真空加热炉盘管腐蚀原因分析

汪 勇，景万德，周世德，王小丽

（长庆油田第一采油厂，陕西 延安 716000）

一、基本概况

真空加热炉是油气田生产中不可缺少的热能供应设备。在油田生产过程中，真空加热炉是原油集输处理过程中第一道工序及最后一道工序，用于提高原油温度，提高其破乳能力及外输温度，保证中后端原油处理工艺的顺利进行。在现场使用过程中，由于真空加热炉特殊的运行环境和使用方法，造成加热炉的腐蚀日趋严重，影响其使用寿命及可靠性。通过对长庆油田第一采油厂王南作业区一台真空加热炉盘管泄漏原因调查，总结分析了真空加热炉存在的一些腐蚀现象及特征，从而寻求有效的防治措施。

二、真空加热炉腐蚀机理

通过解体真空加热炉炉体及盘管进行检查后发现最下一排盘管左数第五根管在盘管与固定托架的结合处渗漏，且盘管与固定托架结合处的盘管上有大约60mm×5mm的腐蚀，最深处已穿孔。通过进一步分析，造成腐蚀的原因有如下两点。

（1）影响真空加热炉寿命的主要因素有：真空加热炉运行环境、水质、温度及夏季检修过程中的保养等。

（2）影响真空加热炉寿命的原因有物理破坏及化学破坏两种类型。其主要表现形式为高温氧腐蚀及缝隙腐蚀两种。

三、真空加热炉腐蚀原因

1.真空加热炉高温氧腐蚀

真空加热炉在使用过程中由于补水过量，盘管淹没水中，造成其盘管出现凹坑、斑点状铁块，腐蚀状为凸起的鼓包状物质，最外层灰褐色、中间铁锈状，最内层黑色，分层明显，为典型的电化学腐蚀，是真空加热炉较常见的腐蚀类型。其主要成因为：真空加热炉在现场使用过程中由于条件限制，一般采用普通的工业水或者地下水，水质pH值较低，并且未进行水质的净化处理，造成炉水内含有大量的氧气，水中的溶解氧与盘管上电位较高的阴极区域发生化学反应，产生大量的OH-，盘管电位较低的阳极，铁原子失去电子，从而变为亚铁离子溶于水中，加速了真空加热炉盘管的腐蚀，其腐蚀反应如下。

如上所述，盘管阴阳两极不断反应，最终形成腐蚀，如图1、2所示。

图1 锈瘤形成示意图

图2 腐蚀机理示意图

导致高温氧腐蚀的原因有：

（1）炉内经常补水而没有漏水的地方，说明只能是蒸汽散失。

（2）真空阀密封胶圈开裂，难以保证密封，真空阀进气、出气控制失灵，使炉内氧含量增大，加大了腐蚀速度。

（3）空气进入是导致腐蚀的主要原因。

（4）经常性的补水也是增加炉内含氧量的渠道。

（5）没有介质冷却，支撑角钢和拉撑钢管温度升高，高温加速了腐蚀。

（6）水位高，使其最下盘管长期在水中运行，同时当年投入运行时没有煮炉也没有换水及定期补水使得氧的含量增加。

2.真空加热炉缝隙腐蚀

对真空加热炉进一步检查，凡盘管同固定托架结合紧密的部位均有不同程度的腐蚀，同时靠两侧最下一排管中的拉撑条面向侧筒壁处及拉撑条表面腐蚀严重，腐蚀产物厚达4mm，滑轮支撑80mm×100mm的角钢上半部也同样存在十分严重的腐蚀现象。

根据现场的检查情况确认盘管的腐蚀为缝隙腐蚀。这是一种金属部件在介质中，由于金属与金属或金属与非金属之间形成特别小的缝隙，使缝隙内介质处于滞流状态而引起缝内金属的加速腐蚀现象。

缝隙腐蚀的原理是在缝隙金属生成金属离子，缝隙中的溶液由于对流不畅而贫氧，故氧的还原反应主要在缝隙之处的阴极进行。这样缝隙溶液中就有了过剩的正电荷，促使带负电荷的离子迁移到缝隙中以保持溶液的电中性。结果，缝隙中带负电的离子浓度增加，之后金属化合物水解使缝隙中的溶液酸化，从而加速金属和合金的溶解（腐蚀）。

引起腐蚀的缝隙并非是一般肉眼可以明辨的缝隙，而是指能使缝内介质停滞的特小缝隙，其宽度一般在0.025～0.1mm的范围。宽度大于0.1mm的缝隙，缝内介质不至于形成滞流，也就不会形成此种腐蚀。正因为金属表面已存在这么一个特殊的几何空间，缝内介质处于滞流状态，所以使得参加腐蚀反应的物质难以向内补充，缝内的腐蚀产物又难以扩散出去，于是造成缝内介质随着腐蚀的不断进行，在组成、浓度、pH值等方面愈来愈和整体介质产生差异，结果导致缝内金属表面的加速腐蚀形成泄漏，而缝外的金属表面则腐蚀较轻。

3.水质对真空加热炉的腐蚀

该真空加热炉炉水采取普通的工业用水，水质未处理。炉水指标直接关系到炉子的寿命及运行效率。由于水的硬度较大，炉水经过不断的蒸发浓缩，容易形成水垢。根据GB1576-2001《工业锅炉水质》标准要求，炉水温度≤95℃时，炉水的pH值应控制在10～12之间，但由于目前炉子用水未经处理，pH值未控制在标准范围。并且，由于补水频繁，补水过程中，既补充了大量的溶解氧，也相应增加了氯根的浓度，当pH值＜7～8时，H+、O2-、CL-等腐蚀介质均很活跃，从而造成受热面腐蚀加重。

4.水位对真空加热炉的影响

从解体后的真空加热炉盘管及封头上的水迹可以判断，水位曾很高，距最下盘管不足5mm（设计水位计上限距离盘管组件下端15mm左右），盘管下部长期浸泡在水中，容易造成盘管与水及上部空气接触处出现严重腐蚀，从而降低盘管的使用寿命。

5.其他影响因素

截止到目前，该真空加热炉已运行5年，据了解，下述几个原因也是造成真空加热炉腐蚀的重要原因。

（1）当年投入运行时没有煮炉，造成炉内杂质未完全清理。

（2）每半个月加一次水，每次约8～10min，频繁加水，造成炉水含氧量增加，为腐蚀创造了条件。

（3）经检查真空阀密封胶垫开裂，虽然没有延至密封面，但固定部分变形，难以保证密封。经现场试验，原定0.02MPa起跳的真空阀在0.005MPa时出现漏气现象；背压试验时，按规定内压为-0.01MPa，实际能达到-0.02MPa，即内外压差为0.01～0.02MPa时不应进气，但在-0.004MPa时即从排气管向内进气。由于真空阀密封不严，造成真空炉与大气连通，内部高温气体内含有大量的氧气，加快了炉子的腐蚀速度。

四、改进措施

1.在设备、部件的结构设计方面需改进

（1）在设备、部件的结构设计和制造中应尽量避免形成缝隙和形成积液的死角区。若在结构上不可能采用无缝隙方案，可使结构能够妥善排流，以便在出现沉积物时能及时清除。也可采用缝隙固体填充料把缝隙填实。垫圈不宜采用石棉、纸质等吸湿性材料，可用聚四氟乙烯等耐高温及耐腐蚀材料。

（2）真空加热炉盘管材质为20G，这种钢虽然金相组织较均匀，机械性能良好，能够满足一般介质换热的要求，但未考虑到现场使用过程中炉水未进行除氧处理这一现状，因此，耐腐蚀性及抗氧化性远远不够，建议钢材内部掺加部分抗腐、耐高温元素，强化其耐腐蚀性及抗氧化性。

2.现场应用中需改进

（1）真空加热炉水位严格控制在水位计量程的1/3～1/2处运行，严禁水位超过水位计量程的1/2。

（2）真空炉运行过程中，应尽量保证负压状态，对于不能维持负压状态运行的真空炉，应及时检查真空阀座是否严密、蒸汽手动排空阀是否关闭完好，对于无法调整和修复的真空阀、排空阀要及时更换。

（3）新投用的真空加热炉使用前必须进行煮炉，煮炉后换水。有条件的站点，尽量使用软化水，将炉水pH值严格控制在10～12。

（4）每年一次的加热炉夏季检修，必须进行一次煮炉，并将炉体内废液、残渣及时清理。

五、改进效果

自2008年起，公司严格按现场应用改进要求实施操作，至今三年余，未见明显腐蚀现象。

[1]张化文，秦山等.腐蚀与防护[J].石油化工，2006 (2).