近年,随着原料重质化、劣质化,石油化工生产过程中冷换设备的腐蚀增加,且冷换设施自身质量各不相同,对装置安稳、长久生产造成很大影响。石油生产企业使用的石油炼制成套生产装置中,各种不锈钢换热器管总价占据所有设备投资的20%40%。故而,焊接质量、腐蚀防护已然成为企业经营与技术管理长期关注的焦点。

不锈钢换热器管是石油化工生产时使用最为频繁设备之一,其运行质量直接决定了装置是否能够稳定以及长时间安全运行,特别是在使用过程中发生内漏,如不能及时发现,容易造成介质互串、循环水污染,拆装修复极为不便。因此,设法延长其使用时间,成为各个石油生产企业共同关注的问题。从全厂各装置换热管泄漏统计情况看,容易发生泄漏的不锈钢换热器管主要为常压装置原油常顶油气不锈钢换热器管、初馏塔顶、常压塔顶后冷器等位置,催化装置分馏塔顶油气冷却器、油桨冷却器及油浆蒸汽发生器等本文根据有关文献给合生产实际进行了分析,并提出了相应对策。

1冷换设备腐蚀原因分析

冷换设备产生腐蚀现象,往往是由于介质中含有的H2S、单质硫以及硫代硫酸等物质中的一种成多种,在特殊的工作情况下同冷换设备所用材料互相作用形成的。腐蚀形式基本有两种:电化学腐蚀和化学腐蚀。

制作不锈钢换热器管时,制作人员需利用手工电弧焊焊接管板和列管,焊接完成后,焊缝处往往存在不同形式的缺陷,且缺陷的程度也存在差异。如凹陷、气孔以及夹渣等,焊缝处承受的应力往往难以分布均匀。使用过程中,管板部分通常会接触工业冷却水,然而工业冷却水中包含有盐类、微生物以及气体,上述物质往往会腐蚀管板以及焊缝。这就是我们常说的电化学腐蚀。管板以及列管焊缝腐蚀的部分集中于孔和缝处。就外观而言,管板表面存在较多因腐蚀而产生的物质和积沉而成的物质,分布着不同大小的凹坑。

1.1化学腐蚀

化学腐蚀也可理解为介质腐蚀,不锈钢换热器管在运行过程中,管板会触及各类化学介质,自然会受到化学介质的影晌,发生腐蚀。

不锈钢换热器管管板发生腐蚀现象的主要原因有以下三种:第一是介质成分和浓度的不同,对换热路管板的影响也有差异。以盐酸为例,随着盐酸浓度的增加,腐蚀也会愈发严重。硫酸浓度达到50%左右,此时碳钢以及不锈钢所受到的腐蚀最为严重。但当浓度达到60%,或是更离时,腐蚀现象反而会大幅降低。第二是温度:腐蚀现象处于化学反应,每当温度上升10,腐蚀的速度也会相应加快,一般为13倍。第三是ph:随着ph值降低,金属会更为容昌受到腐蚀。

通常情况下,不锈钢换热器管中,换热管通过焊接的方法与管板相连,焊缝与之周围山现腐蚀现象的概率较大,原因如下:第一是焊缝造成了缝隙腐蚀。第二是焊接时,焊缝附近所承受的热度不均匀,使得热应力(残余应力)出现,容易引起应力腐蚀破裂。第三是其他还有因焊接工艺不良引起腐蚀。

1.2垢下度蚀

垢下腐蚀出现位置往往集中干冷却器内水程一边。垢下水腐蚀出现的原因如下:冷却水内含有的溶解盆于水相及垢相的比例之间存在差异,形成了级浓差电池进而出现电化学类型腐蚀.此时冷却水内的撅已经饱和。故而,水相中抓的质量分数较离.碳钢表面作为阴极.垢相内氛的质量分数较低,碳钢表面作为阳极。溶解氛对体系较为重要,具有去极化功能,换言之,垢相阳极出现二价铁离子,而水相阴极则出现氢氧根离子,两者通过化合反应,可以出现氮氛化亚铁这一具有腐蚀性的物质。随着溶液内氛含量逐渐升离,水、垢相中的质量分数差距会随之增加,阴、阳两极所形成的电位差会相应增加,更为容易造成垢下水腐蚀,逐渐向深处蔓延,直到管束发生穿孔现象。不锈钢换热器管开始泄漏。较为常见的现象是当冷却器管束内侧运行完成一个周期之后,人们清洗时,可观察到内侧存在腐蚀程度不等的凹坑。

2如何避免换热管泄漏

2.1避免腐蚀的措施

2.1.1涂抹TH-847防腐涂料

TH847型碳钢水冷器是专门用于防腐的涂料,其是热固化类型涂料,能够于150高温下长时间使用。TH847可作为多种材质的防腐涂料。也能避免弱酸性介质以及碱性介质之间产生腐蚀,成是结垢现象。同时适用于多种石油工业不锈钢换热器管的防腐工作。

涂抹847之后,换热管所测得的传热系数保持稳定,具有优秀的综合换热表现。由干847涂层一般仅有200um厚。通过测量这一厚度的847涂层垢以及冷却器污垢系数上限,发现两者相差较多,符合设计要求。即使长时间运行,因为涂层不容昌出现结垢现象,相比没有进行防腐保护水冷器,其传热效果更为优秀。没有涂抹847的管束,由干组化层以及垢层数量增多.传热效果相应下降。847涂料具备优秀的阻垢功能以及耐腐蚀性,于150t之下运行较为安全、有牢固的猫着力,能够避免与水、蒸气、CL等和金属碰触之后,所产生的化学反应,使得设备的能够长时间使用。

2.1.2涂抹Ni-P化学镀层

Ni-P镀层为非晶态合金,也可称之为金属玻璃.具有抗腐蚀(H2S,Cl-,抗高温(380下仍可运行)效果良好等特点。在工业运用中可以发现,镀层换热登运行效果优秀。故而。Ni-P化学镀层不锈钢换热器管在石化工业当中的运用颇为频策。Ni-P镀层耐蚀性受到设备运行时温度的影响,尽量不要于温度偏高的情况下使用。若温度处于200之下,镀层结构可以正常运行,其耐蚀性并不会产生太大变化。若温度处干260之上,镀层结构便会出现异常,镀层当中存在Ni3P颗粒.处干400之上,镀层便出现结晶.导致镍镀层中P含呈下降,耐蚀性随之降低,出现的Ni3P造成镀层收缩以及微裂纹.使基体直接受到介质住蚀。一般建议在380以下使用。

2.2焊接质量影晌及措施

焊接钢制换热菇中换热管与管板时,施工人员需确认接头处的密封效果,还需检查接头处的抗拉脱强度。这种焊接结构中含有排列紧凑的单道焊缝,焊缝呈圆形。管板厚度较厚,换热管壁厚与管板壁厚相差很大等。若施工人员焊接水平不高,或是在焊接过程中出现失误,便会出现根部含渣、熔合效果不佳以及裂缝等现象。若焊缝中存在裂缝或是气孔等现象,而在检测过程中又没有发现,便会为之后的运行埋下隐患,缺陷会逐渐扩大,最终出现泄漏现象。

2.2.1保证焊接质量的措施

为了保证管子与管板焊接的质量与两者之间的致密性,需要采取以下措施:严格清理焊接部位,保证预热温度分布均匀且热透;正确选择焊接电流和焊接速度等规范参数,尽量选用直径较小的碱性焊条,焊条应经烘干后使用;正确选取焊缝起点部位,焊接起点与附近焊缝要保留较多的距离。

2.2.2焊接接头型式选择

目前不锈钢换热器中的不锈钢管以及管板共有以下几种接头类型:端面接头焊接式,内孔角接头式和对接内孔接头式、伸出角接头式等三种,用得最多的是伸出角接头型式。生产实践证明,端面接头型式焊缝更容吕发生泄漏;伸出角接头式使用安全可靠。

2.3焊接以及胀接先后顺序

先进行胀接,之后进行焊接,施工人员胀接过程中需使用润滑油成润滑剂,焊接前必须清理干净。对于直径较大的管板,管孔数以千计,清理工作不但困难费时而且要有专用设备;对管端要求抛光光度高;装配及穿管时不能使油污进入管孔,等等。这样,不仅给施工增加了难度而且提高了制造费用;胀接后在间隙中存在的空气、湿气和水分,由于焊接时膨胀,它们不能从反面逸出,只能从熔池中冲击,昌造成熔池内流体金属翻滚,从而形成气孔;焊接接近焊缝区域的温度较离,使胀接应力部分松脱,影晌原胀的效果,甚至严密性也受到破坏。若先进行焊接,之后进行胀接,则对管子、管板的要求不像先进行胀接,之后进行焊接那样严格,只要保持管端部及孔口焊接处干净即可施焊。试验结果表明,同样在管板不经严格去油清洗的情况下,先焊后胀效果较好.而先胀后焊的接头质量较差。有关专家认为,先焊后胀是消除气孔的有效措施之一。权衡利弊,推荐先焊后胀工艺,只要严格服行焊接工艺细则,采用适合的胀管路和胀接工艺,焊接质量是可以保证的。

3结语

首先是针对不同的工况制定不同的防腐方案,且要依据防腐材料自身优势与设备设计时所使用的介质及其操作要求而定,科学设计与选取防腐措施,以便设备能够长时间运行。其次是选择合适的制造工艺,可有效控制产品的质量,延长设备的使用周期。