變換氣空冷管束腐蝕原因分析與防護(hù)

呂佳琪

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

1 前言

某制氫裝置以天然氣和飽和的煉廠氣為原料，烴類(lèi)蒸汽轉(zhuǎn)化法制氣、PSA提純氫氣，生產(chǎn)符合高壓加氫裂化裝置新氫要求的高純氫氣。該裝置空冷在運(yùn)行期間發(fā)生管束泄漏，泄漏點(diǎn)位于管束與入口管箱脹接部位。裝置隨后停工處理，并對(duì)空冷進(jìn)行了打壓氣密，共發(fā)現(xiàn)5臺(tái)空冷出現(xiàn)了管束泄漏，堵管11根。變換氣空冷的基本情況，見(jiàn)表1。

表1 空冷基本信息

2 空冷管束泄漏原因分析

2.1 空冷管束泄漏情況

空冷泄漏位置在管束的北側(cè)入口正下方三排，泄漏管束的管口與管箱焊接位置焊縫完好，未見(jiàn)明顯腐蝕痕跡；內(nèi)窺鏡檢測(cè)表明，管束內(nèi)表面無(wú)明顯腐蝕或沖刷痕跡（見(jiàn)圖1、2）。

圖1 管束泄漏位置及管束內(nèi)部

圖2 管束泄漏周?chē)?/p>

2.2 空冷結(jié)垢情況

現(xiàn)場(chǎng)檢查空冷入口管底部、空冷管束靠近管箱無(wú)翅片覆蓋部分以及空冷入口管箱底部的外表面均有不同程度的結(jié)垢現(xiàn)象，垢物呈黃色與白色，采樣后可見(jiàn)垢物呈砂礫狀，質(zhì)地較為疏松，不溶于水；同時(shí)發(fā)現(xiàn)，空冷入口管線底部結(jié)垢主要集中在入口管東側(cè)底部（即靠近管束的一側(cè)），西側(cè)無(wú)明顯結(jié)垢痕跡；空冷管束表面結(jié)垢主要集中在空冷入口管線正下方的區(qū)域；入口管箱底部結(jié)垢主要集中在入口管箱下沿（見(jiàn)圖3～5）。

圖3 空冷入口管表面結(jié)垢東側(cè)、西側(cè)

圖4 空冷管束管表面結(jié)垢情況

圖5 空冷入口管箱下沿結(jié)垢情況

2.3 管箱頂部擋板

現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，空冷入口管箱頂部均安裝有擋板，擋板在入口管線位置都留有開(kāi)口，以確保安裝后減少擋板與入口管箱之間的空隙。但現(xiàn)場(chǎng)部分擋板可能由于安裝等原因，未與管箱完全貼合，導(dǎo)致入口管線部位有一個(gè)開(kāi)口，無(wú)開(kāi)口管箱下沿結(jié)垢較為輕微。

2.4 垢樣分析

圖6 空冷入口管箱擋板情況

現(xiàn)場(chǎng)分別采集了北側(cè)入口管箱底部、入口管線底部的垢樣，采用化學(xué)分析的方法對(duì)垢樣進(jìn)行分析，分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2

從分析結(jié)果可以看出，垢樣中主要含有Ca、Mg、Na、Fe、K、Zn等金屬離子，以及Cl離子，同時(shí)，含有少量的Ni、V等金屬離子。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)結(jié)垢位置及垢樣分析結(jié)果，認(rèn)為垢物主要為新鮮水噴淋過(guò)程中，新鮮水在管線表面不斷蒸發(fā)所形成的“水垢”（主要為Ca、Mg等）。垢樣中含有的K、Zn等元素可能來(lái)源于管束泄漏后滲出的催化劑粉末，而Fe可能來(lái)源于管線表面的鐵銹。

2.5 原因分析

通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)泄漏、結(jié)垢等情況，結(jié)合垢樣分析結(jié)果，初步推斷造成空冷管束泄漏的原因是氯化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，具體分析如下：

（1）腐蝕相貌：內(nèi)窺鏡及外部腐蝕形貌觀察發(fā)現(xiàn)，空冷管束內(nèi)、外表面無(wú)明顯腐蝕減薄痕跡，推斷造成泄漏的原因?yàn)殚_(kāi)裂。

（2）基礎(chǔ)條件：空冷管束使用304L奧氏體不銹鋼，且脹接部位存在加工過(guò)程導(dǎo)致的殘余應(yīng)力（管束與管箱的脹口部位應(yīng)力集中），符合氯化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂條件。

（3）直接原因：空冷使用過(guò)新鮮水進(jìn)行噴淋，而新鮮水中含有少量氯離子。空冷入口管箱頂部擋板部位存在開(kāi)口，噴淋水通過(guò)開(kāi)口滲入并接觸空冷管束表面，在空冷管束無(wú)翅片覆蓋的部位，新鮮水不斷蒸發(fā)，氯離子濃度不斷升高并聚集。

（4）輔助條件：空冷入口部位溫度較高（140℃），較高的溫度以及管束表面干濕交替環(huán)境均有助于開(kāi)裂的發(fā)生；同時(shí)，空冷管束外表面暴露于空氣環(huán)境中，水中的溶解氧也會(huì)加速氯化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

在上述條件的共同作用下，空冷管束最終發(fā)生了氯化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

3 建議

（1）使用除鹽水清洗空冷管束表面結(jié)垢。

（2）在空冷入口管束上方安裝可燃?xì)怏w（H2）報(bào)警儀，同時(shí)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的管束泄漏。

（3）控制空冷入口管箱擋板施工質(zhì)量，使用焊接或填縫劑等手段消除擋板開(kāi)口。

（4）訂購(gòu)新的空冷器，擇機(jī)進(jìn)行更換。