1? 概況
??? 大慶石油化工公司煉油廠有48套生產(chǎn)裝置，年原油加工能力550萬(wàn)噸。有燃料油、潤(rùn)滑油和化肥三大生產(chǎn)系統(tǒng)。現(xiàn)有列管式水冷器300多臺(tái)。多數(shù)材質(zhì)為碳鋼，所用的水均為重復(fù)利用的循環(huán)水。冷卻器是生產(chǎn)裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一，日常大量的故障及事故搶修，約60％左右是由于冷換設(shè)備管束腐蝕泄漏所至。嚴(yán)重影響了生產(chǎn)裝置的安全、穩(wěn)定、滿負(fù)荷運(yùn)行。另外，當(dāng)冷卻水與溫度較高的介質(zhì)換熱時(shí)（水多數(shù)走管程 ），水易結(jié)水垢，形成銹垢層，增加了熱阻，使換熱效率嚴(yán)重下降，滿足不了生產(chǎn)的需要。所以說，合理選用冷換設(shè)備管束材料及控制方法，減少腐蝕，是我們科技人員一直關(guān)注的問題。
我廠自85年以來，針對(duì)冷換設(shè)備的腐蝕，在不同的腐蝕環(huán)境，采用不同的對(duì)策，經(jīng)過多年的努力，取得了良好的效果和明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
2? 結(jié)垢及腐蝕原因
2.1? 管束內(nèi)壁結(jié)垢及腐蝕原因分析
??? 對(duì)于大多數(shù)冷卻器水走管程，因冷卻水中含有鈣、鎂離子和酸式碳酸鹽。當(dāng)冷卻水流經(jīng)傳熱的金屬表面時(shí)就發(fā)生如下反應(yīng)：
Mg+2+HCO3-+H2O—MgCO3↓+Mg(OH)2·3MgCO3+CO2
Ca+2+2HCO3__H2O+ CO2 +CaCO3↓
??? 當(dāng)水中加有聚合磷酸鹽作緩蝕劑時(shí)存在如下反應(yīng)：
??? 3Ca+2+2PO4-2__Ca(PO4)2↓
??? 此外溶解在冷卻水中的氧還會(huì)造成金屬腐蝕，形成鐵銹，反應(yīng)如下：
2Fe+2H2O+O2—2Fe(OH)2? ↓
??? 反應(yīng)的結(jié)果在傳熱面上逐漸結(jié)垢，同時(shí)伴隨鐵銹的生成。當(dāng)冷卻器運(yùn)行時(shí)，由于垢層的影響，換熱效果嚴(yán)重降低。有的個(gè)別管束使用不到一年換熱管內(nèi)已被堵死。
另外，由于水垢的存在，易造成管內(nèi)壁的垢下腐蝕，使管束的使用壽命下降。
水對(duì)金屬表面的腐蝕主要為電化學(xué)腐蝕，在腐蝕電池中陰極反應(yīng)主要是氧的還原，陽(yáng)極反應(yīng)則是鐵的溶解。碳鋼在水中發(fā)生的腐蝕反應(yīng)為：
陽(yáng)極反應(yīng)：2Fe--2Fe+2 + 4e
??? 陰極反應(yīng)：O2 + 2H2O + 4e—4OH-
總反應(yīng)：2Fe+2H2O+ O2--2Fe(OH)2↓
在腐蝕時(shí)，鐵生成氫氧化鐵從溶液中沉淀出來。因這種亞鐵化合物在含氧的水中是不穩(wěn)定的，它將進(jìn)一步氧生成氫氧化鐵。
??? 2Fe(OH)2+2H2O+1/2 O2--2Fe(OH)3↓
之后，氫氧化鐵脫水，生成鐵銹 。
???? 2Fe(OH)3—FeOOH ↓+H2O
??? 所以說，金屬在垢下腐蝕由于本身電化學(xué)腐蝕存在自催化作用，將加速金屬的腐蝕。
2.2? 管束外壁油相的腐蝕原因
??? 冷換設(shè)備的管束外壁腐蝕是煉油生產(chǎn)裝置操作中常見的問題，特別是一次、二次加工裝置的常減壓、催化裂化、延遲焦化等的塔頂?shù)蜏夭课焕淠?、冷卻系統(tǒng)的腐蝕較為嚴(yán)重。
??? 因冷卻器殼程介質(zhì)多數(shù)是油、汽，其操作溫度在100-160℃左右，從腐蝕形態(tài)及金相分析結(jié)果看均為電化學(xué)腐蝕，只是腐蝕介質(zhì)及操作條件不盡相同，其腐蝕特征有些差異，但腐蝕規(guī)律基本相同。一般氣相部位腐蝕輕微，液相部位腐蝕較重，尤以氣液兩相相變部位最為嚴(yán)重。腐蝕形態(tài)為全面腐蝕與局部腐蝕并存，以坑蝕穿孔較為突出，最大局部腐蝕速度有的高達(dá)每年6 毫米以上，平均每年在1.2-5毫米之間。
??? 因油相系統(tǒng)中不同程度的含有HCl，H2S, HCN，NH3，和H2O隨同輕組分一起揮發(fā)，當(dāng)以氣體狀態(tài)存在時(shí)，一般腐蝕很小，在冷凝換熱后溫度下降100℃以下，冷凝區(qū)域出現(xiàn)液體水以后，在冷卻器殼層便形成HCl- H2S- H2O與 HCN- NH3- H2O系統(tǒng)的腐蝕。對(duì)一次加工裝置嚴(yán)重的腐蝕破壞是由HCl和H2S相互促進(jìn)，構(gòu)成的循環(huán)腐蝕，其反應(yīng)為：
??? Fe+2HCl—FeCl2+H2↑
FeCl2+H2S—FeS↓+2HCl
Fe+ H2S—FeS+H2↑
FeS+2HCl—FeCl2+H2S
??? 對(duì)于二次加工裝置冷凝系統(tǒng)的腐蝕原因與一次加工裝置有區(qū)別，但在冷凝區(qū)域氣液兩相相變部位腐蝕程度是相同的。從受腐蝕管束外觀看，管束之間被疏松的腐蝕產(chǎn)物及污物堵死，金屬表面出現(xiàn)蝕坑。
3???? 解決管束腐蝕的方法
一般情況下，對(duì)于冷換設(shè)備的管束，采用高耐蝕合金管束是不可取的。因?yàn)?，一是造價(jià)高，二是傳熱效果不好。所以我廠通過十幾年來，根據(jù)不同的防腐蝕環(huán)境，采用了不同的防腐方法，收到了很好的效果。情況如下：
3.1? 在解決管束內(nèi)壁腐蝕及結(jié)垢的情況
3.1.1解決管束內(nèi)壁腐蝕方面
從79年以來，我廠采用7910涂料進(jìn)行管束內(nèi)壁防腐。7910涂料主要成份為環(huán)氧與氨基樹脂的合成物，該材料屬熱固化型由高分子組成。在耐弱酸強(qiáng)堿及水中氧化劑腐蝕特別好。防腐后的管束可以在殼程入口溫度小于160℃使用，基本解決了管束內(nèi)壁金屬表面腐蝕問題。
從79年到98年累計(jì)防腐約250臺(tái)，可以節(jié)約制造費(fèi)約500萬(wàn)元。
3.1.2解決管束結(jié)垢方面
??? 由于生產(chǎn)裝置的操作條件的不同，當(dāng)水與溫度較高的介質(zhì)進(jìn)行換熱時(shí)，在管束內(nèi)壁有相當(dāng)一部分結(jié)水垢，使換熱設(shè)備效率下降，影響換熱設(shè)備的換熱效果。根據(jù)實(shí)際情況，采用了如下的措施：
??? （1）應(yīng)用高壓水射流技術(shù)??? 生產(chǎn)裝置檢修的同時(shí)，采用高壓水射流技術(shù)對(duì)管束內(nèi)壁進(jìn)行清洗銹垢層。該技術(shù)是適合機(jī)械清洗條件的設(shè)備。它具有清洗能力強(qiáng)，適用范圍廣。如噴嘴為70MPa以上時(shí)，水從特制的噴嘴以超聲速的速度射向被清洗物件，如同一把利刃將各類結(jié)垢物清除。它的清除質(zhì)量也是人工清洗無法比的。該技術(shù)應(yīng)用在冷換設(shè)備上用來清除金屬表面水垢、鐵銹及部分結(jié)焦物是一個(gè)行之有效的方法。以1994年為例，當(dāng)年共清洗154臺(tái)，計(jì)31491平方米，通過測(cè)算可以獲得644萬(wàn)元的效益。
??? （2）采用化學(xué)清洗技術(shù) ???冷換設(shè)備的管程多數(shù)走循環(huán)水。當(dāng)與溫度較高的介質(zhì)換熱時(shí)，容易在管子內(nèi)壁結(jié)垢形成垢層，使冷換效果下降。有的冷卻器使用時(shí)又停不下來，如果強(qiáng)制停下處理?yè)p失很大的。我們采用了化學(xué)清洗的方法，避免了設(shè)備的停車。情況如下：
??? 因冷卻水大多數(shù)含有鈣、鎂離子和酸式碳酸鹽。當(dāng)冷卻水流經(jīng)金屬表面時(shí)，有碳酸鹽的生成。另外，溶解在冷卻水中的氧還會(huì)造成金屬腐蝕，形成鐵銹。由于銹垢的產(chǎn)生，換熱效果下降。嚴(yán)重時(shí)不得不在殼體外噴淋冷卻水，結(jié)垢嚴(yán)重時(shí)會(huì)堵塞管子，使換熱效果失去作用。
??? 通過試驗(yàn)篩選，硝酸是適用于酸洗水垢的溶劑，因硝酸與水垢（碳酸鈣、碳酸鎂）發(fā)生如下反應(yīng)：
2HNO3 + CaCO3 — Ca(NO3)2+ CO2 ↑+H2O
2HNO3 + MgCO3 — Mg(NO3)2+ CO2 ↑+H2O
??? 因?yàn)樗芄秆杆?，并且溶解所形成的硝酸鹽在水中溶解度大，操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。因硝酸溶液本身對(duì)金屬有強(qiáng)烈的腐蝕作用，在酸洗過程中必須加入一定數(shù)量的緩蝕劑及其它助劑，用來保護(hù)金屬表面。
??? 通過清洗，達(dá)到時(shí)生產(chǎn)需要。用該方法解決了部分冷換設(shè)備不能停車清洗的要求。節(jié)約人力、物力、省時(shí)間、清洗質(zhì)量好，提高工效十幾倍。如90年清洗11臺(tái)冷卻器，計(jì)1350平方米，可獲直接效益14.58萬(wàn)元。
??? （3）采用在線清洗技術(shù)?? 為了必免冷換設(shè)備管束使用中不結(jié)垢或?qū)Y(jié)垢的管束清垢。采用了人工機(jī)械、高壓水射流技術(shù)及化學(xué)清洗技術(shù)均取得較好的效果。但上述方法只是消極的手段，沒有從根本上解決問題。
??? 對(duì)于這個(gè)問題，93年采用長(zhǎng)嶺煉油廠設(shè)備研究所研制的“冷換設(shè)備在線自動(dòng)清洗技術(shù)”，該方法是在管束的每根單管內(nèi)插入一定形狀的內(nèi)插件，通過管內(nèi)水的流動(dòng)，可以避免銹垢的形成，收到了很好的效果。
??? 在線自動(dòng)清洗技術(shù)（也叫彈簧自動(dòng)在線清洗）是一種機(jī)械的方法。其核心是以螺旋形彈簧和固體元件組合成一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械系統(tǒng)，安裝于換熱器管內(nèi)。在流體的作用下，產(chǎn)生連續(xù)不斷的徑向、軸向震動(dòng)，擾動(dòng)流體在管內(nèi)壁部位的層流底層，促進(jìn)湍流程度，有效地抑制了污垢的沉積，從而減少管內(nèi)的熱阻，增加了強(qiáng)化作用。另外，螺旋彈簧振動(dòng)與管壁反復(fù)磨擦，也使污垢得到清除。
??? 由此可見，在線自動(dòng)清洗技術(shù)最大的特點(diǎn)是防垢、除垢，并且還能強(qiáng)化傳熱。從清洗垢角度講，該方法同化學(xué)清洗及其它機(jī)械方法相比，不需要外加動(dòng)力設(shè)備，不需停工、停產(chǎn)，在生產(chǎn)運(yùn)行中就能發(fā)揮作用，能使設(shè)備在運(yùn)行中長(zhǎng)久、穩(wěn)定，保持最佳傳熱狀態(tài)。
