分馏塔顶板式空冷器板管泄漏失效分析

张金伟 李志然 张国锋 王琳皓

（1. 机械工业上海蓝亚石化设备检测所有限公司，上海 201518；2. 中国石油大连石化公司，辽宁 大连 116011）

0 引言

某石化公司120万吨/年加氢裂化及制氢联合装置分馏塔顶板式空冷器（A-3403/1～6）投入使用后仅一个月就发现了泄漏。这6台空冷器并联使用，每台设备包括2组板束，板束Ⅰ板内介质为油气，板外介质为水、空气，板束Ⅱ板内介质为油气，板外介质为空气，油气介质依次经过板束Ⅱ、板束Ⅰ冷却后流出设备。其中A-3403/3、A-3403/5板束Ⅰ泄漏，其余板束未发现泄露。

泄漏板片材质为S30403，规格为300×4200× 0.6mm，波纹形式为LT2。

1 检验分析

1.1 外观检查

送检的板式空冷器板管[1]外侧腐蚀产物沉积物较多，呈灰白色和铁褐色，局部失去光泽，外侧宏观形貌如图1所示，外侧表面多个部位和区域存在腐蚀特征：

图1 板管外侧表面腐蚀产物

（1）在板片流道及凸起部位存在全面腐蚀[2]、腐蚀坑和穿孔，凹槽内有腐蚀产物堆积，易清理，清理后发现垢下有腐蚀坑，凹槽宏观形貌如图2所示；

图2 凹槽腐蚀穿孔

（2）长直边焊缝及其附近，存在腐蚀痕迹和腐蚀坑，长直边宏观形貌如图3所示；

图3 长直边锈蚀及腐蚀坑

（3）板管内侧表面有金属光泽，无腐蚀产物，无明显的腐蚀，变形凹槽底部存在腐蚀坑[3]，对应于水侧凸起部位。

1.2 化学成分分析

在板片上取样进行化学成分分析，化学成分分析结果如表1所示。

表1 化学成分分析结果

分析结果表明板片材质[4]符合GB 3280-2015中022Cr19Ni10材料标准要求。

1.3 金相组织

在板管焊缝[5]、板管直边、板片形变部位母材和点蚀部位分别取样进行金相检验，板管焊缝及热影响区未发现裂纹和其他焊接缺陷[6]，板管直边和形变部位奥氏体+少量形变马氏体，形变部位金相组织如图4所示。板管外侧表面存在腐蚀坑，板管内侧未发现明显的腐蚀，外侧表面微观形貌如图5所示。

图4 形变部位金相组织

图5 外侧（水侧）表面腐蚀坑

1.4 附着物分析和水质分析

分别取板片外侧表面凹槽内白色垢物和褐色垢物进行X-ray成分分析和X-ray衍射结构分析。X-ray成分分析结果表明，产物中含有硫、硅、钙、铬和铁等元素，其中硫含量很高。

X-ray衍射结构分析结果显示，腐蚀产物主要有（NH4）2SO4、FeO（OH）、S和Fe3O4。

从现场取循环水进行水样分析，结果表明，循环水水质良好，其中硫酸根和氯离子的含量和硬度均很低。

1.5 腐蚀形貌

板片外侧表面凹槽内堆积有较多灰白色和铁褐色垢，垢下有腐蚀坑，部分已穿孔。电镜下可见不锈钢钝化膜上有大量的腐蚀坑，板片变形较大处腐蚀坑也较多，坑内呈现金属组织特征[7]，部分区域呈均匀腐蚀特征，板片微观形貌如图6、图7所示。

图6 坑内腐蚀特征

图7 表面腐蚀特征

2 结果分析

板片材质符合GB/T 3280-2015标准中的022Cr19Ni10的要求。

水样分析结果表明，循环水水质良好，呈中性，硫酸根和氯离子含量和硬度均较低。在这种喷淋水[8]质的情况下，板片不应在如此短的时间内因水分蒸发产生严重结垢[9]。

板片穿孔是因为其外表面腐蚀造成的，在板片面向上的部位腐蚀较其他部位严重，在外表面结垢严重的部位腐蚀也相应的较严重，腐蚀形貌的宏观和微观分析结果符合垢下腐蚀特征。

附着物X-ray衍射结构分析结果显示，附着物中含有（NH4）2SO4。由于垢下介质的扩散受到几何因素的限制，使垢下的介质难以与周围环境交换，垢下介质将逐渐酸化，特别是（NH4）2SO4在水中将发生水解反应，更加严重降低垢下介质的pH值。导致垢下发生严重腐蚀，并导致局部产生蚀坑和穿孔。这是造成板片发生快速垢下腐蚀的介质因素。

3 结语

（1）板片失效主要是因为外表面结垢，板片发生垢下腐蚀造成的穿孔；

（2）建议对喷淋水质进行定期取样分析；

（3）建议在分馏塔顶增加缓蚀剂加注流程，抑制空冷器板片的结垢、堵塞和酸性腐蚀；

（4）建议定期使用高压除盐水对空冷器板片进行冲洗，特别是外表面结垢部位，避免长期结垢引起垢下腐蚀。