炼化装置循环水换热器评价

丁伟男

（中国石油大庆石化分公司，黑龙江大庆 163714）

0 引言

在石油炼化装置中，以水作为冷却介质的换热器一般称为循环水换热器。开展循环水换热器数据收集具有以下重要意义。

（1）及时发现循环水换热器泄漏，避免循环水系统造成污染，影响其他用户循环水工作。

（2）及时评价本运行周期内水冷设备的工况，对以后循环水侧阀门限流开度提供参考依据，节约循环水用量，提高效益。

（3）可以对循环水场药剂加入的调整提供参考依据。

1 循环水换热器评价的影响因素

一般性循环水换热器评价通常步骤为循环水换热器评价之前首先确定循环水换热器的基础信息。例如，名称、位号、物料侧介质、操作工况和检修周期（上次检修拆装打开时间与本次检修打开时间间隔）等。然后对循环水换热器打开后的重要指标，如腐蚀、结垢、黏泥情况、一般杂物堵塞情况等进行逐一分析与评价，从而得出准确结论。还有一种更为准确的评价方法是对垢样进行分析化验。垢样分析一般分析腐蚀因子（Fe2O3）、污泥因子（550 ℃灼烧碱量）、结垢因子（CaO+MgO+P2O5）的各种因素所占比例，从而确定哪种因素占的决定因素大，量化判断循环水换热器的腐蚀情况。

2 循环水换热器一般性评价的指标分析

循环水换热器一般性评价涉及的指标常常不是单一发生作用，而是多种情况叠加发生的效果。需要对每一方面进行评级评估，一般由程度较轻到严重，分为A、AB、B、C 等4 个评级标准，判定标准以循环水换热器单项级别最低档为循环水换热器评价综合指标。

2.1 腐蚀

腐蚀是指金属因情况改变发生化学变化。金属表面在微观上是不均匀的，当它与水介质接触时，会形成许多微小的腐蚀电池（简称微电池），其中活泼部位成为阳极，不活泼部位成为阴极。金属在阳极发生氧化反应，释放出电子，自身被氧化成高价态的金属离子，从金属基体上溶解到水中，反应式：Fe→Fe2+2e。

溶解氧或氢离子在阴极发生还原反应，得到电子，自身被还原成低价态的离子或分子。在中碱性冷却水中，主要发生溶解氧被还原反应，反应式：1/2O2+H2O+2e→2OH-。

当亚铁离子与氢氧根相遇时，生成氢氧化铁沉淀，反应式：Fe2++2OH-→Fe（OH）2。

氢氧化铁的产生即是腐蚀的开始，金属离子在阳极进入水溶液及其水化的过程，称为阳极过程。水中的溶解氧和氢离子在阴极不断获得电子被还原的过程，称为阴极过程。如果没有阴极过程，阳极过程就不能进行；反之，没有阳极过程，阴极过程也不能进行。因此，只有当阳极过程和阴极过程同时存在并进行时，腐蚀情况才能发生，造成两侧工艺介质发生渗透现象。影响金属腐蚀的主要因素有pH 值、硬度和碱度、氯离子和硫酸根、悬浮物、溶解氧、微生物、水流速与温度等。最常见的现象是管口、管板发生坑蚀，可以通过测量金属表面附着物，如锈、垢厚度及点蚀坑深度来认定坑蚀发生的严重程度。碳钢表面存在不完整的氧化皮，或存在硫化物夹渣都会使碳钢在含氧的水中发生坑蚀。硫化物相对碳钢为阴极，坑蚀自硫化物—钢交接面开始，向碳钢一侧发展。

2.2 结垢腐蚀

结垢腐蚀也是常见的情况。结垢物中具有反常溶解度的盐类，在一定条件下析出并沉积在金属或其他物体表面。松散的结垢物会和水中浊度物质形成更厚的不良热传导面，也容易产生细菌腐蚀，致密的垢型会产生垢下腐蚀。两种情况都会形成金属坑蚀，甚至形成穿孔趋势。由于水垢的形成，氧分子扩散受阻，垢下金属表面的氧浓度随腐蚀进行不断降低，与垢外金属表面的氧浓度形成浓度差。使得垢下缺氧区金属表面成为阳极被加速腐蚀的现象叫垢下腐蚀。结垢基本形成在换热器水出口管内、管板机管箱连接处，多级换热器组基本成垢在最后一级换热器水出口。垢下腐蚀常见表现：入口拆装后存留杂物，出口管板和管口封头处有沉积性污垢，并且结垢物下方常常伴随腐蚀情况的发生，通过测量结垢物的厚度来间接判断腐蚀情况的严重程度。垢下腐蚀可以通过拆检后观察法判断，碳酸盐垢外观，色白（淡黄）、均匀致密、平滑整洁，属硬垢类。磷酸盐垢外观，色灰、不致密、易变形，属软垢类。硅酸盐垢外观，颜色较多，以灰白色多见，比碳酸盐更致密、平滑整洁，属强硬垢类。还可以通过测定循环水侧水流速来量化衡量，一般循环水侧流速过低会发生垢下腐蚀。炼化装置中垢沉积原因主要有两方面，一是水处理配方的问题，二是装置工艺控制问题，工艺控制的影响程度更大。

2.3 黏泥腐蚀

水中悬浮物质、泥沙以及细菌形成的黏性物质形成黏泥腐蚀。黏泥会造成管束堵塞，换热器换热效率下降，常伴随微生物的繁殖。黏泥沉积情况多发生在换热器低流速段，例如，管箱内、壳程换热器弯管处和折流挡板下挡板处。生物黏泥具有体积小、新陈代谢旺盛（微米级）、繁殖快、易变异、种类多、数量多和分布广等特点。

2.4 一般杂物堵塞

杂物指塔体填料、塑料布碎片、石子、树毛以及昆虫等水质中不可溶固体物质。杂物基本存在于循环水换热器水入口和折流处入口管口和管板处。一但杂物堵塞，继而引起循环水换热器低流速。低流速会使循环水换热器发生黏泥沉积、结垢及垢下腐蚀和泥下腐蚀。杂物主要来源于水场，如凉水塔破碎填料、枯杂草、小木棍、树毛，以及基建时没有清理干净的小石子等。

3 循环水换热器准确性评价的指标分析

循环水换热器的准确性评价一般采用磷系配方及季铵盐剥离时的半定量判定规律方法（表1），分析腐蚀因子（Fe2O3）、污泥因子（550 ℃灼烧碱量）、结垢因子（CaO+MgO+P2O5）的各种因素所占比例，从而确定哪种因素占的决定因素大。还有采用垢样中某些成分与SiO2的比值来判别。用CaO/SiO2表示结垢倾向，比值大于2 时又产生沉积的倾向；用Fe2O3/SiO2表示腐蚀倾向，比值小于2 时良好，大于5 时腐蚀，2～5 时需注意。判别实例结果见表2。

表1 磷系配方及季铵盐剥离时的半定量判定规律

表2 判别实例结果

4 结束语

对于炼化装置，循环水换热器评价提供一种科学准确的手段，衡量循环水换热器在本周期运行内的使用工况。对于预知检修和计划检修很有帮助，可早期判断出循环水换热器的泄漏迹象，避免对循环水系统造成污染，提高经济效益，对调整工艺参数提供参考。