某装置三效蒸发器管束泄漏原因分析

陈 堃

（天津石化装备研究院，天津 300271）

0 引言

某石化公司热电部现有7台锅炉，担负着现有炼油、化工装置提供稳定、可靠的电力和蒸汽供应的任务。为满足环保要求，各机组相继投入烟气除尘、脱硫、脱硝系统，其中通过烟气脱硫技术控制硫氧化物的排放，但是由于脱硫工艺采用的是石灰石-石膏湿法脱硫，生产过程会产生出大量的废水，脱硫废水含有大量固体悬浮物、过饱和亚硫酸盐、硫酸盐、氯化物以及微量重金属[1]。这些脱硫废水直接外排会造成新的污染，因此必须对脱硫废水进行处理，以达到脱硫废水零排放的标准[2,3]。

1 概述

热电部除尘脱硫车间采用余热闪蒸自结晶脱硫废水零排放技术[4-6]，利用脱硫废水中自身离子特性，利用烟气余热产生的蒸汽加热脱硫废水，脱硫废水经多效蒸发浓缩后，将多效蒸发产生的蒸汽冷凝得到凝结水回用，多效蒸发浓缩液送到干燥机干化，干化固体产物为石膏和结晶盐混合物。实现低能耗，低运行成本脱硫废水零排放。具体工艺如下：

废水通过废水给料泵送到蒸发系统的一效分离器，在一效加热器内利用烟道换热器产生的蒸汽将加热器管程内废水加热。一效分离器中废水经一效加热器均匀地在加热管内流动，再进入一效分离器完成汽、液分离，并利用一效强制循环泵进行强制循环蒸发浓缩物料，在一效系统内经多次循环后，完成初步浓缩的料液在压差的作用下进入二效分离器。进入二效内的物料运用与一效内相同的原理，利用一效分离器产生的二次蒸汽作为二效加热器的热源，并利用二效强制循环泵进行强制循环蒸发浓缩，在二效系统内循环蒸发，二效分离器出口蒸汽进入三效加热器作为三效加热器的热源，并利用三效强制循环泵进行强制循环蒸发浓缩。工艺流程如图1所示。

热电部三效蒸发废水处理设备于2018年建成投用，由于工艺需求，该套系统间歇运行，多数时间处于停用状态，3台加热器设备参数如表1所示。

图1 工艺流程简图

表1 3台加热器设备参数

2020年1～2月，一效加热器和二效加热器多次泄漏，其中一效加热器堵管根数为53根（管束总根数为702根），二效加热器堵管根数为50根（管束总根数为702根）。

加热器频繁泄漏严重影响废水系统正常运行，为查明加热器泄漏原因，对加热器进行宏观检查，腐蚀产物分析、光谱检测，介质分析和泄漏原因分析。

2 宏观检查

在一效加热器打开后进行宏观检查，检查发现：部分管口焊肉腐蚀严重，管箱及封头焊缝处存在较为严重的腐蚀，管束内壁有结垢，垢质较松软，颜色呈灰白色，并存在腐蚀坑。如图2～图5所示。

图2 一效加热器上部管口腐蚀形貌

图3 一效加热器上封头焊缝腐蚀形貌

图4 一效加热器管束内壁腐蚀形貌

图5 一效加热器管束内壁结垢形貌

3 腐蚀产物分析

取换热器管束腐蚀产物进行谱检分析，分析结果如表2和图6所示，换热器管内壁腐蚀产物中含有Cl、Fe、O、Zn 、Al、Si、C等元素，其中Cl、Fe元素含量较高，说明管程腐蚀产物主要为氧化铁和氯化物，其中氯化物与管束的腐蚀泄漏有直接关系。

4 光谱检测

在上封头和管板处进行光谱检测，材质为2205双相钢，合金元素符合标准 ASTM A240要求。检测结果如表3所示。

图6 垢样能谱分析结果

5 介质成分分析

在三期废水二级旋流器顶流处取样进行分析，结果表明污水中氯离子含量和氨氮含量极高。分析结果如表4所示。

表2 管程腐蚀产物主要成分

表3 光谱检测结果

6 泄漏原因分析

（1）从工艺流程分析，污水中高含量的氯离子在未设有工艺防腐措施的情况下，直接回流至三期脱硫工艺水箱。由于污水中氯离子含量高，容易在不连续处（焊缝部位）产生点蚀和缝隙腐蚀，且该系统处于阶段性运行，污泥容易在焊缝附近聚集，导致局部氯离子含量会更高，产生氯腐蚀。三效蒸发器长期处于受腐蚀的状态，最终导致堵管、泄漏；

表4 污水分析结果

（2）从宏观检查的结果来看，腐蚀主要以点蚀、坑蚀和缝隙腐蚀为主；根据腐蚀产物分析管程腐蚀产物主要为氧化铁和氯化物；从污水中杂质含量来看，氯离子含量极高；

（3）氯离子造成的腐蚀都发生在孔蚀或缝隙腐蚀中[7]。在这种情况下金属在蚀孔内或缝隙内腐蚀而溶解，生成Fe2+，引起腐蚀点周围的溶液中产生过量的正电荷，吸引水中的氯离子迁移到腐蚀点周围以维持电中性[8]，因此腐蚀点周围会产生高浓度的金属氧化物MCl2，之后MCl2会水解生成不溶性的金属氢氧化物和可溶性的盐酸。

盐酸是种强腐蚀性的酸，能加速多种金属和合金的溶解；

（4）综上，由于污水中氯离子含量高，在未采取工艺防腐措施情况下直接回流至三期脱硫工艺水箱循环使用，使得该三效蒸发器焊缝附局部氯离子含量高，产生氯腐蚀，管束内腐蚀性物质氯化物对腐蚀产生加速作用，最终造成加热器腐蚀泄漏。

7 结论

7.1 滤液外送

综合泄漏原因可知，造成三效发生器管束泄漏的主要原因是污水中高含量的氯离子，在未设有工艺防腐措施的情况下，直接回流至三期脱硫工艺水箱，因此考虑滤液外送。

滤液外送主要有两种方式：一是采用管输，设置滤液输送泵，铺设埋地管线将滤液送至水务部污水处理装置进行处理。二是采用车运，设置滤液装车泵，废水用槽车转运至水务部污水处理装置进行处理。

根据《石油化工环境保护设计规范》（SH/T 3024-2017）第6.2.11条规定“除生活污水外的工业污水出装置界区后应采用压力输送且地上敷设”，其目的在于降低污水在输送过程中泄漏污染地下水和土壤的风险。

含盐废水对普通碳钢管道腐蚀严重；碳钢衬里管道耐腐蚀，但是多数使用温度要求低于100℃，无法采用蒸汽伴热，冬季防冻防凝问题难以解决；非金属管道耐腐蚀，但是架空敷设材料容易老化，只能考虑埋地敷设，埋地敷设施工费用高，管道泄漏不易发现。

因此综合上述工程与技术经济因素，推荐采用车运，注意污水在收集、输送、储存过程不发生泄漏，确保不发生环境污染事故。

7.2 增加在线pH分析仪

在废水调节罐（D-1000）上增加工艺管口，加入28%碱液中和酸性的脱硫废水，减小酸性废水对后续工艺设备的腐蚀[9]。在废水给料泵（P-1000A/B）出口管线上设置在线pH分析仪，对废水pH值进行在线分析。

基于pH值计算公式，pH值=-lg[H+]计算中和加碱量，计算结果如表5所示。

结果表明，为中和流量为24m3/hr，pH值为4的脱硫废水需加入28%碱液0.343kg/hr（0.264 l /hr）。

该公司热电部现有碱液储罐4台，其中三台容积为15m3，为一、二、三期湿电装置加注碱液，连续消耗量分别为50kg/h、46.8kg/h、48kg/h，按照碱罐储存系数0.9，相对密度1.3（碱液浓度28%，温度20～25℃），单罐最大储存碱液量为17550kg，计算储存天数分别为14.6d、15.6d、15.2d。根据《石油化工储运系统罐区设计规范》（SH/T3007-2014）表4.1.6规定，通过公路运输的碱液储存天数为10～15天，目前碱罐的配置符合规范相关要求。

7.3 增加在线电导率分析仪

在加湿水泵（P-1004A/B）出口管道上新增电导率分析仪（AT-10021），用以检测一效冷凝罐（D-1004）除盐水系统的电导率情况，正常运行时除盐水系统的电导率＜10μs/cm；当发生事故状态时，即电导率＞100μs/cm时，进行报警。

电导率突然增加并达到报警值可能的原因是蒸发系统加热器管束泄漏[10]，废水进入除盐水系统，需要现场操作人员及时检查、处置。