán)水進(jìn)行如表１ 所
示水質(zhì)指標(biāo)分析。若發(fā)現(xiàn)空冷器噴淋水側(cè)發(fā)生結(jié)垢
現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)清理（如用高壓水沖洗板束） ，以杜絕設(shè)
備出現(xiàn)垢下腐蝕。對(duì)水質(zhì)和腐蝕控制參數(shù)的檢測(cè)和
分析方法須符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)［１４ ］ 。
表1 　空冷器使用水質(zhì)推薦指標(biāo)
項(xiàng)目補(bǔ)充水噴淋循環(huán)水
懸浮物／mg · L － １ ≤ ５ ＜ １０ 總硬度／mmol · L － １ ≤ ０ ．０２ ≤ １ 總堿度／mg · L － １ － １ ．２ ～ ６ ．０ pH（２５ ℃ ） ７ ６ ．５ ～ ７ ．５ 含油量／mg · L － １ ≤ ２ － 溶解固形物／mg · L － １ ＜ １ ０００ ＜ ３ ０００ 氯離子／ mg · L － １ － ＜ ３０ 2 ．4 　避免或消除局部殘余應(yīng)力
在設(shè)備設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案和
制造工藝，避免由于殘余應(yīng)力造成設(shè)備失效，同時(shí)在
設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)維持工況的穩(wěn)定，避免由于工況
的變化導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)應(yīng)力開(kāi)裂而失效。為防止空冷
器板束發(fā)生應(yīng)力開(kāi)裂，特對(duì)其安裝和配管布置提出
下列要求。
（１）在設(shè)備入口管線閥后設(shè)置彈性支撐，取消閥
前支撐，減小管線作用于設(shè)備上的重力載荷。
（２）建議將靠近板式空冷器的管線支點(diǎn)改為死
點(diǎn)，只允許沿設(shè)備寬度方向移動(dòng)而限制長(zhǎng)度方向熱
膨脹，主管長(zhǎng)度方向的熱膨脹由塔頂出口的立管吸
收，避免向空冷器方向產(chǎn)生熱位移。
（３）工藝運(yùn)行應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷條件及時(shí)調(diào)整設(shè)
備投運(yùn)臺(tái)數(shù)，使單臺(tái)設(shè)備兩組板束流量分布均衡，避
免單臺(tái)設(shè)備負(fù)荷過(guò)小造成設(shè)備入口管箱分布不均。
2 ．5 　設(shè)備及時(shí)檢修維護(hù)
空冷器在運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)按時(shí)進(jìn)行檢修維修，及
時(shí)觀察設(shè)備是否發(fā)生腐蝕、泄漏、換熱效率下降以及
配套設(shè)備不合理等問(wèn)題。對(duì)于腐蝕、泄漏等問(wèn)題應(yīng)
及時(shí)查找原因，采取相應(yīng)措施對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。當(dāng)
· ６２ · 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 石 　 油 　 化 　 工 　設(shè) 　 備 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２０１６年 　 第 ４５卷 　
發(fā)現(xiàn)空冷器換熱效率下降時(shí)，表明空冷器板束介質(zhì)
側(cè)或空氣側(cè)已結(jié)垢，為防止垢下腐蝕，須立即進(jìn)行清
理。如介質(zhì)側(cè)出現(xiàn)銨鹽結(jié)垢，應(yīng)加大注水量，溶解銨
鹽。如空氣側(cè)發(fā)生結(jié)垢，應(yīng)用高壓水沖洗板束［１５ ］ 。
3 　結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)板式空冷器泄漏原因的分析可知，在進(jìn)
行板式空冷器設(shè)計(jì)前應(yīng)明確工藝介質(zhì)的性質(zhì)，合理
選擇傳熱元件材質(zhì)及空冷器型式，以滿足裝置工藝
要求。在板式空冷器的運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)及時(shí)地進(jìn)行設(shè)
備維護(hù)，可有效緩解其腐蝕泄漏問(wèn)題，保證裝置長(zhǎng)周
期安全可靠運(yùn)行。
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　 增刊 １ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　宋俊霞 ，等 ：板式空冷器泄漏原因分析及防護(hù)措施 · ６３ ·

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