换热器腐蚀问题原因分析及应对措施

摘 要： 换热器，又称热交换器，是一种在不同温度的两种或两种以上流体间将热流体的部分热量传递给冷流体以使流体温度达到工艺条件，满足生产需要的设备，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。在石油、化工、电力及其它他许多工业生产中占有重要地位。换热器的安全、平稳、可靠运行对企业安全生产、经济效益等起着关键作用。因此，了解换热器的腐蚀问题，分析原因和采取有效措施以提高换热器的抗腐蚀能力有着重要的意义。本文针对某化工企业丁二烯装置换热器腐蚀问题展开讨论和研究，并给出相应的防范措施，以供大家参考。

关 键 词：换热器1； 腐蚀2； 防腐3；化工设备4

中图分类号：TQ050.9文献标志码： A 文章编号： 1004-0935（20202024）0×9-00001481-0×4

丁二烯装置自开工以来，丁二烯换热器运行期间或检修期间发现都会出现不同形式的泄漏，对装置的安全平稳运行带来隐患^[1-3]。为更好地减少丁二烯换热器泄漏，本文对丁二烯装置换热器泄漏的原因以及行业现状及延缓泄漏的处置措施做详细的分析介绍。

1丁二烯装置换热器运行现状

经过研究统计，该装置共有循环水冷却器38台，其中33台换热器循环水走管程，5台循环水走壳程。自2017年9月开工以来目前已发现内漏的循环水冷却器16台，其中循环水走壳程的有5台，循环水走管程有11台。

以E-3108B为例，自2019年12月份开始出现泄漏，2020年3月、2020年9月、2021年3月共进行了4次换热器堵漏检修，现堵管率达到14.1%。堵管率在10%左右的换热器还包括E-3203A堵管率10.4%、E-3201堵管率9.3%等。

丁二烯装置处于全场循环水用户的末端，冷却器分布在19m平台上，冷却器处进水压力较低仅能达到0.25MPa。循环水流量参与塔压控制，进一步造成了循环水流量受限。装置运行负荷低，开停车次数较多，累计开车12次。

2 国内同类装置换热器运行状况调查

经过对多个企业同类丁二烯装置调研发现，高浓度丁二烯流经的换热器在2—3年内均出现严重泄漏情况。下面列举一些调研数据以作参考^[4-10]。

1）内蒙古某能源有限公司丁二烯装置自2019年4月开车以来，其丁二烯抽提单元脱重塔塔顶冷凝器，拥有管束3000根，堵漏100余根，泄漏率为3%。

2）天津某公司丁二烯装置自2010年开车以来，脱重塔、脱轻塔、二萃塔塔顶冷凝器因腐蚀己全部更换，其中脱重塔冷凝器就更换过9台（3台并联），2014年后经加防腐涂层处理，延长了冷凝器的使用寿命。

3）武汉某公司乙烯丁二烯装置自2013年底开车以来，脱重塔塔顶冷凝器因腐蚀在2016年更换1台，2017年更换1台，并对2台更换后的冷凝器材质全部升级为不锈钢，目前运行平稳。

4）四川某石化丁二烯装置脱重塔塔顶冷凝器原设计上3台换热器都有隔离阀，2015年投用后运行1年半也出现了泄漏，2017年初更换了2台。根据运行情况将流程改变为2开1备。

5）南京某公司丁二烯装置自2019年底开车以来，脱重塔塔顶冷凝器（循环水走管程）发生2次聚合胀裂，计划改为循环水走壳程，现带病运行，已列入更换计划。

3 丁二烯换热器腐蚀原因分析

3.1循环水换热器腐蚀原因分析

换热器腐蚀的主要原因为循环水流速低后发生垢下腐蚀导致管束泄漏。

3.1.1装置实际运行期间进料负荷低，换热器设计负荷大

工艺设计换热器换热余量15%，设备制造选型时余量20%，而装置开工以来，实际有效运行时间进料负荷率低于85%，造成换热器设计负荷较大。正常生产时，由于生产负荷小，系统热负荷小，冷凝器循环水用量小，导致循环水阀门阀位开度过小，进而导致循环水通过冷凝器的流速低，流速不够易发生垢下腐蚀。

3.1.2装置开停工次数多

装置开停工次数多：2018年开停工4次，2019年开停工4次，2020年开停工3次，计划与非计划停车共计12次，频繁的开停工导致换热器运行条件频繁改变，加剧了换热器的腐蚀。

3.1.3工艺特性

为防丁二烯聚合，SEI设计上丁二烯浓度高的冷却器循环水走壳程，且通过控制循环水流量来控制塔顶压力。装置界区循环水供水压力为0.41～0.45MPa，循环水进三层平台（19m）换热器的水压只达到0.25MPa，循环水走壳程造成流速低，循环水中黏泥与微生物（如异氧菌等）在换热管表面缺陷位置吸附沉积，污垢覆盖造成金属表面形成电极电位不均匀，形成氧浓差电池，致使覆盖物下形成孔蚀或点蚀。

3.1.4 循环水杂质多，堵塞部分换热管

装置有5台冷凝器在2020年8月大检修打开后发现管程循环水侧出现不同程度的腐蚀，管板处有大量附着物。循环水杂质多，堵塞部分换热管，导致部分循环水管流速进一步降低，杂质、微生物等在换热器内加速吸附和沉积，加剧腐蚀。

3.2 脱重塔顶冷凝器E-3203A/B腐蚀分析（重点冷凝器举例）

3.2.1腐蚀机理分析

在循环水环境中，造成碳钢局部腐蚀的机理主要有两种：一种是垢下腐蚀，主要是生成垢（垢包括泥沙、水垢、腐蚀产物垢、微生物黏泥等）后形成氧浓度差池，氧的还原反应在污垢缝隙之外的阴极区发生，此时垢下产生过剩的正电荷，过剩正电荷吸引带负电的氯离子迁移至垢下缝隙中，致垢下氯离子富集。之后金属氯化物水解，生成不溶性的金属氢氧化物沉淀和可溶性的盐酸。盐酸电离产生氢离子和氯离子，继续加剧腐蚀。

另一种是微生物腐蚀，其实质是电化学腐蚀，主要过程为：系统内自由漂浮的黏液生成菌黏附在低流速的位置上，当黏液聚成大块时，会从水中拦截悬浮的固体物质，如氧化铁和能积聚大量富铁沉积物的自由漂浮的细菌，黏液生成菌和铁细菌消耗掉扩散到沉积物中的少量氧气后，沉积物下面形成缺氧状态。硫酸盐还原菌发现沉积物下面的有利位置，并在金属表面的缺氧区域聚居生活，在无氧情况下，再加上硫酸盐还原菌生成的硫化物，破坏了表面的钝化膜，从而导致了局部腐蚀。

换热器的腐蚀是由上述垢下腐蚀和微生物腐蚀共同作用下造成的。

3.2.2 E-3203A/B现状

E-3203A/B每台共有管束2810根，其中E-3203A管束堵漏291根，泄漏率10.3%，E-3203B管束堵漏209根，泄漏率7.4%。

E-3203A/B冷凝器堵漏情况见图1、图2。

3.2.3E-3203腐蚀分析

现场实际测得进E-3203A/B循环水流量为160m³·h^-1，计算所得循环水在壳程内流速=/=/（1-/）≈0.23m·s^-1，在GB50050工业循环水标准，壳程流速应在0.3～0.6 m·s^-1，当换热器水侧流速低于0.3 m·s^-1时，在折流板的负压区容易产生污垢，降低了传热效果，导致垢下腐蚀。E-3203A/B为固定管板式换热器，循环水走壳程，工艺介质走管程，壳程内挡流板为弓字型，循环水在换热器壳程经过多次折流后流速进一步降低Nt5VT19eJI3PiqO4ZMArNg==，即使达到设计计算的平均流速达到0.3m·s^-1，实际上个别部位，尤其是靠近管板、折流板的死区，流速远低于此值，在此种不利的条件下，药剂处理也很难发挥其应有的作用，结合国内的相关经验壳程横流速度一般建议大于0.5 m·s^-1，故循环水流速低是导致换热器腐蚀的重要原因。

3.3其他腐蚀严重换热器原因分析

3.3.1 E-2108泄漏原因

E-2108泄漏原因是因首批氧化脱氢催化剂中含氯离子，经分析物料中氯离子质量浓度最高达到了511mg·L^-1，因氯离子腐蚀对换热管造成了损伤；另因反应产物中有二氧化碳（质量分数8%），该处存在露点腐蚀。

3.3.2 E-2106管壳程温差较大。

管程入口物料温度高达550℃，壳程90℃凝液从壳程管口进入后造成管束外壁急速冷却而发生冷缩泄漏，泄漏的管束主要集中在凝液进入的管口附近，呈三角型排列。

4已采取的措施

1）针对装置冷凝器内漏情况， 2020年3月19日由烯烃事业部，公用工程部，钜迈（泰兴）等单位技术人员就丁二烯装置冷凝器内漏情况进行技术分析，经过充分讨论，形成统一的意见： 正常生产期间，制定冷凝器循环水侧检查表，定期检查，监控内漏状况； 重点冷却器循环水侧加装压力表，对冷却器出口循环水压力进行监控；对管束有腐蚀的冷凝器循环水进水挡板处加装锌块。

2）对于E-2108腐蚀问题和SEI进行了沟通，认为主要还是氯离子腐蚀，建议材质升级为双相钢，氯离子为原始开工时催化剂中带入，第二批氧化脱氢催化剂已加强控制，催化剂中氯离子质量分数＜0.05%（离子色谱法），催化剂更换后对物料中的氯离子质量分数已经降到了10mg·L^-1以下，目前腐蚀情况减缓，监控运行。

3）装置停工期间，控制循环水阀位不低于30%，并要定期调整循环水阀位，增加扰动，改变循环水流动状态。

4）加强循环水冷却器的泄漏管理，特别针对工艺介质压力高于循环水压力的冷却器，换热器循环水侧定期检查，每周进行换热器进出口温差检测。

5 针对换热器现状的一些防泄漏建议

1）对装置换热器循环水侧在运行过程中定期通入氮气，增加扰动，以减少垢在管子表面的沉积，减缓微生物腐蚀和垢下腐蚀产生的条件。

2）循环水换热器物料侧增加隔断阀，解决装置低负荷工况下循环水阀位开度过小问题，也便于检修。同时咨询某设计院，设计人员回复高浓度丁二烯换热器增加隔离阀只增加密封点，无安全风险。另外同类装置此部位的换热器也加装了隔离阀且运行平稳。

3）由于E-3203A堵管超过10%，建议更换，并做管束防腐，更换后E-3203A/B可以1开1备。

4）由于E-3108B堵管超过10%，建议更换，并做管束防腐，更换后E-3108A/B可以1开1备。

5）已在E-3207、E-1306、E-3102、E-2205、E-1302等在循环水管程入口加装锌块，利用牺牲阳极保护来延缓腐蚀，其他相同的换热器也计划检修时加装锌块。

6）加强水质管理，采取合理的措施降低微生物腐蚀和垢下腐蚀产生的条件，控制好循环水中异养菌和悬浮物等指标在标准值的下限附近，邀请第三方公司对水质进行分析检测。

6 结束语

换热器腐蚀内漏机理复杂，影响的因素众多，装置面对这种情况，已经从负荷调整、工艺操作、冷凝器生产及停工期间的日常维护、循环水水质监测以及设备防腐蚀策略上进行相应优化调整，延缓换热器腐蚀，尽可能减少冷凝器的腐蚀，延长使用寿命。

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Causes and Countermeasures of Heat Exchanger Corrosion

LIU Yanan，NIE Bingqian

（Jiangsu SierbangPetrochemical Co.，Ltd.，Lianyungang，Jiangsu，222000，China）

Abstract： Heat exchanger is a kind of equipment that transfers part of the heat of hot fluid to cold fluid between two or more fluids with different temperatures， so that the fluid temperature can meet the technological conditions and meet the production needs.At the same time， it is also one of the main equipmentto improve energy efficiency.It plays an important role in petroleum， chemical industry， electric power and many other industrial production. The safe， stable and reliable operation of heat exchanger plays a key role in the safe production and economic benefits of enterprises. Therefore， it is of great significance to understand the corrosion problems of heat exchangers， analyze the causes and take effective measures to improve the corrosion resistance of heat exchangers.Heat exchanger， also called heat exchanger， is a kind of heat transfer between two or more fluids at different temperatures， some of the heat of the hot fluid to the cold fluid so that the fluid temperature to meet the process conditions， to meet production needs， but also to improve the efficient energy use of one of the main equipment. It plays an important role in the production of petroleum， chemical， electric power and many other industries. The safe， stable and reliable operation of the heat exchanger plays a key role in the safe production and economic benefit of the enterprise. Therefore， it is of great significance to understand the corrosion problems of heat exchangers， analyze the causes and take effective measures to improve the corrosion resistance of heat exchangers.In this paper， the corrosion problem of heat exchanger in butadiene plant of a chemical enterprise iswasdiscussed and studied， and the corresponding preventive measures areweregivenfor your reference.

Key words： Heat exchanger1; Corrosion2; Anti-corrosion3; Chemical equipment4