减压渣油冷却器失效原因分析及处理

李 哲 ，潘从锦，赵永利 ，刘 欢，任海峰

（1.克拉玛依市科比技术有限责任公司，新疆克拉玛依 834099；2.中石油克拉玛依石化有限责任公司，新疆克拉玛依 834003；3.中国石油新疆油田分公司石西油田作业区；新疆克拉玛依 834000）

1 工艺与设备概况

减压渣油从减压塔塔底由泵抽出，经与拔头原油换热后，再与脱后原油换热，最后经渣油冷却器冷却至安全温度送出装置。

减压渣油冷却器为浮头式换热器，换热管材料为20#钢，管子与管板连接方式为强度焊，未进行贴胀。换热管为波纹管，规格为Φ25×2.5 mm，管程工作压力0.5 MPa，工作温度常温，介质为循环水；壳程工作压力0.5 MPa，工作温度150℃，介质为减压渣油。

2 检查情况

通过对循环水数据结果分析，认为是冷凝器发生泄漏，壳程的渣油进入管程内，装置停工将管束抽出后，在管板底部换热管内壁有渣油附着，对管束进行水压试验，发现换热管泄漏，堵管5根。

2.1 宏观检查情况

通过对渣油冷却器进行宏观检验，发现换热管外壁防腐层部分脱落（图1），无明显腐蚀；换热器管板防腐层脱落，焊缝局部存在严重坑蚀缺陷（图2），针对换热器管板焊缝存在的腐蚀缺陷，建议对 13-23，15-25，17-26，19-17，19-18，20-23，20-28，22-23，22-24，28-28 焊缝进行补焊修复。换热管内壁原防腐层脱落，内壁结垢严重，存在垢下腐蚀。

图1 换热管外壁防腐层部分脱落

图2 换热管管口焊缝腐蚀情况

2.2 远场涡流检测情况

对常减压装置减压塔渣油冷却器进行远场涡流检测，共计检测1306根，已堵管5根，未检测根数为89根，检测比例93.2%。

对检涡流图谱（图3）进行分析，发现该管束部分换热管存在严重腐蚀缺陷，存在的缺陷类型为均匀腐蚀加坑蚀，换热管局部壁厚损失达40%。

2.3 缺陷管剖面情况

冷却器换热管为波纹管，从18-1换热管局部纵向剖面图可以看到，换热管内壁存在均匀腐蚀、严重坑蚀缺陷（图4），换热管18-1变径处横剖图（图5）显示，换热管变径处存在均匀腐蚀、坑蚀，换热管壁厚减薄较大，最小壁厚为1.5 mm。

3 原因分析

3.1 管口焊缝腐蚀

管壳式换热器管板焊缝是换热器重要的连接结构，管口焊缝质量决定了换热器的质量和使用寿命，管口焊缝腐蚀控制是换热器制造质量保证体系中最关键的控制环节，因此必须保证焊接接头的密封性和抗拉强度。

图3 减压渣油冷却器换热管涡流检测图谱

图4 换热管纵向剖内壁局部坑蚀

减压渣油冷却器换热管与管板之间的连接方式为角焊缝焊接,焊缝通过宏观检查发现冷却器管口焊缝存在均匀腐蚀、局部严重坑蚀（图2），局部焊缝余高＜设计最小值，已无法满足设备使用要求。

图5 冷却器波纹管变径处横剖图

3.2 换热管结构

该管束换热管为波纹管，换热管通过机械加工形成有规则的凹凸结构，增强对流体流动的扰动作用，破坏壁面边界层达到强化传热作用，传热效果与光管相比有明显提高。

流体流经波纹管，通过对介质操作参数的分析，介质经过波纹管波峰位置时流动速度降低，波峰位置发生沉积及结垢，造成换热管垢下腐蚀；介质经过波谷位置时流动速度增加，经过收缩段时介质流速增大不断冲刷边界层，边界层变薄，使收缩段处换热管壁厚产生冲刷腐蚀，造成换热管收缩段壁厚减薄。

3.3 循环水腐蚀

水冷器运行一段时间后，在换热管内壁附着很厚的污垢，容易形成污垢沉淀物，附着于换热管扩张段，管内壁结垢为微生物及细菌的生存创造了条件。换热管未采取防护措施，将导致换热管垢下腐蚀穿孔、泄漏，影响设备的正常运行。

3.4 运行操作方面

冷却器换热管腐蚀速度与设备工艺操作温度密切相关。介质的温度升高易导致结垢严重，水垢的附着速度亦加快；介质流速增大，增加污垢的沉积率，由于冷却器结构设计的原因，出现循环水流速过小或水流分配不均匀，容易在扩展段沉积污垢，引起垢下腐蚀。

4 处理办法及预防措施

4.1 处理办法

冷却器管口焊缝存在均匀腐蚀、局部严重坑蚀，为满足设备使用需要，对存在严重缺陷的管口焊缝进行补焊处理，管板进行贝尔佐钠防腐，将管口焊缝与介质隔离。

根据换热管18-1剖面情况，该管束换热管内壁结构严重，清除换热管内壁附着污垢，存在垢下腐蚀。建议加强管束清洗或水冷器在线定期反冲洗，消除换热管内壁附着污垢，避免引起垢下腐蚀，提高换热管的换热效率。

根据远场涡流检测情况，对50根壁厚损失达40%的换热管进行堵管处理，对换热管内壁进行热固化防腐处理。

4.2 预防措施

（1）保持良好的循环水水质，定期清理循环水池的沉淀淤泥，防止沙尘及杂物进入循环水系统。

（2）定期对管束进行清洗，防止换热管内壁结垢，引起垢下腐蚀，造成换热管腐蚀失效。

（3）加强循环水检测，阀芯介质泄漏及时查找、切断泄漏源，防止大量介质进入循环水系统。

（4）加强冷却器涡流检测，掌握设备腐蚀状况。

5 结语

水冷器直接影响着炼化装置长周期安全稳定运行，水冷器发生泄漏，将使循环水水质恶化，循环水中微生物大量滋生，水冷器结垢、堵塞、腐蚀状况加剧。为了减缓水冷器结垢、堵塞及腐蚀泄漏，保证水冷器安全稳定运行，应定期对管束进行高压清洗，清除换热管进内壁附着污垢；对水冷器换热管进行远场涡流检测，能快速对换热管的腐蚀状况做出科学评估，根据检测结果，制定合理的检修方案，对装置的安全稳定运行具有重要的现实意义。