關鍵詞 | 大型 離心泵軸承密封 泄露
裝置水冷器的腐蝕概況：
2016年4月安裝MTBE裂解裝置異丁烯精餾塔C203水冷器E-209，水冷器管板材質為16MnIII，換熱管材質為20號鋼，為臥式固定管板式換熱器，屬I類壓力容器。殼程操作介質為異丁烯，管程為循環冷卻水；殼程操作壓力為0.6MPa，管程為0.4MPa；殼程操作溫度為46℃，管程為40℃。
2017年4月15日，由于設備換熱效果差，對該換熱器進行檢修，拆下封頭后發現殼體管束有較多垢物，清理后打壓未發現泄漏換熱管，在管箱中放置陽極塊后回裝。2019年5月至2020年10月，水冷器陸續發生管束內沉積、管束泄漏等情況。此外，防腐涂層脫落較嚴重，封頭內陽極塊腐蝕較嚴重。
裝置水冷器腐蝕原因分析：
1.介質工況分析
由于工藝原因，殼程介質異丁烯中氯甲烷含量遠超指標要求(不超過300μg/g)，具體數據見表1。
氯甲烷進入水洗系統，水解形成強腐蝕性鹽酸，導致裝置換熱器嚴重腐蝕。
冷卻介質為工業循環水，其中主要腐蝕成分為Cl-、微生物、溶解氧、生物黏泥及其他雜質等。經檢測，循環水流速僅為0.2m/s，循環水流速低，管束易產生局部沉積，沉積物覆蓋在管束內表面，導致細菌嚴重繁殖，加劇了垢下腐蝕。循環水指標要求及成分見表2。
水冷器未使用蒸汽蒸煮，為氮氣吹掃置換。盡管如此，在第一次吹掃后，管束泄漏頻繁發生，這可能是防腐涂料結合力不強，在氮氣吹掃過程中局部脫落所致。
2.?管束腐蝕情況分析
失效的水冷器進行解剖，重點觀察管束內外表面的腐蝕形貌，判斷是否存在局部腐蝕嚴重部位。管束外表面局部腐蝕為均勻腐蝕，見圖1。
將腐蝕的管束縱向剖開，觀察得到的管束內表面腐蝕形貌，如圖2所示。
從圖2可以看出，內壁有大量的紅褐色腐蝕產物沉積，去除表面產物，可見內壁分布大小不一的腐蝕坑。此外，管束內壁未發現完整涂層，涂層均已脫落。
水冷器主要防腐蝕措施：
1.?管束選材
水冷器管束材質主要分為碳鋼、合金鋼和不銹鋼，碳鋼包括10號和20號，合金鋼包括15CrMo，12Cr2Mo1及08Cr2AlMo等，由于在含Cl-介質中易出現點蝕，水冷器管束一般不選擇304L和316L等奧氏體不銹鋼，而是選擇鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼，如2205(00Cr22Ni5Mo3N)，254SMO。無論是采用碳鋼管還是采用常規不銹鋼管，均無法滿足管束防腐蝕的要求，有資料提出可以采用碳鋼-薄壁鈦管復合管，認為該材質從防腐蝕和成本上是比較理想的選擇。
主要在碳鋼和不銹鋼間進行選材分析。
(1)根據GB/T151-2014，碳鋼在100℃導熱系數為51.8W/(m·℃)，06Cr19Ni10不銹鋼在100℃導熱系數為16.3W/(m·℃)，從換熱管傳熱效率角度分析，優選碳鋼。
(2)已知換熱器管板材質為16MnIII，不銹鋼與管板屬于異種鋼焊接，焊接難度大。
(3)不銹鋼在含有Cl-的介質中其耐蝕性不一定優于碳鋼，介質為HCl-H2O低溫腐蝕體系，對不銹鋼易造成應力腐蝕或點蝕。
(4)對于含鹵素有機化合物(無水)，碳鋼耐蝕性較好，如碳鋼在25~100℃溫度下，在干氯甲烷(含水質量濃度小于0.03%)中，腐蝕速率不大于0.05mm/a，在丁烯中耐蝕性良好。
2.?防腐涂料
裝置水冷器管束內表面使用TH-847防腐蝕涂料，TH-847是CH-784或7910水冷器專用涂料的改進產品。20世紀90年代，我國又研制出耐溫性較好的TH-901/902防腐涂料，目前應用較普遍，防腐后水冷器使用周期為3~5a。兩種TH系列涂料的比較見表3。
此外，根據生產經驗，TH-901防腐涂料耐蝕性、耐水性、耐化學品及抗蒸汽吹掃能力比TH-847涂料有明顯提高，但其固化升溫后的涂料質脆，在防腐蝕、吊裝、運輸及安裝過程中，管束上的涂層易產生裂紋及脫皮。
DH22-2換熱器專用涂料是由改性耐熱、防腐蝕有機硅改性樹脂和耐熱顏料、填料配制而成的單組份烘烤型換熱器專用涂料。這種涂料耐酸、堿、油、化學品，并且導熱性能好，具有良好的抗結垢性。DH22-2換熱器專用熱固化涂料固化后表面為陶瓷狀，其硬度高、致密，表面光滑的特點使其在循環水側使用不易沉積。該涂料極限耐溫可達到300℃，能使用低壓蒸汽吹掃。DH22-2涂料比較適合中低溫換熱器工藝側和循環水側防腐蝕，整體上防腐性價比較高。
3.環境介質處理
有關研究表明循環水流速對結垢腐蝕有一定影響:若流速在0.5~1.0m/s，則瞬時污垢的沉積率、熱阻值和垢層厚度將隨流速的增加而降低；當流速為1.0~1.5m/s，則瞬時污垢沉積率、熱阻值及垢層厚度因流速的增加而增加；而流速為1.5~2.0m/s時，由于剪切力增大，瞬時污垢的垢層厚度、沉積率與熱阻值隨著流速的增加而降低，系統腐蝕速率增大。綜合考慮可將循環水流速控制為1.0m/s，此時污垢的熱阻值、垢層厚度、沉積率均達最低值。
緩蝕阻垢劑可以使水冷器的金屬表面產生一層致密且薄的保護膜，進而達到抑制金屬腐蝕的作用，對碳酸鹽水垢生長具有強力預防抑制功能，緩解循環水結垢。殺菌劑能抑制細菌、藻類生長。循環水系統正常運行期間，藥劑量的投加要嚴格依據化驗分析數據。通過加注緩蝕阻垢劑、殺菌劑等助劑，及時監測循環水水質指標，調整加注量，確保循環水各項指標在控制范圍之內。
4.?犧牲陽極的陰極保護
在冷卻器管箱安裝犧牲陽極，可有效降低管板和管口(脹口、焊口)的腐蝕，并抑制管板和管口結垢。一般采用鎂、鋁、鋅等陽極材料，而對于此材料的分布，則需均勻布置于冷凝器封頭上，且每端均需安裝鎂犧牲陽極。該措施的實施可以延長碳鋼材料水冷器設備的使用壽命，達到防腐蝕與成本降低的雙重效果。鋅合金陽極自腐蝕電位低，電流效率高，使用壽命長，適合于長期使用，加上其與鋼鐵結構碰撞時不易誘發火花，是比較合適的水冷器犧牲陽極材料。
結論及建議：
(1)水冷器管程為循環水介質，殼程為酸性含Cl-有機物。考慮材料對應力腐蝕、點蝕等敏感性，結合成本、焊接施工等，不推薦采用不銹鋼，管束材料選用20號，或其他低合金鋼。
(2)由于殼程介質的特殊性(含水含酸)，在進行水側防腐蝕的同時，必須考慮管束工藝側防腐蝕。水側可以采用TH-847防腐涂料，工藝側采用TH-901防腐涂料，或者使用DH22-2涂料對管束內外進行整體防腐涂裝。在施工過程中，應注意涂料噴涂和管束管板焊接的順序，以及焊接接頭處的防腐涂料的補充。
(3)將循環水流速控制在1.0m/s左右，此時瞬時污垢的熱阻值、垢層厚度及沉積率較低。此外，在循環水中加注緩蝕阻垢劑、殺菌劑等助劑，減少結垢和細菌腐蝕。
(4)對殼程介質側物料進行預處理。如果工藝側完全無水，或是在檢修時采用蒸餾、烘干等方式去掉殼程水分，可以大大減緩碳鋼管束工藝側的腐蝕。此外，還可以采取以下措施，如嚴格控制原料中的氯甲烷含量，通過加堿中和等方式調整物料pH值，加入緩蝕劑等。
(5)延續之前做法，在水冷器管箱安裝鋅合金犧牲陽極材料。
(6)準確判斷腐蝕發生的部位、腐蝕類型等，對后續防腐蝕措施具有重要的指導意義。應進一步對失效管束內外表面進行整體腐蝕部位觀察、局部腐蝕類型判斷、橫截面腐蝕坑、裂紋微觀形貌觀察等分析。
