煤化工装置循环水换热器腐蚀原因分析及防护措施

李瑞龙，陈凑喜，杨靖华

(神华宁夏煤业集团煤制油项目工程指挥部煤制油分公司，宁夏 灵武 750411)

煤化工装置循环水换热器腐蚀原因分析及防护措施

李瑞龙，陈凑喜，杨靖华

(神华宁夏煤业集团煤制油项目工程指挥部煤制油分公司，宁夏 灵武 750411)

本文对煤化工装置换热器的常见腐蚀情况及原因进行了客观分析, 分析得出设备发生腐蚀的几种类型, 并提出了相应的防护措施。

循环水；换热器；腐蚀；防护

换热器是在化工生产装置中广泛应用的重要设备，往往占到整个设备投资比重的1/3以上[1]，其中，又常以循环水换热器居多，应用也最为广泛。循环水换热器换热效果的好坏，或是否存在介质泄漏的风险，往往关系着整个化工装置是否能够安全、平稳、长周期、高效运行[2]。 许多化工装置都曾发生过由于循环水换热器腐蚀、堵塞造成换热效果差甚至导致物料互窜的重大安全风险，进而被迫采取紧急停车的设备事故。特别是现代煤化工装置，循环水换热器常以碳钢材质居多，介质侧又多以合成气（CO+ H2）、CO、CO2、CH3OH、H2S、丙烯、丙烷以及其它有机酸居多。由于各类客观因素，在日常生产管理过程中，经常发生循环水换热器设备出现管束堵塞、磨损、穿孔、壳体减薄、孔蚀等严重腐蚀问题。为此，我们对煤化工装置循环水换热器常见的腐蚀现象的类别、问题成因等进行客观、科学的分析，并研究提出相应的防腐优化、改进措施，以期为循环水换热器设备的采购选用、日常维护及检维修作业提供有益的理论参考和现实借鉴。

1 常见的腐蚀类别

1.1 垢下腐蚀

垢下腐蚀是煤化工装置存在的最为广泛的一类腐蚀。当循环水中Ca2+、Mg2+总含量或者微生物黏泥、泥沙等其他固体含量偏高时，循环水将具有较强的结垢性。水中各类杂质极易在换热器管束内壁的某些缺陷部位进行结垢，从而形成垢下缺氧、垢外富氧的特殊环境。在这类环境条件下，循环水冷媒介质中就会形成以低电位铁素体为阳极、高电位碳化铁为阴极的腐蚀电池[3]，从而使换热器材质受到侵蚀，形成一类自催化、闭塞电池过程的垢下腐蚀现象。其中，阳极发生反应：2Fe-4e-→2Fe2+，阴极发生反应：4e-+2H2O+O2→4(OH)-。

1.2 氯离子腐蚀

循环水中含有的氯离子会对换热器造成一定的腐蚀，这类腐蚀一般也发生在垢下蚀孔或缝隙中。碳钢材质金属一旦因腐蚀发生溶解，生成的Fe2+将会聚集在缝隙或蚀孔中。为了保持溶液的电中性，大量的Cl-就会迁移到相应蚀孔或缝隙中，从而产生高浓度的FeCl2。FeCl2可进一步水解生成可溶性的盐酸和不溶性的氢氧化铁，从而对碳钢材质的循环水换热器造成腐蚀。总反应式：FeCl2+ 2H2O→Fe( OH)2+2H++2Cl－。

1.3 溶解氧腐蚀

循环水在途经冷却塔等开放式冷却系统时，会与空气发生充分接触，空气中的氧会部分溶解于循环水中，导致循环水中的溶解氧得到持续补充，进而在换热器管束内壁形成氧浓差的原电池。其中，由于氧的电极电位高于铁金属的电极电位，在该电化学腐蚀过程中铁金属作为阳极发生氧化反应被腐蚀，氧作为阴极发生还原反应。其中，阳极发生反应：Fe-2e→Fe2+；阴极发生反应：1/2O2+H2O+2e→2OH-。

1.4 应力腐蚀

应力腐蚀是指在受拉应力的作用下，换热器金属在腐蚀介质中发生的一类腐蚀形态。循环水换热器常发生的应力腐蚀类型有Cl-应力腐蚀、S2-应力腐蚀和H+应力腐蚀。即使对于不锈钢等优秀的抗腐蚀材质换热器，当Cl-浓度＞30mg·L-1、温度＞75℃时，也会发生显著的Cl-应力腐蚀现象，S2-应力腐蚀则常发生在高强度钢材质的换热器中。

2 腐蚀防护措施

根据循环水换热器投用的工艺条件以及材质、环境因素，可以从换热器设备本体、设备运行过程监控及维护、循环水水质、流速以及主动防御清洗等多方面进行措施优化，进而综合采取科学、有效、经济的防腐措施，减少因循环水换热器腐蚀造成的意外生产事故、事件的发生。

2.1 选用高耐腐蚀性材料

要从根本上降低循环水换热器发生腐蚀的风险，应在换热器设备的设计、选型和制造过程中，尽量减少使用普通碳钢材料，而优先考虑使用高耐腐蚀性材料。例如不锈钢(如1Cr18Ni9Ti、00Cr19Ni10、08Cr2AlMo)、超低碳不锈钢(如304L、316L、443、439)及双相不锈钢(如S32205、S32750)等都是非常出色的抗腐蚀性金属材料。当然，该类高耐腐蚀性材料的价格相对较高，因此，该类材料的选用应综合考虑其他抗腐蚀措施，兼顾经济性、耐用性、便捷性等多方面因素。

2.2 涂刷耐腐蚀涂料

在普通碳钢材质换热器内涂刷耐腐蚀性涂料，不仅可以大幅提高换热管束抗锈、抗侵蚀、抗冲击、耐温变的性能，还可以有效隔离碳钢材质换热器表面与循环水的接触，有效降低各类沉积与积垢现象的发生，一定程度上提高循环水换热器抗腐蚀性能以及综合换热效率[4]。近年来，常用的循环水换热器耐腐蚀涂料有C-H848、CH-784、TH-847、LX-08、DH-22-2等，该类耐腐蚀涂料通常需要涂刷至一定的厚度，一般至少控制在200μm以上。

2.3 异种镀层防腐

异种镀层防腐技术是近年来逐渐兴起的一类金属防腐新方法。其中，最具代表性、应用也较为广泛的就是化学镀镍磷技术。它利用特定还原剂，使溶液中的Ni2+有选择地在催化活化的换热器金属表面上还原析出，从而形成金属镀层（也称金属玻璃）[5]。该金属防腐新技术具有耐腐蚀性强、耐摩擦性好、传热性优、耐结垢等优良特性。

2.4 电化学保护

常用的电化学保护方法主要以阴极保护法为主。阴极保护法主要是将金属铁的电极电位向负方向进行调节，从而使换热器的金属材质不处于E-pH腐蚀区，进而降低或抑制阳极发生腐蚀的风险[6]。具体可通过外加电流或牺牲阳极两类途径实现。其中，牺牲阳极法在煤化工生产装置循环水换热器防腐中应用较为普遍，它具有施工简单、管理方便、对附近设备无干扰等特点。目前，常用的牺牲阳极材料主要有锌合金、铝合金、镁合金。

2.5 循环水质管控

在循环水引入换热器前，可先加入预膜剂，对换热设备进行过滤、预膜、置换处理后，再在循环水管网系统中加入适量的缓蚀阻垢剂、杀菌灭藻剂、防腐缓蚀剂等药物，对水质进行严格的生化处理，从而降低循环水中Ca2+、Mg2+、Cl-以及溶解氧的浓度，控制换热器内部结垢、微生物淤泥堆积以及溶解氧的含量，进而降低循环水在换热器中发生各类腐蚀的风险。

2.6 循环水流速管控

循环水换热器运行期间，要定期监测、控制好循环水的流速。原则上管程的流速不得低于1m·s-1，同时，要确保循环水流量达到工艺设计值，从而有效减少管束内壁沉积、结垢，以及由此造成的管束垢下腐蚀等问题发生[7]。

2.7 主动清洗防御措施

要充分利用每一次停车检修的机会，采用高压水枪、超声清洗等方式，对换热管束、内管壁等易脏污、结垢部位进行冲洗。甚至在装置无法停车、设备无法工艺交出时，可采取在线清洗等非常规措施[8]，以最大程度消除管内发生各类腐蚀的环境因素，尽可能延长换热器设备的使用寿命。

3 结语

综上所述，我们对煤化工生产装置循环水换热器发生腐蚀的类型和产生原因进行了客观、科学的分析，并提出了一系列有效、可行的防治措施，以期对同类煤化工装置的循环水换热器防腐蚀管理工作提供有益的参考。

[1] 董舒民，姜德林.炼油厂换热器腐蚀分析及防护[J].化工技术与开发，2006，35(10)：34-35.

[2] 崔正丹.炼油厂水相换热器碳钢材料的腐蚀与防护措施研究[D].长沙：湖南大学，2009.

[3] 伏建华，李志刚.缓蚀剂在苯乙烯精馏装置中的应用[J].石油化工腐蚀与防护，2011，28(4)：50-52.

[4] 曾超，谭斌，吴占永.重整预加氢进料换热器腐蚀与防护[J].石油化工腐蚀与防护，2013，30(2)：14-15.

[5] 安维峥，王维民，石永强，高磊.海洋平台海水换热器腐蚀防护现状与趋势[J].广州化工，2010，38 (1)：23-26.

[6] 詹柏林，朱有兰，陈颖，张永泉.金属换热器防腐技术研究进展[J].材料导报，2006，20(12)：79-82

[7] 雍晓静，江永军，栾辉宝，杨帅，罗春桃. MTP装置换热器E-60562腐蚀与防护[J].石油化工腐蚀与防护，2016，19(4)：67-70

[8] 李红媛.化工循环水换热器单台在线清洗与防护[J].化工管理，2015(8)：30.

Corrosion Cause Analysis of Heat Exchanger in Coal Chemical Industry and its Protection

LI Ruilong, CHEN Couxi, YANG Jinghua
(Project of Coal to Oil, Shenhua Ningxia Coal Group, Lingwu 750411, China)

TE 97

B

1671-9905(2016)12-0052-02

2016-10-25