炼油厂换热器腐蚀机理分析及防护探讨

盛杰（大庆宏伟庆化石油化工有限公司，设备工程师，黑龙江大庆163411）

炼油厂换热器腐蚀机理分析及防护探讨

盛杰（大庆宏伟庆化石油化工有限公司，设备工程师，黑龙江大庆163411）

炼油厂的换热器设备随着国产原油酸值的增加，导致其腐蚀现象也愈加严重。本文针对换热器的腐蚀机理进行了具体分析，并对如何进行防护提出了建议。

换热器;腐蚀机理;防护

换热器是炼油企业在生产中常用的设备，它的投入约占全部设备的五分之一到五分之二左右。换热器设备的运转状态关系着全套设备的安全生产和效率等综合指标，对生产线的长期平稳运行起到了关键的作用。最近这些年，我国出产的原油变重，其PH值降低。随之而来的是进口原油数量的增长，这些进口原油中硫的的含量较多。这些都造成了换热器设备的腐蚀现象的加重。这些现象中较为常见的是管束开裂、穿孔，壳体厚度变薄、穿孔，或者是管板和管束连接处的孔蚀现象等。本文对这些现象进行了腐蚀机理分析，总结出了换热器的常出现的几种类型。

1 换热器设备的腐蚀类型

1.1 氯化物的腐蚀

氯化物的腐蚀常见于很多含有氯离子和硫离子的低温设备中，是较为常见的腐蚀种类。由于在这些设备中其运行温度比谁的露点低而容易形成冷凝现象。此时，气态的氯化氢和二氧化硫非常容易溶解在水中，这时氯化氢和二氧化硫就会彼此影响，加强腐蚀。在这种情况下，设备中的铁元素会和硫化氢反应变为硫化铁，附着在设备表面。化学反应式为：

这层硫化铁可以作为保护膜对设备给予了一定的防护，可是氯化氢却可以和硫化铁反应而破坏这层防护膜而发生了腐蚀现象。化学反应式为：

这些化学反应的循环造成了腐蚀现象的加重，让设备的腐蚀现象进一步加剧。

1.2 应力的腐蚀

应力腐蚀的发生是金属材质在受到拉应力与某些腐蚀介质一起作用而形成的。这种腐蚀会造成材质产生裂纹。这些造成腐蚀的应力不光包括设备在生产过程中受到的拉应力（如热应力、载荷应力或金属结构不连续造成的局部应力），也包括设备在生产制造时留下的剩余应力（如焊接应力、冷加工时造成的应力）。在大部分的应力腐蚀现象中的关键应力就是那些不连续的拉应力。所以，应力的腐蚀常常出现在设备的结构不连续位置或是焊接部位。

在换热器设备上的应力腐蚀主要是硫化物应力腐蚀、氯离子应力腐蚀和氢腐蚀。硫化物的应力腐蚀大多数出现在高强度钢中。在不锈钢设备中，如果氯离子的含量超过了每升30毫克且温度超过75摄氏度的情况下，氯离子的应力腐蚀就会非常严重。

1.3 电化学的腐蚀

电化学的腐蚀现象也很常见。微电波的形成主要是由于碳素钢等金属在水等电解质溶液中形成的。在微电波的影响下，碳素钢中的铁素体与渗碳体会形成一种腐蚀电池。原因是在溶液中低电位的铁素体变为阳极，高电位的渗碳体变为了。因此电化学的腐蚀现象就发生了。

阳极的化学式为:

此时溶液中的电子从阳极到阴极。在阴极处同溶液中的氧气及电子反应成为了氢氧根离子。

阴极的化学式为:

在溶液里，铁离子和氢氧根离子结合为氢氧化二铁，沉淀在两级交汇处。

1.4 氯化铵的腐蚀

这种腐蚀多产生在催化分馏系统中的顶循环系统中，氯化铵也是造成分馏塔结盐的主要化学物质。在氯化铵的溶液中有着下面几种化学反应：

2 设备的防护

按照以上对腐蚀现象的研究，硫化物、电解质溶液以及氯化物都是腐蚀发生的源头物质。在氧含量与水合适的情况下，就会在换热器设备表面转换为酸性溶液。如果想要防止这种溶液的产生，可以在换热器设备投入生产之前或者中间检修的间隙采取动态、静态钝化处理，让设备中的金属从活跃变为钝化状态，这样就会大大扼制腐蚀现象的发生或是减缓其过程。

2.1 对设备进行内防腐处理

在上世纪末，防止催化装置的顶循环系统产生腐蚀现象而采取的措施是用防腐涂料进行保护（选用的是CH848及CH784型防腐涂料）。这种内防腐的优点是能够进行多次刷涂，但其工艺较为复杂，漆膜必须达到规定的厚度，还需要多次涂刷与加温烤制。即使是这样其涂层的附着性和耐温性仍不高。特别是换热器的检修必须使用高压蒸汽来进行，涂层会受到进一步的破坏。

2.2 特种镀层防腐

在防腐领域中较为多见的方法是化学镀镀镍磷。这种方法是用还原剂把溶液里面的镍离子按照要求在催化后的金属表面还原析出金属镀层的防腐方式。这样的镀层是一种非晶态合金（也就是金属玻璃）。它的抗腐蚀性能较好，尤其是硫化氢和氯离子的腐蚀，耐温性也较好，可以在三百八十度的高温下保持良好的性能，且非常耐磨、抗冲刷，抗结垢，热传导性好。鉴于这些优点，这种防腐技术在很多石油化工中得到了广泛地应用。

2.3 加强防腐工艺

防腐的工艺中最为有效地使在常压装置中使用的“一脱三注”法。这种方式对降低换热器设备的腐蚀有着很明显的效果。事实上，在加工前对原油进行提前处理可以让其中产生的杂质最大程度地降低，这样就能大大减少换热器设备的腐蚀。

2.4 电化学防腐蚀法

电化学防腐蚀的措施主要是指牺牲阳极和外加电源法两种。牺牲阳极防护法的使用主要是在管道防护这个领域上，用在换热器上的也有。在电化学腐蚀发生时，两级会有腐蚀电流产生，此时我们放置一个电极电位低于被保护金属的并与之连接，使得低电位金属代替高电位防护金属的腐蚀电流，这样的方法就是牺牲阳极防护法。现在作为牺牲阳极的金属较多的是锌。

2.5 选择防腐材料制造设备

换热器设备在制造时应优选那些抗腐蚀的材料去替代碳钢。比如在氯离子不多的情况下，使用不锈钢材质的换热器替代普通换热器。现在很多的有着优良性能的材质正在逐渐代替普通碳钢，如双相不锈钢和超低碳不锈钢其抗腐蚀的性能优良，但是其价格限制了他们的应用范围。因此在选择换热器的材料时还必须考虑其耐腐蚀性、经济性、工艺性等各方面。

3 结语

以上就是针对换热器设备的腐蚀机理和防护方面的探讨。鉴于原油市场的不稳定，在源头上控制原油品质、类型的初衷就无法满足了。在实际的使用过程中，因为原油的品质而发生的腐蚀现象日益严重，对腐蚀的机理进行分析分析有利于防治腐蚀现象的发生，对设备加以防护，延长设备的使用寿命，降低生产成本。

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