炼油化工生产装置中换热器的腐蚀分析与防护

张彬 赵刚

摘 要：本文分析了炼油化工生产装置中换热器设备发生腐蚀泄漏故障的原因，并针对换热器设备在生产装置实际运行过程中存在的问题进行了综合分析，最后提出了防止换热器设备发生腐蚀的预防措施，以保证炼油化工生产装置中换热器设备的长周期、平稳、安全运行。

关键词：腐蚀；换热器；结垢；炼油化工

前言

换热器设备是炼油化工生产装置中极为重要的一种静设备，在炼油化工重大设备中占有非常大的比例，将近占到整个炼油化工生产装置工艺设备总质量的四成左右。换热器设备的运行状态直接关系到炼油化工生产装置能否安全、平稳、长周期运行，而产生结垢和发生腐蚀是影响换热器设备安全运行的重要因素。产生结垢现象会降低换热器的冷热交换效率，增加生产装置的能源消耗量，而换热器设备内部管束表面发生结垢以后，还会发生垢下腐蚀现象，引起发生泄漏现象。腐蚀会致换热器设备内部管束产生穿孔，发生泄漏故障，使得换热器内两种冷热交换介质相互污染混合在一起，影响炼油化工装置的生产质量，并造成污染问题。因此，强化换热器设备的防腐蚀措施是保证炼油化工生产装置安全、平稳、长周期运行和实现节能降耗的重要措施。

1 换热器设备产生结垢和腐蚀的原因分析

换热器设备的结垢与腐蚀根据工作介质不同，在管束的内表面与外表面均会产生结垢或腐蚀。炼油化工生产装置中换热器设备所接触的工作介质主要是油、油气、水等三种介质。根据各炼油化工生产装置换热器设备严重的腐蚀问题，虽然对于流通介质为水的一侧，可以通过水质稳定进行预防处理；轻油或油气一侧通过工艺防腐蚀措施加以解决。但是在生产中由于工艺操作条件的波动仍会导致换热器设备局部在苛刻条件下发生结垢与腐蚀。具体原因如下所述。

1）炼油化工生产装置工艺流程存在先天性的设计缺陷问题，例如：换热器设备位置高，系统中工艺管线过长；换热器设备串联，而进出口管径太细等设计缺陷因素，会造成冷介质管道内循环水流速低流量小，水中的悬浮物沉积会导致管道内产生垢下腐蚀。油或油气热一侧介质温度较高，冷热温差较大，会加速换热器设备管束腐蚀；而且随着生产装置改建或者扩建，冷却循环水系统的改造进度跟不上设备更新换代速度。

2）在炼油化工生产装置中，由于换热器设备处于老旧装置中经过多次检维修或者年久失修，设备长期没有进行更新换代，多年长周期运行，以致产生严重结垢与发生泄漏故障。

3）在运行操作上对换热器设备重视程度不够，在生产操作过程中一般只重视换热器的出水口温度，而没有考虑到循环水的流速，进水侧阀门开度调整比较频繁，有时阀门开度太小，造成冷却循环水流量小流速过低，加剧了换热器设备内部管束被杂质的堵塞、结垢与腐蚀现象的产生。

4）换热器设备制造质量差。换热器设备在制造过程中，材料材质存在抗腐蚀不强的问题。

5）换热器设备检修标准低。进行检维修的施工作业人员素质低，对焊接工艺过程、堵漏、安装和试压等关键环节把关不严，没有一套完整的质量保证措施，以致经常出现刚刚维修过的换热器设备再次出现内部管束泄漏的情况。

6）冷却循环水清洗预膜工艺控制差，造成换热器设备腐蚀。冷却循环水在清洗预膜期间，循环水处于酸性状态，水的平均PH值一般处于2.5～5.5左右，这样一旦清洗预膜工艺控制差，清洗或预膜完成，一旦没有及时进行排水，酸性水停留在系统管道内的时间过长，非常容易对系统中的换热器设备产生腐蚀，最终引起泄漏。

2 换热器设备的腐蝕防护措施分析

常见的换热器结垢方式通常有四种：生物结垢、化学反应结垢、颗粒结垢和晶体结垢。 生物结垢是换热器设备主要的结垢方式：循环冷却水中存在的微生物是导致换热器冷热交换效率下降的主要成因。换热器中流通冷却循环水的一侧有助于微生物及细菌的生长，致使在换热器表面形成结垢沉淀物，成为影响换热器冷热交换效率的阻力。换热器设备的防腐蚀措施一般有以下几种。

1）进行技术改造和设备更新。一是加大换热器设备更新改造力度，以满足换热器设备长周期安全高效运行要求。对于运行多年的换热器设备，由于其已处于使用后期阶段，到了该更新改造的时候，必须对换热器设备进行更新换代，不然换热器设备将成为制约生产装置安全、稳定、长周期运行的一个重大隐患因素。二是通过工艺技术改造措施，改善换热器设备的操作环境。尽量提高冷却循环水的流速，使其流速不超出设计范围，尽可能使换热器中的循环冷却水温度不超过设计温度，这样以利于减少杂质、污物等的沉积和水处理药剂的分解、积垢，减缓垢下腐蚀情况，提高换热器的冷热交换效率。例如，通过增大冷却循环水一侧进出口管径，增加冷却循环水流速，改变工艺操作流程等办法，来减缓换热器设备腐蚀速度，延长换热器的使用周期。

2） 针对换热器设备冷却循环水侧与油气侧的腐蚀问题，通常采用在换热器管束表面喷涂TH901或者TH847等防腐涂层的办法延缓腐蚀。对关键的换热器设备，为了防止腐蚀可以采取更换新型蝶簧垫片、进行材质升级、更新改造和防腐蚀处理等手段，例如某年石化公司在大修期间，对十余台主要换热器设备更换增加新型蝶簧垫片，大大降低了换热器设备管箱垫片的泄漏率，保证了装置长周期生产运行。

3）冷却循环水系统实施清洗和预膜措施。由于冷却循环水存在杂质、脏物等情况，使换热器管束时常发生堵塞情况，产生结垢层腐蚀现象。某年石化公司生产在装置停工检修时，对检修的换热器设备采用高压射流进行冲洗，同时平时又根据生产需要对装置中需要维修的换热器设备进行冲洗。对水处理系统进行了清洗预膜，从目前情况来看，清洗预膜效果一般，不是很理想，换热器及系统内管线锈垢、粘泥没有完全清理干净，仅仅过了几个月就发现存在结垢严重现象。

4）强化水处理药剂的管理，选用最优的水稳剂配方。可以请有关技术专家到现场取粘泥垢样进行化验分析，研制开发新型水稳剂配方，并逐步不断完善进行更新改进。建议供水车间根据新型水稳剂配方，调整工艺操作，摸索出最优的工艺操作方案，制定冷却循环水场操作规程，不断提高冷却循环水的质量。

5）对换热器设备定期进行监测，调整运行操作状态。对所有换热器设备每年进行多次的水质化验分析与普查监测，根据监测结果分析数据，对清洗剥离剂进行完善，对换热器设备冷却循环水侧的流速及热介质温度在设计范围内进行相应的调整，保持在适合的温度和流速范围内。

6）对换热器设备制造、检修质量差方面，建立质量保证体系，加强监督检查。针对换热器设备制造要严把质量关，尤其是材质检查，必须满足防腐蚀要求。针对换热器设备的检修过程，要严格检查检修程序，严控关键工序的质量关，实行层层严格监督把关，杜绝出现一切质量问题，高标准实现设备检修。

结束语

通过对换热器设备采取防腐蚀措施，加强设备的技措改造，提高水质运行操作工艺，改进水稳剂消除循环水内的污物杂质，增强换热器设备的热交换效率，延长换热器设备的使用经济寿命，有效地防止换热器设备的泄漏故障的发生率，减少因换热器设备泄漏故障引起的生产装置非计划停工问题，提高了生产装置的能源利用效率和经济效益。

参考文献：

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[2]喻付华.化工换热器的腐蚀问题及防腐措施[J].科技资讯，2013（08）.