1? 概況

??? 大慶石油化工公司煉油廠有48套生產(chǎn)裝置，年原油加工能力550萬噸。有燃料油、潤滑油和化肥三大生產(chǎn)系統(tǒng)。現(xiàn)有列管式水冷器300多臺。多數(shù)材質(zhì)為碳鋼，所用的水均為重復(fù)利用的循環(huán)水。冷卻器是生產(chǎn)裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一，日常大量的故障及事故搶修，約60％左右是由于冷換設(shè)備管束腐蝕泄漏所至。嚴重影響了生產(chǎn)裝置的安全、穩(wěn)定、滿負荷運行。另外，當冷卻水與溫度較高的介質(zhì)換熱時（水多數(shù)走管程 ），水易結(jié)水垢，形成銹垢層，增加了熱阻，使換熱效率嚴重下降，滿足不了生產(chǎn)的需要。所以說，合理選用冷換設(shè)備管束材料及控制方法，減少腐蝕，是我們科技人員一直關(guān)注的問題。

我廠自85年以來，針對冷換設(shè)備的腐蝕，在不同的腐蝕環(huán)境，采用不同的對策，經(jīng)過多年的努力，取得了良好的效果和明顯的經(jīng)濟效益。

2? 結(jié)垢及腐蝕原因

2.1? 管束內(nèi)壁結(jié)垢及腐蝕原因分析

??? 對于大多數(shù)冷卻器水走管程，因冷卻水中含有鈣、鎂離子和酸式碳酸鹽。當冷卻水流經(jīng)傳熱的金屬表面時就發(fā)生如下反應(yīng)：

Mg⁺²+HCO₃^-+H₂O—MgCO₃↓+Mg(OH)₂·3MgCO₃+CO₂

Ca⁺²+2HCO₃^__H₂O+ CO₂ +CaCO₃↓

??? 當水中加有聚合磷酸鹽作緩蝕劑時存在如下反應(yīng)：

??? 3Ca⁺²+2PO₄^-2__Ca(PO₄)₂↓

??? 此外溶解在冷卻水中的氧還會造成金屬腐蝕，形成鐵銹，反應(yīng)如下：

2Fe+2H₂O+O₂—2Fe(OH)_2? ↓

??? 反應(yīng)的結(jié)果在傳熱面上逐漸結(jié)垢，同時伴隨鐵銹的生成。當冷卻器運行時，由于垢層的影響，換熱效果嚴重降低。有的個別管束使用不到一年換熱管內(nèi)已被堵死。

另外，由于水垢的存在，易造成管內(nèi)壁的垢下腐蝕，使管束的使用壽命下降。

水對金屬表面的腐蝕主要為電化學(xué)腐蝕，在腐蝕電池中陰極反應(yīng)主要是氧的還原，陽極反應(yīng)則是鐵的溶解。碳鋼在水中發(fā)生的腐蝕反應(yīng)為：

陽極反應(yīng)：2Fe--2Fe⁺² + 4e

??? 陰極反應(yīng)：O₂ + 2H₂O + 4e—4OH^-

總反應(yīng)：2Fe+2H₂O+ O₂--2Fe(OH)₂↓

在腐蝕時，鐵生成氫氧化鐵從溶液中沉淀出來。因這種亞鐵化合物在含氧的水中是不穩(wěn)定的，它將進一步氧生成氫氧化鐵。

??? 2Fe(OH)₂+2H₂O+1/2 O₂--2Fe(OH)₃↓

之后，氫氧化鐵脫水，生成鐵銹 。

???? 2Fe(OH)₃—FeOOH ↓+H₂O

??? 所以說，金屬在垢下腐蝕由于本身電化學(xué)腐蝕存在自催化作用，將加速金屬的腐蝕。

2.2? 管束外壁油相的腐蝕原因

??? 冷換設(shè)備的管束外壁腐蝕是煉油生產(chǎn)裝置操作中常見的問題，特別是一次、二次加工裝置的常減壓、催化裂化、延遲焦化等的塔頂?shù)蜏夭课焕淠?、冷卻系統(tǒng)的腐蝕較為嚴重。

??? 因冷卻器殼程介質(zhì)多數(shù)是油、汽，其操作溫度在100-160℃左右，從腐蝕形態(tài)及金相分析結(jié)果看均為電化學(xué)腐蝕，只是腐蝕介質(zhì)及操作條件不盡相同，其腐蝕特征有些差異，但腐蝕規(guī)律基本相同。一般氣相部位腐蝕輕微，液相部位腐蝕較重，尤以氣液兩相相變部位最為嚴重。腐蝕形態(tài)為全面腐蝕與局部腐蝕并存，以坑蝕穿孔較為突出，最大局部腐蝕速度有的高達每年6 毫米以上，平均每年在1.2-5毫米之間。

??? 因油相系統(tǒng)中不同程度的含有HCl，H₂S, HCN，NH₃，和H₂O隨同輕組分一起揮發(fā)，當以氣體狀態(tài)存在時，一般腐蝕很小，在冷凝換熱后溫度下降100℃以下，冷凝區(qū)域出現(xiàn)液體水以后，在冷卻器殼層便形成HCl- H₂S- H₂O與 HCN- NH₃- H₂O系統(tǒng)的腐蝕。對一次加工裝置嚴重的腐蝕破壞是由HCl和H₂S相互促進，構(gòu)成的循環(huán)腐蝕，其反應(yīng)為：

??? Fe+2HCl—FeCl₂+H₂↑

FeCl₂+H₂S—FeS↓+2HCl

Fe+ H₂S—FeS+H₂↑

FeS+2HCl—FeCl₂+H₂S

??? 對于二次加工裝置冷凝系統(tǒng)的腐蝕原因與一次加工裝置有區(qū)別，但在冷凝區(qū)域氣液兩相相變部位腐蝕程度是相同的。從受腐蝕管束外觀看，管束之間被疏松的腐蝕產(chǎn)物及污物堵死，金屬表面出現(xiàn)蝕坑。

一般情況下，對于冷換設(shè)備的管束，采用高耐蝕合金管束是不可取的。因為，一是造價高，二是傳熱效果不好。所以我廠通過十幾年來，根據(jù)不同的防腐蝕環(huán)境，采用了不同的防腐方法，收到了很好的效果。情況如下：

3.1? 在解決管束內(nèi)壁腐蝕及結(jié)垢的情況

3.1.1解決管束內(nèi)壁腐蝕方面

從79年以來，我廠采用7910涂料進行管束內(nèi)壁防腐。7910涂料主要成份為環(huán)氧與氨基樹脂的合成物，該材料屬熱固化型由高分子組成。在耐弱酸強堿及水中氧化劑腐蝕特別好。防腐后的管束可以在殼程入口溫度小于160℃使用，基本解決了管束內(nèi)壁金屬表面腐蝕問題。

從79年到98年累計防腐約250臺，可以節(jié)約制造費約500萬元。

3.1.2解決管束結(jié)垢方面

??? 由于生產(chǎn)裝置的操作條件的不同，當水與溫度較高的介質(zhì)進行換熱時，在管束內(nèi)壁有相當一部分結(jié)水垢，使換熱設(shè)備效率下降，影響換熱設(shè)備的換熱效果。根據(jù)實際情況，采用了如下的措施：

??? （1）應(yīng)用高壓水射流技術(shù)??? 生產(chǎn)裝置檢修的同時，采用高壓水射流技術(shù)對管束內(nèi)壁進行清洗銹垢層。該技術(shù)是適合機械清洗條件的設(shè)備。它具有清洗能力強，適用范圍廣。如噴嘴為70MPa以上時，水從特制的噴嘴以超聲速的速度射向被清洗物件，如同一把利刃將各類結(jié)垢物清除。它的清除質(zhì)量也是人工清洗無法比的。該技術(shù)應(yīng)用在冷換設(shè)備上用來清除金屬表面水垢、鐵銹及部分結(jié)焦物是一個行之有效的方法。以1994年為例，當年共清洗154臺，計31491平方米，通過測算可以獲得644萬元的效益。

??? （2）采用化學(xué)清洗技術(shù) ???冷換設(shè)備的管程多數(shù)走循環(huán)水。當與溫度較高的介質(zhì)換熱時，容易在管子內(nèi)壁結(jié)垢形成垢層，使冷換效果下降。有的冷卻器使用時又停不下來，如果強制停下處理損失很大的。我們采用了化學(xué)清洗的方法，避免了設(shè)備的停車。情況如下：

??? 因冷卻水大多數(shù)含有鈣、鎂離子和酸式碳酸鹽。當冷卻水流經(jīng)金屬表面時，有碳酸鹽的生成。另外，溶解在冷卻水中的氧還會造成金屬腐蝕，形成鐵銹。由于銹垢的產(chǎn)生，換熱效果下降。嚴重時不得不在殼體外噴淋冷卻水，結(jié)垢嚴重時會堵塞管子，使換熱效果失去作用。

??? 通過試驗篩選，硝酸是適用于酸洗水垢的溶劑，因硝酸與水垢（碳酸鈣、碳酸鎂）發(fā)生如下反應(yīng)：

2HNO₃ + CaCO₃ — Ca(NO₃)₂+ CO₂ ↑+H₂O

2HNO₃ + MgCO₃ — Mg(NO₃)₂+ CO₂ ↑+H₂O

??? 因為它溶垢迅速，并且溶解所形成的硝酸鹽在水中溶解度大，操作簡便等優(yōu)點。因硝酸溶液本身對金屬有強烈的腐蝕作用，在酸洗過程中必須加入一定數(shù)量的緩蝕劑及其它助劑，用來保護金屬表面。

??? 通過清洗，達到時生產(chǎn)需要。用該方法解決了部分冷換設(shè)備不能停車清洗的要求。節(jié)約人力、物力、省時間、清洗質(zhì)量好，提高工效十幾倍。如90年清洗11臺冷卻器，計1350平方米，可獲直接效益14.58萬元。

??? （3）采用在線清洗技術(shù)?? 為了必免冷換設(shè)備管束使用中不結(jié)垢或?qū)Y(jié)垢的管束清垢。采用了人工機械、高壓水射流技術(shù)及化學(xué)清洗技術(shù)均取得較好的效果。但上述方法只是消極的手段，沒有從根本上解決問題。

??? 對于這個問題，93年采用長嶺煉油廠設(shè)備研究所研制的“冷換設(shè)備在線自動清洗技術(shù)”，該方法是在管束的每根單管內(nèi)插入一定形狀的內(nèi)插件，通過管內(nèi)水的流動，可以避免銹垢的形成，收到了很好的效果。

??? 在線自動清洗技術(shù)（也叫彈簧自動在線清洗）是一種機械的方法。其核心是以螺旋形彈簧和固體元件組合成一個簡單的機械系統(tǒng)，安裝于換熱器管內(nèi)。在流體的作用下，產(chǎn)生連續(xù)不斷的徑向、軸向震動，擾動流體在管內(nèi)壁部位的層流底層，促進湍流程度，有效地抑制了污垢的沉積，從而減少管內(nèi)的熱阻，增加了強化作用。另外，螺旋彈簧振動與管壁反復(fù)磨擦，也使污垢得到清除。

??? 由此可見，在線自動清洗技術(shù)最大的特點是防垢、除垢，并且還能強化傳熱。從清洗垢角度講，該方法同化學(xué)清洗及其它機械方法相比，不需要外加動力設(shè)備，不需停工、停產(chǎn)，在生產(chǎn)運行中就能發(fā)揮作用，能使設(shè)備在運行中長久、穩(wěn)定，保持最佳傳熱狀態(tài)。