循环水对水冷器腐蚀泄漏的分析及对策

2014-12-02吕铁军

环境与生活 2014年20期

文/吕铁军

引言

采用循环水做冷却介质的水冷器，管束循环水侧经常出现腐蚀泄漏的情况，本文研究分析循环水对水冷器的腐蚀泄漏原因，并分析减缓循环水对水冷器腐蚀的对策。

炼油部250万吨/年常减压装置是以中东含硫原油为依据而设计的燃料型蒸馏装置。该装置共有水冷器6台，大部分材质为碳钢，所用冷却水为循环水，2013年以来，多台水冷器发生管束泄漏问题，个别水冷器出现泄漏2次的情况，已经影响了设备的安全运行及生产成本增加。这些泄漏主要集中在管程循环水侧，腐蚀产物及锈垢较多，有的管板表面有较多的微生物粘泥，有的在管口处发现微裂纹，泄漏情况见表1。

水冷器泄漏情况

常一线水冷器E-125

E-125（BES700-2.5-120-6/25-4II）为常一线水冷器，该水冷器为1995年投用，管束没有做防腐，管束材质为10号钢，管程介质为循环水，壳程介质为常一线航煤。2013年共计发生管束泄漏两次，分别在1月25日和7月17日，两次分别堵管4根和8根。

常二线水冷器E-126

E-126（BES500-1.6-55-6/25-4II）为常二线水冷器，该水冷器为1995年投用，管束没有做防腐，管束材质为10号钢，管程介质为循环水，壳程介质为常二线轻柴油。2013年共计发生管束泄漏两次，分别在6月24日和8月26日，两次分别堵管5根和6根。检修拆开管箱和小浮头后，发现循环水入口侧有杂物，并且换热管内存在结垢现象、管板表面存在有大量的微生物粘泥，管箱隔板存在大量结垢现象。

减顶回流水冷器E-122

E-122（BES900-1.6-210-6/25-4II）为减顶回流水冷器，该水冷器也是1995年投用，介质为减顶油。2013年共计发生管束泄漏两次，分别在2月20日和8月28日，两次分别堵管3根。

循环水产生腐蚀的原理

循环水在整个冷却系统中的工作原理：循环冷水作为冷却介质在流经各个生产装置的换热设备时对工艺介质进行冷却，这个过程它吸收大量热量，从而变成循环热水。

热水通过循环水管路回到循环水装置的冷却塔中，热水通过热水分配器均匀散布到塔内，经过塔内填料，形成小水滴或是薄薄的水膜，这时，冷空气与其接触使其热量散发掉，再加上其自身的蒸发散热，热水冷却成冷水，再次进入到整个系统中循环，这个过程是持续不断地进行的。但由于浓缩倍数不断的提高，成垢盐类不断增加，腐蚀性离子同时也提高，结垢和腐蚀问题也就由此产生了，对水冷器的影响尤其严重。

溶解在循环水中的盐类或微生物，是造成腐蚀的主因。可造成的损伤如均匀腐蚀及垢下腐蚀，还有点蚀等。

分析循环水中存在的腐蚀类型

电偶腐蚀：异种金属接触产生

在电解质溶液中，如果存在两种电极电位不同的金属，或是存在两种合金，它们相互接触，可发生这样一种情况：电位较低的金属出现腐蚀加速现象，电位较高的金属出现腐蚀减慢的现象，这样电位高的金属就得到了保护。这种在特定的条件下，比如电解质溶液，比如大气环境中，而出现的电化学腐蚀现象，也就是因为和电极电位较高的金属相接触，引起了腐蚀速度加快的情况，称为电偶腐蚀性，也可称为双金属腐蚀，或叫接触腐蚀。这种腐蚀情况发生在局部，在接触的金属相连接的部位腐蚀速度最快。

表1 水冷器管束泄漏情况

在冷却水系统中，电偶腐蚀的例子很多，如某台换热器管束的材质是不锈钢的，而管板的材质是碳钢的，不锈钢与碳钢之间电位差存在差异，不锈钢受到腐蚀的情况很微小，而碳钢受到的腐蚀十分严重。

氯离子导致的腐蚀

氯离子也会引起腐蚀，这种腐蚀一般出现在缝隙中。金属在缝隙中因腐蚀溶解，生成亚铁离子Fe2+，过量的正电荷聚集在腐蚀点周围的溶液中，大量的氯离子被吸引到此处，这样此处就产生高浓度的FeCl2，然后FeCl2会水解成可溶性的盐酸和不溶性的氢氧化铁，反应式如下：

盐酸的腐蚀性很强，能溶解多种金属及合金。如果水冷器使用的是不锈钢材料，那么更要避免氯离子的进入，因其对不锈钢的危害性相当大。

溶解氧导致的腐蚀

在冷却水系统中，常采用不是封闭的循环冷却水系统。因为氧的电极电位高于金属的电极电位，水中溶解氧对金属的腐蚀也是电化学腐蚀，在这其中金属是阳极受到腐蚀，氧是阴极，进行的是还原反应，反应式如下面所列：

阳极（金属）反应过程：M→M2++2e

阴极（氧）反应过程：1/2O2+H2O→2OH-

在水冷器检修的过程中，我们常常会发现在碳钢面上，有砖红色或黄褐色鼓包，当鼓包被敲掉后，会有黑色的粉末状物品漏出，这些实际上都是腐蚀的产物。把它们清理干净后，会出现一些小凹坑，这些小凹坑都是由于腐蚀引起的。整个过程是：铁在受到腐蚀之后便生成了亚铁离子，亚铁离子在水中与氧再反应生成Fe（OH）3，其特征为黄褐色、结构疏松的产物层：随着反应的进行，这个产物层变厚，逐步形成鼓包现象，而鼓包下面则由于腐蚀的进行越来越深，最终形成小凹坑的现象。

黑色粉末层也是腐蚀产物，即Fe3O4，反应式如下：这种腐蚀，沉积物将腐蚀产物遮盖，水流过之后也显得很清澈，产生金属并未受到腐蚀的假象。此时若进行水处理措施，已经来不及，这是由于腐蚀使得金属本体已薄如纸翼，施加很小的力，比如一冲洗就会造成管壁泄漏的情况。

其它腐蚀因素

冷却水中存在的细菌如粘液细菌能够吸附粘泥堵塞换热器管束。安装时带入的焊渣非常容易沉积在滞流区，形成垢下腐蚀。循环水中的砂粒会随水流的流动而冲撞管壁，磨损硬度较低的金属。

腐蚀对策

冷却水腐蚀可以通过冷却水系统的正确设计、操作和化学处理来防护，需要控制的因素包括水质、温度、氧含量和流速，可以从水质控制、设备选材、腐蚀监检测几方面开展工作。

水质处理

（1）注入缓蚀剂。

注入缓蚀剂是抑制腐蚀行之有效的方法。选择合适的缓蚀剂，就可以把腐蚀速率控制在可以接受的范围内，有时候还与阻垢剂结合使用，能够同时达到缓蚀和阻垢的目的。常用的缓蚀剂有铬酸盐、亚硝酸盐、钼酸盐、水玻璃等。

（2）提高循环水的pH值。

在酸性溶液中，铁、铜等金属氧化物，非常容易溶解，而在碱性溶液中，溶解则较缓慢，因此提高pH值对于抑制此类金属的溶解十分有利。同时随着OH-浓度提高，可控制住阴极溶解氧，抑制反应发生，使得金属腐蚀速率极大降低。

（3）微生物控制。

控制微生物就是要加入抑制其生长的杀生剂，并且除去水中的油和悬浮物这些微生物的营养物。另外，减少阳光直接地照射在冷却水上，可以降低藻类繁殖的速度。实践证明，同时使用以上方法效果会更好，费用也比较低。

加强水冷器的防腐措施

水冷器的选材要根据管程和壳程的操作条件、操作温度综合考虑。一般水冷器常用材质有碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、钛、双相钢等。由于循环水浓缩导致系统氯离子高，因此选择不锈钢时要注意。对于微生物腐蚀，可以优先选择钛和不锈钢，其次是铜和铝。

炼油厂水冷器经常采用的防腐处理方式是：碳钢+表面处理。表面处理方法有涂料、镍磷镀等。其中涂料防腐应用比较成功。采用表面处理技术要注意施工质量管理，同时要防止针孔等现象的发生。

控制循环水流速不能过高或过低

为避免循环水系统结垢和沉积，其流速不能太低。但也不能太高，是为了避免发生冲蚀的可能。运行时一定要控制最低流速和最高流速，实际操作中以流速不低于1m/s为宜，否则易结垢，加快腐蚀。流速的范围应该视材质和水质而定。

腐蚀检查和监测

氧含量、浓缩倍数、pH值、杀菌剂残余浓度以及循环水出口温度是循环水系统中影响腐蚀及结垢的关键参数，应重点监测。为及时了解循环水系统运行情况及腐蚀结垢情况，按照中国石化要求，要对水质进行常规分析检测，同时要在每个循环水场均设有监测模拟换热器及挂片器，以检测换热设备的腐蚀结垢状况，根据监测来确定水处理的效果，并据此进行相应调整。电化学腐蚀在线监测系统目前在国内外应用比较广泛，采用线性极化测试可以测量金属在循环水中的瞬时腐蚀性速度。