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煤化工裝置循環(huán)水換熱器腐蝕原因分析及防護措施

文檔作者：李瑞龍陳湊喜楊靖華文檔來源：神華寧夏煤業(yè)集團煤制油項目工程指揮部煤制油分公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年09月21日
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第 45 卷 第 12 期
2016 年 12 月
Vol.45 No.12
Dec.2016
化工技術(shù)與開發(fā)
Technology &amp;amp; Development of Chemical Industry
煤化工裝置循環(huán)水換熱器腐蝕原因分析及防護措施
李瑞龍，陳湊喜，楊靖華
( 神華寧夏煤業(yè)集團煤制油項目工程指揮部煤制油分公司，寧夏 靈武 750411)
摘 要： 本文對煤化工裝置換熱器的常見腐蝕情況及原因進行了客觀分析, 分析得出設備發(fā)生腐蝕的幾種類
型, 并提出了相應的防護措施。
關(guān)鍵詞：循環(huán)水；換熱器；腐蝕；防護
中圖分類號：TE 97 　 　文獻標識碼：B 文章編號：1671-9905(2016)12-0052-02
收稿日期：2016-10-25
換熱器是在化工生產(chǎn)裝置中廣泛應用的重要
設備，往往占到整個設備投資比重的1/3 以上[1]，其
中，又常以循環(huán)水換熱器居多，應用也最為廣泛。循
環(huán)水換熱器換熱效果的好壞，或是否存在介質(zhì)泄漏
的風險，往往關(guān)系著整個化工裝置是否能夠安全、平
穩(wěn)、長周期、高效運行[2]。 許多化工裝置都曾發(fā)生
過由于循環(huán)水換熱器腐蝕、堵塞造成換熱效果差甚
至導致物料互竄的重大安全風險，進而被迫采取緊
急停車的設備事故。特別是現(xiàn)代煤化工裝置，循環(huán)
水換熱器常以碳鋼材質(zhì)居多，介質(zhì)側(cè)又多以合成氣
（CO+ H2）、CO、CO2、CH3OH、H2S、丙烯、丙烷以及其
它有機酸居多。由于各類客觀因素，在日常生產(chǎn)管
理過程中，經(jīng)常發(fā)生循環(huán)水換熱器設備出現(xiàn)管束堵
塞、磨損、穿孔、殼體減薄、孔蝕等嚴重腐蝕問題。為
此，我們對煤化工裝置循環(huán)水換熱器常見的腐蝕現(xiàn)
象的類別、問題成因等進行客觀、科學的分析，并研
究提出相應的防腐優(yōu)化、改進措施，以期為循環(huán)水換
熱器設備的采購選用、日常維護及檢維修作業(yè)提供
有益的理論參考和現(xiàn)實借鑒。
1　常見的腐蝕類別
1.1 垢下腐蝕
垢下腐蝕是煤化工裝置存在的最為廣泛的一類
腐蝕。當循環(huán)水中Ca2+、Mg2+ 總含量或者微生物黏
泥、泥沙等其他固體含量偏高時，循環(huán)水將具有較強
的結(jié)垢性。水中各類雜質(zhì)極易在換熱器管束內(nèi)壁的
某些缺陷部位進行結(jié)垢，從而形成垢下缺氧、垢外富
氧的特殊環(huán)境。在這類環(huán)境條件下，循環(huán)水冷媒介
質(zhì)中就會形成以低電位鐵素體為陽極、高電位碳化
鐵為陰極的腐蝕電池[3]，從而使換熱器材質(zhì)受到侵
蝕，形成一類自催化、閉塞電池過程的垢下腐蝕現(xiàn)
象。其中，陽極發(fā)生反應：2Fe-4e- → 2Fe2+，陰極發(fā)
生反應：4e-+2H2O+O2 → 4(OH)-。
1.2 氯離子腐蝕
循環(huán)水中含有的氯離子會對換熱器造成一定
的腐蝕，這類腐蝕一般也發(fā)生在垢下蝕孔或縫隙
中。碳鋼材質(zhì)金屬一旦因腐蝕發(fā)生溶解，生成的
Fe2+ 將會聚集在縫隙或蝕孔中。為了保持溶液的
電中性，大量的Cl- 就會遷移到相應蝕孔或縫隙中，
從而產(chǎn)生高濃度的FeCl2。FeCl2 可進一步水解生
成可溶性的鹽酸和不溶性的氫氧化鐵，從而對碳鋼
材質(zhì)的循環(huán)水換熱器造成腐蝕?？偡磻剑篎eCl2+
2H2O → Fe( OH)2+2H ++2Cl －。
1.3 溶解氧腐蝕
循環(huán)水在途經(jīng)冷卻塔等開放式冷卻系統(tǒng)時，
會與空氣發(fā)生充分接觸，空氣中的氧會部分溶解
于循環(huán)水中，導致循環(huán)水中的溶解氧得到持續(xù)補
充，進而在換熱器管束內(nèi)壁形成氧濃差的原電
池。其中，由于氧的電極電位高于鐵金屬的電極電
位，在該電化學腐蝕過程中鐵金屬作為陽極發(fā)生
氧化反應被腐蝕，氧作為陰極發(fā)生還原反應。其
中，陽極發(fā)生反應：Fe-2e → Fe2+；陰極發(fā)生反應：
1/2O2+H2O+2e → 2OH-。
萬方數(shù)據(jù)
第 12 期 李 瑞 龍 等：煤化工裝置循環(huán)水換熱器腐蝕原因分析及防護措施 53
1.4 應力腐蝕
應力腐蝕是指在受拉應力的作用下，換熱器金
屬在腐蝕介質(zhì)中發(fā)生的一類腐蝕形態(tài)。循環(huán)水換熱
器常發(fā)生的應力腐蝕類型有Cl- 應力腐蝕、S2- 應力
腐蝕和H+ 應力腐蝕。即使對于不銹鋼等優(yōu)秀的抗
腐蝕材質(zhì)換熱器，當Cl- 濃度＞ 30mg·L-1、溫度＞
75℃時，也會發(fā)生顯著的Cl- 應力腐蝕現(xiàn)象，S2- 應
力腐蝕則常發(fā)生在高強度鋼材質(zhì)的換熱器中。
2　腐蝕防護措施
根據(jù)循環(huán)水換熱器投用的工藝條件以及材質(zhì)、
環(huán)境因素，可以從換熱器設備本體、設備運行過程監(jiān)
控及維護、循環(huán)水水質(zhì)、流速以及主動防御清洗等多
方面進行措施優(yōu)化，進而綜合采取科學、有效、經(jīng)濟
的防腐措施，減少因循環(huán)水換熱器腐蝕造成的意外
生產(chǎn)事故、事件的發(fā)生。
2.1　選用高耐腐蝕性材料
要從根本上降低循環(huán)水換熱器發(fā)生腐蝕的
風險，應在換熱器設備的設計、選型和制造過程
中，盡量減少使用普通碳鋼材料，而優(yōu)先考慮使用
高耐腐蝕性材料。例如不銹鋼( 如1Cr18Ni9Ti、
00Cr19Ni10、08Cr2AlMo)、超低碳不銹鋼( 如304L、
316L、443、439) 及雙相不銹鋼( 如S32205、S32750)
等都是非常出色的抗腐蝕性金屬材料。當然，該類
高耐腐蝕性材料的價格相對較高，因此，該類材料的
選用應綜合考慮其他抗腐蝕措施，兼顧經(jīng)濟性、耐用
性、便捷性等多方面因素。
2.2　涂刷耐腐蝕涂料
在普通碳鋼材質(zhì)換熱器內(nèi)涂刷耐腐蝕性涂料，
不僅可以大幅提高換熱管束抗銹、抗侵蝕、抗沖擊、
耐溫變的性能，還可以有效隔離碳鋼材質(zhì)換熱器表
面與循環(huán)水的接觸，有效降低各類沉積與積垢現(xiàn)象
的發(fā)生，一定程度上提高循環(huán)水換熱器抗腐蝕性能
以及綜合換熱效率[4]。近年來，常用的循環(huán)水換熱
器耐腐蝕涂料有C-H848、CH-784、TH-847、LX-
08、DH-22-2 等，該類耐腐蝕涂料通常需要涂刷至
一定的厚度，一般至少控制在200μm 以上。
2.3　異種鍍層防腐
異種鍍層防腐技術(shù)是近年來逐漸興起的一類金
屬防腐新方法。其中，最具代表性、應用也較為廣泛
的就是化學鍍鎳磷技術(shù)。它利用特定還原劑，使溶
液中的Ni2+ 有選擇地在催化活化的換熱器金屬表面
上還原析出，從而形成金屬鍍層（也稱金屬玻璃）[5]。
該金屬防腐新技術(shù)具有耐腐蝕性強、耐摩擦性好、傳
熱性優(yōu)、耐結(jié)垢等優(yōu)良特性。
2.4　電化學保護
常用的電化學保護方法主要以陰極保護法為
主。陰極保護法主要是將金屬鐵的電極電位向負方
向進行調(diào)節(jié)，從而使換熱器的金屬材質(zhì)不處于E-pH
腐蝕區(qū)，進而降低或抑制陽極發(fā)生腐蝕的風險[6]。
具體可通過外加電流或犧牲陽極兩類途徑實現(xiàn)。其
中，犧牲陽極法在煤化工生產(chǎn)裝置循環(huán)水換熱器防
腐中應用較為普遍，它具有施工簡單、管理方便、對
附近設備無干擾等特點。目前，常用的犧牲陽極材
料主要有鋅合金、鋁合金、鎂合金。
2.5　循環(huán)水質(zhì)管控
在循環(huán)水引入換熱器前，可先加入預膜劑，對換
熱設備進行過濾、預膜、置換處理后，再在循環(huán)水管網(wǎng)
系統(tǒng)中加入適量的緩蝕阻垢劑、殺菌滅藻劑、防腐緩
蝕劑等藥物，對水質(zhì)進行嚴格的生化處理，從而降低
循環(huán)水中Ca2+、Mg2+、Cl- 以及溶解氧的濃度，控制換熱
器內(nèi)部結(jié)垢、微生物淤泥堆積以及溶解氧的含量，進
而降低循環(huán)水在換熱器中發(fā)生各類腐蝕的風險。
2.6　循環(huán)水流速管控
循環(huán)水換熱器運行期間，要定期監(jiān)測、控制好循
環(huán)水的流速。原則上管程的流速不得低于1m·s-1，
同時，要確保循環(huán)水流量達到工藝設計值，從而有效
減少管束內(nèi)壁沉積、結(jié)垢，以及由此造成的管束垢下
腐蝕等問題發(fā)生[7]。
2.7　主動清洗防御措施
要充分利用每一次停車檢修的機會，采用高壓
水槍、超聲清洗等方式，對換熱管束、內(nèi)管壁等易臟
污、結(jié)垢部位進行沖洗。甚至在裝置無法停車、設備
無法工藝交出時，可采取在線清洗等非常規(guī)措施[8]，
以最大程度消除管內(nèi)發(fā)生各類腐蝕的環(huán)境因素，盡
可能延長換熱器設備的使用壽命。
3　結(jié)語
綜上所述，我們對煤化工生產(chǎn)裝置循環(huán)水換熱
器發(fā)生腐蝕的類型和產(chǎn)生原因進行了客觀、科學的
分析，并提出了一系列有效、可行的防治措施，以期
（下轉(zhuǎn)第57頁）
萬方數(shù)據(jù)
第 12 期 陳 曉 梅等：潤滑油高壓加氫裝置運行情況分析及應對措施 57
下落高度過高等，影響裝填密度，嚴禁催化劑形成尖
堆，以免較大的顆粒滾落在四周邊緣處，致使催化劑
床層的孔隙嚴重不均，反應物料形成溝流或偏流，造
成床層徑向溫差較大。
3.3　產(chǎn)品顏色及安定性差
減三線和減底產(chǎn)品呈紅棕色且易變色，主要與
油品組成有關(guān)。潤滑油基礎油的顏色與其含有的烯
烴、氮和芳烴含量有關(guān)。從表1 中減二線與減三線產(chǎn)
品的含量對比可以發(fā)現(xiàn)，兩種產(chǎn)品單環(huán)芳烴含量較接
近，分別為4.2% 和4.6%；多環(huán)芳烴的含量分別為2.7%
和4.4%，二者的氮含量也很相近，分別為21×10-6 和
22×10-6，但是二者的賽波特色度卻相差很大，這充分
證明了多環(huán)芳烴影響潤滑油產(chǎn)品的色度。
產(chǎn)品中不飽和烴類較活潑，容易與空氣中的氧
結(jié)合，生成過氧化物自由基，然后發(fā)生縮合。加氫處
理減壓側(cè)線油中含有部分加氫的多環(huán)芳烴，這類物
質(zhì)非常不穩(wěn)定，是影響產(chǎn)品光安定性的主要原因[5]。
我公司潤滑油加氫裝置產(chǎn)品有顏色及安定性
差，主要是由于加氫精制段烯烴和芳烴飽和程度不
夠造成的。因此，想解決產(chǎn)品質(zhì)量問題，建議調(diào)整優(yōu)
化操作條件，使催化劑發(fā)揮出最大性能。
4　結(jié)論
為解決以上問題，建議：1）優(yōu)化操作，提高芳烴
尤其是多環(huán)芳烴的飽和度，提高油品的顏色和光安
定性；2）考慮原料罐區(qū)投用氮封措施以減少原料氧
化和生成膠質(zhì)；另外，有必要為裝置提供優(yōu)質(zhì)原料和
對輸送原料的管道材質(zhì)進行升級，以免腐蝕造成大
量鐵離子進入到原料中，造成反應器床層壓降升高；
同時，按時分析鐵離子含量，以便及時調(diào)整注緩蝕劑
量；3）嚴格控制催化劑裝填質(zhì)量，保證催化劑床層
空隙率均勻分布以避免偏流，使得催化劑活性得以
平穩(wěn)均勻發(fā)揮，延長催化劑使用壽命。
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Operation Status Analysis of Lube Oil High-pressure Hydrotreating Unit and
Countermeasures
CHEN Xiaomei, SUN Bojun, YAN Jun
(Panjin North Asphalt Fuel Co. Ltd, Panjin 124221, China)
（上接第53頁）
對同類煤化工裝置的循環(huán)水換熱器防腐蝕管理工作
提供有益的參考。
參考文獻：
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Corrosion Cause Analysis of Heat Exchanger in Coal Chemical Industry and its
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LI Ruilong, CHEN Couxi, YANG Jinghua

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