PTA装置干燥机加热管腐蚀原因与防护措施

摘 要：辽阳石化芳烃厂PTA装置干燥机在运行中发现加热效果下降，加热管发生泄漏，为此置换下来进行检验。发现1根加热管破裂、中间区域加热管的迎料面发生腐蚀减薄。其原因主要是缝隙腐蚀，点蚀，应力腐蚀，以及三种腐蚀的协同作用导致加热管破裂。作者提出了相应处理方法和防腐蚀措施。

关键词：干燥机；检验；加热管腐蚀；原因分析；防护措施

1.概况

芳烃厂PTA装置M-423干燥机是一种圆筒形，卧式结构的旋转设备，壳体材料为316L不锈钢。干燥机内沿整个圆周均匀布置了四层回转蒸汽加热管，每层都是42根管，管子的材料均为316L不锈钢，由内到外加热管的规格依次为：ф88.9х5.49、ф101.6х3.05、ф114.3х3.05、ф141.3х3.4。此设备2007年8月投产使用，定期进行清洗维护在2013年5月份用户发现传热效果下降，冷凝液中有物料成分存在，说明有的加热管发生泄漏，因此用户置换下来进行全面检查。

2.全面检查

2.1宏观检查

对加热管进行宏观检查，发现第3层加热管的迎料面，在距离出口7.6米处，有长200mm，最大宽度为15mm的裂口，裂口由内向外隆起，沿裂口两端有一连串锈斑、点蚀坑，加热管破裂图如图1所示。

图1加热管破裂图

2.2测厚检查

用型号为26MG的超声波测厚仪对加热管进行测厚检查，发现在加热管的中间区域的迎料面腐蚀减薄严重，即根据管的支撑位置把加热管从入口到出口平均分成9个区域，在6区、7区（即距离出口5米至10米区域）的迎料面腐蚀减薄严重，检测的部分数据如表1所示。

表1 干燥机加热管检测的部分数据

第一层（内层） 第二层 第三层 第四层（外层）

安装厚度mm 5.49 3.05 3.05 3.4

检测结果 mm

（6区、7区的迎料面） 1.97 2.13

2.81 2.89 1.52 1.57

1.26 1.42 1.89 1.63

1.31 0.82 2.13 2.82

2.90 3.21

材质 316L 316L 316L 316L

3.腐蚀原因分析

主要是缝隙腐蚀；点蚀；应力腐蚀。

3.1 管子外壁结垢引起缝隙腐蚀

从检验结果看，管子的腐蚀减薄主要发生在中间区域的迎料面，而背料面几乎没有减薄，形成了“阴阳管”表面腐蚀形貌。

这是由于CTA物料中含有醋酸、卤素离子等介质，腐蚀主要与温度、物料的湿度及醋酸、卤素离子的浓度有关。

进料段温度低，出料段醋酸浓度低，所以这两段腐蚀较轻，而在中间段温度较高，醋酸浓度较高，物料还含有一定的水份，结果导致此处的加热管迎料面外壁结垢，从而引起缝隙腐蚀。缝隙腐蚀原理[1]是氧浓差电池与闭塞电池自催化效应共同作用的结果。缺乏氧的结垢层下基材，由于电位较低作阳极，氧易达到的金属外表面钝化膜电位较高作阴极，结果就形成小阳极大阴极的腐蚀电池持续腐蚀垢下基材，使迎料面管子产生腐蚀减薄。反应方程式如下：

阳极：M→M++e （式1）

阴极：O2+2H2O+4e→4OH- （式2）

缝内金属盐类发生水解：M+Cl+ H2O→MOH↓+H+Cl （式3）

3.2点蚀

点蚀发生的过程通常是Br-或Cl-侵蚀金属表面某些活的点先产生蚀坑，然后在蚀坑内形成闭塞电池，再以自催化的方式生长。

由于在CTA浆料中含有Br-、Cl-离子及醋酸杂质，316L不锈钢在这样的环境下很容易发生点蚀。首先Br-、Cl-离子会侵蚀316L表面的MnS等夹杂物形成局部缺陷，即点蚀坑，然后HAC就会从产生的缺陷处渗入母材，在坑内形成闭塞电池，使点蚀以自催化的形式进行下去。反应的方程式如下：

MnS Mn2++S+2e- （式4）

Mn++nH2O→M（OH）n +nH+ （式5）

Mn+ Cl-n +n H2O→M（OH）n+nH++n Cl- （式6）

3.3应力腐蚀

加热管产生腐蚀减薄和点蚀为应力腐蚀裂纹的萌生提供条件。

管的破裂是由于应力腐蚀造成的。

产生应力腐蚀的三个因素[3]

a 应力腐蚀环境：由于在CTA物料中含溴醋酸介质，设备在碱洗时带进氯离子，具备设备发生应力腐蚀的环境；

b 应力腐蚀敏感材料：加热管的材质是316L，是对应力腐蚀敏感的一种不锈钢；

c 产生应力腐蚀的应力：加热管内压，腐蚀坑根部应力集中等引起的应力。

3.4加热管破裂原因

加热管产生缝隙腐蚀减薄和点蚀为应力腐蚀裂纹的萌生提供条件，管的破裂是由于应力腐蚀造成的。

首先加热管外壁产生许多腐蚀坑，在腐蚀坑根部引起应力集中，产生很大的应力，同时在工作压力的共同作用下，坑根部先萌发出裂纹，由于应力使裂纹扩展，最后产生鼓胀破裂。

4.结论

加热管中间区域发生腐蚀减薄及破裂，其主要原因是结垢物在加热管表面沉积时发生缝隙腐蚀使管壁腐蚀减薄；316L不锈钢在含卤素离子的醋酸溶液中首先在材料表面的MnS等夹杂物地方形成局部缺陷即点蚀坑，然后点蚀以自催化的形式进行下去。由于管子已发生腐蚀减薄并产生很多腐蚀坑，在蚀坑根部应力集中产生应力腐蚀裂纹，当操作压力的异常波动时就发生了局部鼓胀破裂。

5.防腐蚀措施

严格控制好CTA浆料中卤素离子及醋酸的含量，控制腐蚀环境；平稳操作，控制好蒸汽温度和筒体的转速，防止运行条件控制不当加剧腐蚀程度；定期清洗列管，降低结垢程度，减少缝隙腐蚀；对腐蚀严重的加热管进行更换，保证加热效果。

参考文献：

[1]朱日彰.金属腐蚀学[M].北京：冶金工业出版社，1989，111-112

[2]余存烨.PTA装置不锈钢点腐蚀综述.石油化工腐蚀与防护2009，26（6），1-7

[3]强天鹏.压力容器检验，中国锅炉压力容器检验协会，2006，193-196

作者简介：韩冬录（1967～），女，汉族，辽宁辽阳人，工程师，工学学士，单位：中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司，研究方向：石油化工设备的腐蚀情况。