常减压蒸馏装置的电脱盐设备中电极棒断裂分析

郭庆云，陈 勇

(中国石油化工股份有限公司天津分公司装备研究院，天津 300271)

常减压蒸馏装置的电脱盐设备中电极棒断裂分析

郭庆云，陈 勇

(中国石油化工股份有限公司天津分公司装备研究院，天津 300271)

某常减压蒸馏装置的电脱盐设备中电脱盐罐中的6根电极棒于2009年3月更换，2011年1月1号正极棒发生断裂。电极棒鼻根部分的内外两层套管均断裂。宏观检查发现1号正极棒外管球头的腐蚀麻坑象“虫子”咬过，呈典型的电蚀特征。内管及芯部铜导线有腐蚀坑，含Cu元素，表面有铜绿，都发生电蚀。断口有二次裂纹及孔洞，显示脆性断裂特征，而外管断口及蚀坑处横截面未发现裂纹、晶间腐蚀迹象，说明是外力造成1号正极棒断裂。电极棒、高压电连接器和电极板之间的软性连接接触不良，使正极棒与电极板间的电路阻断，电流成为杂散电流，正极棒作为阳极，很快发生电蚀。在流体冲击下因电蚀减薄，强度不足在支点处断裂，宜定期检查、更换并采用新型电脱盐设备。

常减压蒸馏 交直流电脱盐 电极棒 电蚀 断裂

电脱盐是原油加工的第一道工序。电脱盐装置运行的好坏，对炼油装置的生产影响很大。尤其是随着劣质油、高硫原油加工量越来越多，电脱盐难度越来越大，对其效能要求会越来越高。原油电脱盐易出现的故障有:电脱盐效率低，电流波动大、甚至跳闸;罐内电极板变形或绝缘有问题;电气线路或变压器故障以及电极棒绝缘层击穿等。本文讨论一起电极棒因发生电蚀减薄、遭受外力冲击，而发生的电极棒断裂失效。

1 情况介绍

常减压蒸馏装置的电脱盐设备于1995年投用，一级电脱盐罐中的6根电极棒于2009年3月更换，1号、2号电极棒分别为A组变压器送电的正负极，在运行过程中，常出现电流过大现象。

该常减压蒸馏装置的电脱盐设备采用二级串联流程，1号罐(D101/1)、2号罐(D101/2)采用的是某公司提供的交直流电脱盐技术，该交直流电脱盐装置主要由整流箱、变压器、电极棒、垂直吊挂式变极距电极板、绝缘吊挂等组成。整流箱型号为BLX-A-125，输入电压:交流(13～25)kV，输出电压:+(5.85～11.25)kV。变压器电流:交流329 A，电脱盐罐的结构示意见图1(1号～6号为电极棒，原油中加入破乳剂、水、脱盐剂，由静态混合器充分混合，进入电脱盐罐，含盐水由罐底部排出。操作压力1.0 MPa，操作温度125℃。

电极棒鼻端通过插入高压电连接器，实现与电极板的通电连接，见图2、图3。

2011年1月车间人员巡检时，发现电脱盐罐地面及电脱盐1号罐罐体有大量原油，经检查确认是从罐顶电脱盐装置的变压器油柱处喷漏出的，变压器马上断电，并将该罐切除甩掉。开罐后将所有的6根电极棒取出，发现最北端的电极棒(1号电极棒，正极)在鼻端变径处断裂，原油正是由此沿着铜导线泄漏出去的。与1号正极棒同组使用的2号负极棒完好，其余4根电极棒中，另有一根电极棒的鼻端有腐蚀。

2 检测结果及分析

2.1 宏观外貌

断裂的1号正极电极棒鼻端(见图4)，分内外两层套管，两层管均在鼻根部断裂。电极棒鼻已掉落找不到。

外管较内管断口平整，无塑性变形。外管一侧明显减薄。放大镜下，厚壁侧断口较粗糙，有氧化层。另外薄壁侧残壁高，有撕扯痕迹，说明终断区在薄壁侧。由此判断厚壁侧先开裂。

外管球头外侧沿球面遍布大小不一的腐蚀麻坑，蚀孔的形状呈外宽内窄，小孔的形状比较圆滑，象“虫子”咬过的痕迹，大孔边缘比较粗糙，不规则。最大麻坑φ5 mm，最深1.5 mm。有明显减薄，最小厚度1.5 mm。球面侧最大厚度5.0 mm(测量2号负极棒内鼻原厚 3 mm，外鼻原厚2.5 mm)。外管内侧及断口无蚀坑。

芯部的铜导线产生刚性弯曲，弯向断口终断侧，铜导线终端变细，分布有小蚀坑。

对1号正极电极棒、2号阴极棒解剖，发现内管外侧有铜绿，内管内、外侧及断口都有腐蚀坑，端部管径变细，外管内侧基本无腐蚀(见图5、图6)。

内外两层套管为内楔式联接，铜导线焊接在内管端口(见图6、图7)。

2.2 光谱分析

光谱分析结果显示电极棒的两个断口都只含有Mn，Fe和Cu元素，结果见表1。

表1 光谱分析结果Table 1 Spectroscopic analysis results %

2.3 电镜断口分析

外管断口平滑，只在厚壁处发现很少量裂纹及孔洞，大部分断口被氧化物覆盖，看不清晰，局部未氧化区，显示脆性断裂特征(见图8、图9)。

内管断口疏松，多二次裂纹及孔洞，显示脆性断裂特征(见图10、图11)。图11 内管脆性断裂特征

图8 外管厚壁处裂纹及孔洞Fig.8 Cracks and holes in extemal tube

图9 外管脆性断裂特征断口ig.9 Brickle character of extornal tube break

图10 内管裂纹及孔洞Fig.10 Cracks and hole of inner tube

Fig.11 Brickle character of internal tube

2.4 金相检验

外管断口及蚀坑处横截面做金相检验，组织正常，为铁素体 +珠光体，未发现裂纹、晶间腐蚀迹象。

3 断裂原因分析

1号正极棒外管球头的腐蚀麻坑，为典型的电蚀特征。内管及芯部铜导线有腐蚀坑，光谱分析显示两个断口都含Cu元素，内管上有铜绿，说明内管及芯部铜导线同样发生了电蚀。芯部铜导线弯向断口终断侧，说明受到的外力很大，且力来自外管厚壁侧。

电镜断口分析发现有二次裂纹及孔洞，并显示脆性断裂特征，而外管断口及蚀坑处横截面金相组织都正常，未发现裂纹、晶间腐蚀迹象。说明裂纹不是起源于腐蚀坑，是外力造成1号正极棒断裂。

电极棒通过鼻端插入高压电连接器实现与电极板的电连接。整个连接为软性连接，容易松动，导电接触不好。在运行中高压电连接器容易被油污、氧化皮覆盖，使电极棒与电极板间电路阻断。

电流都是由正极流向负极，如果正极棒与电极板间电路阻断，电流便流不到电极板，而是成为杂散电流，由正极棒流出到油介质中，此时正极棒为阳极，很快发生电蚀现象，引起阳极溶解，首先在鼻尖端腐蚀，很快向鼻连接处发展。从电脱盐操作上会引起电流增大、跳闸现象。

由于电脱盐罐的工艺特点，水向罐底排流，油层向上流动，难免对电极板产生冲撞力。电蚀因溶解及点蚀，使金属发生减薄，机械强度下降。而鼻连接处为几何不连续、应力集中带，且是受力支点，所以一旦受到足够大的外力冲击，容易在鼻连接处断裂。

外管断裂后，与内管的内楔式联接，使之与电断开，电蚀停止。而仍连电的内管暴露在油介质中，连同铜导线一起开始发生电蚀，一直持续到漏油，给变压器断电，所以内管内外侧及断口都有大量蚀坑，铜导线明显变细。

4 结论

(1)定期检查电极板变形、吊挂失效等情况;

(2)及时清理油污、氧化皮，保障电极棒和高压电连接器的电连接良好;

(3)定期更换(2～3 a)电极棒和高压电连接器;

(4)采用新型电脱盐装置。

Study on Fracture of Electrode Rod of Electro-static Desalter in Atmospheric-vacuum Distillation Unit

Guo Qingyun，Chen Yong
(SINOPEC Tianjin Petrochemical Co.，Ltd.，Tianjin 300271)

Six electrode rods in the electro-static desalter of an atmospheric-vacuum distillation unit were replaced on March 2009，and No.1 electrode rod fractured during operation on January 2011.The two conduit tubes on the nose root of the electrode rod all fractured.The macro examination found many pits on the end of electrode rod，looking like to be bitten by worms and showing electrical erosion characters.Covered with Cu and patina，the inner tube and copper lead also suffered from electrical erosion.There were subcracks and cavities on the fracture，which featured brittle rupture.On the cross section of outer tube no cracks and intergranular corrosion were found，which indicated that the fracture of No.1 electrode rod was induced by external force.Due to the bad contact of soft join connection among the electrode rods，high voltage coupler，electrode boards，working current becoming stray current and the positive pole becoming anode，the positive rod as anode would suffer from rapid electric erosion.As corrosion thinning lowered the strength，the electrode rod fractured on pivot point under liquid impingement.Therefore，the system should be periodically inspected，equipment should be replaced or new equipment should be applied when necessary.

atmospheric-vacuum distillation unit，current desalting，electrode rod，electrical erosion，fracture

TE986

A

1007－015X(2011)05－0061－04

2011－04－ 29;修改稿收到日期:2011－07－10。

郭庆云，高级工程师，1989年毕业于北京化工大学金属腐蚀与防护专业，获学士学位。2006年获天津大学化工学院化学工程专业在职工程硕士学位。主要从事炼油、化工设备的腐蚀与防护研究以及特种设备检验工作。E-mail:guoqingyun.tjsh@sinopec.com。

(编辑 陈凤娥)