酸性水汽提换热器管束腐蚀失效分析及预防措施

酸性水汽提换热器管束腐蚀失效分析及预防措施

徐斌

中国石化股份有限公司天津分公司联合八车间 天津市 300270

摘要：在酸性水汽提装置里，若是发生腐蚀现象就会蔓延整个流程，而且会更为严重。加氢酸性水是一种多元水溶液，含有硫化氢、氨氮、酚类等物质，在酸性水汽提换热器管束运行期间极易出现腐蚀失效问题。本文就加氢酸性水是一种多元水溶液，含有硫化氢、氨氮、酚类等物质，在酸性水汽提换热器管束运行期间极易出现腐蚀失效问题展开探讨。

关键词：酸性水；换热器管束；腐蚀失效

引言

在酸性水汽提装置的分析过程中，要积极地采取有效防腐措施，通过监测手段、防腐工艺以及防腐材料等。尤其要重视防腐技术的采用，对于技术人员来说要加强防腐技术的研究，做好相关检测装置的防护。

1酸性水汽提换热器管束腐蚀失效原因

加氢酸性水汽提塔底换热器管束规格型号为BKU600/1000-2．5-70-3/19-2I，材质为Q245R，介质为蒸汽，操作温度为250．0℃。壳程规格型号为B=580mm，介质为净化水，材质为Q245R，操作温度为171．0℃。酸性水汽提塔底换热器管束运行一个周期后芯子实效，导致整个酸性水汽提装置运行不稳定风险大大增加。本文对该酸性水汽提塔底换热器管束腐蚀失效原因进行了简单分析，具体如下：（1）检查方法。本次调查主要采用宏观检查、测厚检查、EDX及XRD腐蚀产物元素分析的方式，对该酸性水汽提塔底换热器管束腐蚀部分进行分析。（2）检查结果。通过对检查结果进行分析，可得出该酸性水汽塔底提换热器管束内部腐蚀产物元素主要为铁、硫，腐蚀产物为四氧化三铁、八硫化七铁。通过对腐蚀产物进行分析，可得出该酸性水汽提塔底换热器管束腐蚀失效主要是由于硫化氢气体溶于水后具有较强腐蚀性。再加上在换热器壳程中高速流体介质的存在，会溶解高硬度区域及相关区域硫化铁保护膜，加速腐蚀反应进行。

2酸性水汽提换热器管束腐蚀预防措施

2.1选材

根据国内炼厂酸性水汽提装置的材料使用经验，装置主要设备和工艺管线如汽提塔、回流罐、原料缓冲罐以及冷却器、换热器的壳体、管箱等均可使用碳钢材料，对比此装置选材基本合理。对于酸性水的酸性冷凝液产生严重电化学腐蚀的部位，当工艺防腐措施无法实施或无可靠保证时，可选用奥氏体不锈钢。湿H₂S环境下的选材原则：（1）以H₂S应力腐蚀破裂为主要破坏形式的部位，应尽可能选用碳素钢和强度较低的低合金钢；（2）主要腐蚀形式为氢鼓泡的部位，应选用镇静碳钢。钢板厚度大于20mm和锻件等受压元件应进行超声波探伤检验，检验结果应符合ZBJ74003-88《压力容器用钢板超声波探伤》中Ⅲ级要求；（3）暴露在湿H₂S环境中的碳钢设备和管线，设备制造完后，应进行整体消除应力热处理或管线焊缝的热处理。经热处理后的设备不允许再动焊，否则应考虑焊后局部热处理，并保证焊缝和热影响区的硬度为HB≤200。

2.2增设防腐涂层

针对高速流体介质对酸性水汽提换热器管束造成的危害，可以隔绝换热器管束、高速流体介质为目标，选择SHY-99防腐涂层或者其他防腐涂层，保护酸性水汽提换热器管束表面。其中SHY-99防腐涂层由防腐蚀高分子合成树脂、改性耐热调料及耐腐蚀性添加剂组成，具有优异的耐酸、耐水溶液腐蚀特性，可以有效解决酸性水汽提换热器管束在低温湿硫化氢、氯离子腐蚀方面的问题，一般可以保证酸性水汽提换热器管束在腐蚀环境下长时间运行。同时SHY-99防腐涂层具有独特的耐高温性能及突出的阻垢性能，其可以保证酸性水汽提塔底换热器管束腐蚀在置换扫线后安全通过250．0℃高温蒸汽吹扫，在保证换热器管束运行状态的情况下，降低非计划停工导致的经济损失。在SHY-99防腐涂层应用过程中，首先，可以控制环境在5．0℃～50．0℃之间，环境相对湿度小于85．0%，且无目视可见灰尘颗粒。同时依据《涂装前铁件酸洗标准》JB/T6978-93的相关要求，利用喷砂除锈手段，配合表面灰砂吹净作业，将换热器管束表面清理干净(达到Sta21/2级)，保证表面无油污且被水膜完整、湿润覆盖。其次，利用专用溶剂，将SHY-99防腐涂料稀释至规定浓度后，选择淋涂方法，在每一道漆膜表面干燥后，依据工艺标准，进行高温固化处理。需要注意的是，在高温固化处理阶段，应保持温度均匀，避免骤热骤冷导致的表面裂缝情况。最后，对于酸性水汽提换热器管束而言，需要涂抹四道或者以上，总漆膜厚度应在120．0μm以上。且涂装完毕后，换热器管束表面平整、光泽度良好，无涂料流挂、涂料低坠或者涂料漏涂情况。

2.3汽提塔顶酸性气线

从管线材质对硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）的敏感性进行分析。管线材质升级成0Cr18Ni9或是更高级别奥氏体不锈钢会导致SSCC，达不到理想的材料防腐效果。因此，建议管道整体以硬度较大的高碳钢为主，管道弯头部位采取环氧玻璃钢衬里或是橡胶衬里，采用法兰连接。还应控制汽提塔顶酸性气线介质的流速，减缓介质对管线弯头部位的冲刷磨损。此外，可以在汽提塔塔顶馏出线部位注入成膜型缓蚀剂。可适度降低酸性水的汽提深度，使汽提塔顶酸性气中H

₂S、NH₃的质量浓度降低，减轻塔顶系统的腐蚀程度。

2.4注重焊缝及热影响区维护

在湿硫化氢环境内，焊缝及热影响区硬度较大，氢原子极易渗透至钢结构内部，进而溶解在晶格内。在外加应力、或者残余应力的影响下，会导致高硬度区出现脆度上升情况。基于此，在日常管理过程中，应加强对焊缝、热影响区域重视，在利用35CrMoA合金材质代替35#材料的基础上，对焊缝及热影响区进行热处理，适当降低其硬度，以避免高硬度区域开裂问题导致的腐蚀失效情况。同时基于酸性水汽提换热器管束运行特点，利用永感TM连续式壁厚测量传感器，以无线方式，直接与中央网关通信，对换热器管束高硬度区域进行全方位、实时监测，保证换热器管束腐蚀问题的及时发现、处理。在上述措施实施的基础上，应选择低压蒸汽(0．40MPa压力)，降低传热，控制酸性水中水流速及氧元素含量，避免局部紊流对高硬度区域冲击。必要情况下，可以选择表面渗铝换热器管束等耐冲击腐蚀、耐硫化氢腐蚀能力较强的管束，保证焊缝及热影响区域腐蚀问题的有效防控。

2.5防腐管理策略

不断地归纳出腐蚀机理，而且将腐蚀极易出现位置也是需要记录在管理档案中，腐蚀出现的厚度利用先进的监测手段进行检测，整理其结果，不断地分析设备适用材料。采用防腐方式之前就要完善好腐蚀防护管理档案，当出现腐蚀时，就可以利用技术档案进行参考借鉴，可以对下一步的腐蚀进行全面的控制。

结语

综上所述，壳程内高速流体介质、酸性水汽中硫化氢均是导致酸性水汽提换热器管束腐蚀失效的因素。因此，避免酸性水汽提换热器管束腐蚀失效，应定期维护接触高温酸性水的酸性水汽提换热器管束高硬度区域，将酸性水汽提换热器管束内部四氧化三铁锈蚀物完全清除，结合换热器材质升级、结构改造，可以有效降低酸性水汽提换热器管束腐蚀风险。

参考文献

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