编号：AQ-JS-03422( 安全技术)单位：_____________________审批：_____________________日期：_____________________WORD文档/ A4打印/ 可编辑浅谈炼油厂冷却器的腐蚀与对策Discussion on Corrosion of cooler in refinery and Countermeasures浅谈炼油厂冷却器的腐蚀与对策使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。

1概况大庆石油化工公司炼油厂有48套生产装置，年原油加工能力550万吨。

有燃料油、润滑油和化肥三大生产系统。

现有列管式水冷器300多台。

多数材质为碳钢，所用的水均为重复利用的循环水。

冷却器是生产装置的关键设备之一，日常大量的故障及事故抢修，约60％左右是由于冷换设备管束腐蚀泄漏所至。

严重影响了生产装置的安全、稳定、满负荷运行。

另外，当冷却水与温度较高的介质换热时（水多数走管程），水易结水垢，形成锈垢层，增加了热阻，使换热效率严重下降，满足不了生产的需要。

所以说，合理选用冷换设备管束材料及控制方法，减少腐蚀，是我们科技人员一直关注的问题。

我厂自85年以来，针对冷换设备的腐蚀，在不同的腐蚀环境，采用不同的对策，经过多年的努力，取得了良好的效果和明显的经济效益。

2结垢及腐蚀原因2.1管束内壁结垢及腐蚀原因分析对于大多数冷却器水走管程，因冷却水中含有钙、镁离子和酸式碳酸盐。

当冷却水流经传热的金属表面时就发生如下反应：Mg+2+HCO3-+H2O—MgCO3↓+Mg(OH)2·3MgCO3+CO2Ca+2+2HCO3__H2O+CO2+CaCO3↓当水中加有聚合磷酸盐作缓蚀剂时存在如下反应：3Ca+2+2PO4-2__Ca(PO4)2↓此外溶解在冷却水中的氧还会造成金属腐蚀，形成铁锈，反应如下：2Fe+2H2O+O2—2Fe(OH)2↓反应的结果在传热面上逐渐结垢，同时伴随铁锈的生成。

当冷却器运行时，由于垢层的影响，换热效果严重降低。

有的个别管束使用不到一年换热管内已被堵死。

另外，由于水垢的存在，易造成管内壁的垢下腐蚀，使管束的使用寿命下降。

水对金属表面的腐蚀主要为电化学腐蚀，在腐蚀电池中阴极反应主要是氧的还原，阳极反应则是铁的溶解。

碳钢在水中发生的腐蚀反应为：阳极反应：2Fe--2Fe+2+4e阴极反应：O2+2H2O+4e—4OH-总反应：2Fe+2H2O+O2--2Fe(OH)2↓在腐蚀时，铁生成氢氧化铁从溶液中沉淀出来。

因这种亚铁化合物在含氧的水中是不稳定的，它将进一步氧生成氢氧化铁。

2Fe(OH)2+2H2O+1/2O2--2Fe(OH)3↓之后，氢氧化铁脱水，生成铁锈。

2Fe(OH)3—FeOOH↓+H2O所以说，金属在垢下腐蚀由于本身电化学腐蚀存在自催化作用，将加速金属的腐蚀。

2.2管束外壁油相的腐蚀原因冷换设备的管束外壁腐蚀是炼油生产装置操作中常见的问题，特别是一次、二次加工装置的常减压、催化裂化、延迟焦化等的塔顶低温部位冷凝、冷却系统的腐蚀较为严重。

因冷却器壳程介质多数是油、汽，其操作温度在100-160℃左右，从腐蚀形态及金相分析结果看均为电化学腐蚀，只是腐蚀介质及操作条件不尽相同，其腐蚀特征有些差异，但腐蚀规律基本相同。

一般气相部位腐蚀轻微，液相部位腐蚀较重，尤以气液两相相变部位最为严重。

腐蚀形态为全面腐蚀与局部腐蚀并存，以坑蚀穿孔较为突出，最大局部腐蚀速度有的高达每年6毫米以上，平均每年在1.2-5毫米之间。

因油相系统中不同程度的含有HCl，H2S,HCN，NH3，和H2O随同轻组分一起挥发，当以气体状态存在时，一般腐蚀很小，在冷凝换热后温度下降100℃以下，冷凝区域出现液体水以后，在冷却器壳层便形成HCl-H2S-H2O与HCN-NH3-H2O系统的腐蚀。

对一次加工装置严重的腐蚀破坏是由HCl和H2 S相互促进，构成的循环腐蚀，其反应为：Fe+2HCl—FeCl2+H2↑FeCl2+H2S—FeS↓+2HClFe+H2S—FeS+H2↑FeS+2HCl—FeCl2+H2S对于二次加工装置冷凝系统的腐蚀原因与一次加工装置有区别，但在冷凝区域气液两相相变部位腐蚀程度是相同的。

从受腐蚀管束外观看，管束之间被疏松的腐蚀产物及污物堵死，金属表面出现蚀坑。

3解决管束腐蚀的方法一般情况下，对于冷换设备的管束，采用高耐蚀合金管束是不可取的。

因为，一是造价高，二是传热效果不好。

所以我厂通过十几年来，根据不同的防腐蚀环境，采用了不同的防腐方法，收到了很好的效果。

情况如下：3.1在解决管束内壁腐蚀及结垢的情况3.1.1解决管束内壁腐蚀方面从79年以来，我厂采用7910涂料进行管束内壁防腐。

7910涂料主要成份为环氧与氨基树脂的合成物，该材料属热固化型由高分子组成。

在耐弱酸强碱及水中氧化剂腐蚀特别好。

防腐后的管束可以在壳程入口温度小于160℃使用，基本解决了管束内壁金属表面腐蚀问题。

从79年到98年累计防腐约250台，可以节约制造费约500万元。

3.1.2解决管束结垢方面由于生产装置的操作条件的不同，当水与温度较高的介质进行换热时，在管束内壁有相当一部分结水垢，使换热设备效率下降，影响换热设备的换热效果。

根据实际情况，采用了如下的措施：（1）应用高压水射流技术生产装置检修的同时，采用高压水射流技术对管束内壁进行清洗锈垢层。

该技术是适合机械清洗条件的设备。

它具有清洗能力强，适用范围广。

如喷嘴为70MPa以上时，水从特制的喷嘴以超声速的速度射向被清洗物件，如同一把利刃将各类结垢物清除。

它的清除质量也是人工清洗无法比的。

该技术应用在冷换设备上用来清除金属表面水垢、铁锈及部分结焦物是一个行之有效的方法。

以1994年为例，当年共清洗154台，计31491平方米，通过测算可以获得644万元的效益。

（2）采用化学清洗技术冷换设备的管程多数走循环水。

当与温度较高的介质换热时，容易在管子内壁结垢形成垢层，使冷换效果下降。

有的冷却器使用时又停不下来，如果强制停下处理损失很大的。

我们采用了化学清洗的方法，避免了设备的停车。

情况如下：因冷却水大多数含有钙、镁离子和酸式碳酸盐。

当冷却水流经金属表面时，有碳酸盐的生成。

另外，溶解在冷却水中的氧还会造成金属腐蚀，形成铁锈。

由于锈垢的产生，换热效果下降。

严重时不得不在壳体外喷淋冷却水，结垢严重时会堵塞管子，使换热效果失去作用。

通过试验筛选，硝酸是适用于酸洗水垢的溶剂，因硝酸与水垢（碳酸钙、碳酸镁）发生如下反应：2HNO3+CaCO3—Ca(NO3)2+CO2↑+H2O2HNO3+MgCO3—Mg(NO3)2+CO2↑+H2O因为它溶垢迅速，并且溶解所形成的硝酸盐在水中溶解度大，操作简便等优点。

因硝酸溶液本身对金属有强烈的腐蚀作用，在酸洗过程中必须加入一定数量的缓蚀剂及其它助剂，用来保护金属表面。

通过清洗，达到时生产需要。

用该方法解决了部分冷换设备不能停车清洗的要求。

节约人力、物力、省时间、清洗质量好，提高工效十几倍。

如90年清洗11台冷却器，计1350平方米，可获直接效益14.58万元。

（3）采用在线清洗技术为了必免冷换设备管束使用中不结垢或对结垢的管束清垢。

采用了人工机械、高压水射流技术及化学清洗技术均取得较好的效果。

但上述方法只是消极的手段，没有从根本上解决问题。

对于这个问题，93年采用长岭炼油厂设备研究所研制的“冷换设备在线自动清洗技术”，该方法是在管束的每根单管内插入一定形状的内插件，通过管内水的流动，可以避免锈垢的形成，收到了很好的效果。

在线自动清洗技术（也叫弹簧自动在线清洗）是一种机械的方法。

其核心是以螺旋形弹簧和固体元件组合成一个简单的机械系统，安装于换热器管内。

在流体的作用下，产生连续不断的径向、轴向震动，扰动流体在管内壁部位的层流底层，促进湍流程度，有效地抑制了污垢的沉积，从而减少管内的热阻，增加了强化作用。

另外，螺旋弹簧振动与管壁反复磨擦，也使污垢得到清除。

由此可见，在线自动清洗技术最大的特点是防垢、除垢，并且还能强化传热。

从清洗垢角度讲，该方法同化学清洗及其它机械方法相比，不需要外加动力设备，不需停工、停产，在生产运行中就能发挥作用，能使设备在运行中长久、稳定，保持最佳传热状态。

我厂于93年5月在常减压一套常三线φ500的浮头式冷却器进行了“冷换设备在线自动清洗技术应用试验”。

该台设备在使用时易产生水垢，厚度在2毫米左右。

使换热效果下降，严重时一年下来部分管子已经堵死。

试验时间为93年5月到95年9月，近28个月中该设备没有发生泄漏，满足了生产需要。

95年9月装置检修时打开设备，看到管束的管子内壁没有一点水垢，光洁如初。

所安装的116根弹簧均完好无损，继续使用。

通过效益分析，该台设备每周期（840天）可以获得直接经济效益1.78万元。

或者说，通过应用该项技术能满足生产需要，避免了不应有的损失。

据有关资料介绍，在不换原冷换设备的基础上，可能提高传热效率30％以上。

3.2解决管束外壁腐蚀及锈蚀产物问题上一般情况下，冷换设备壳层多数走轻质油品，由于油中的有害杂质，使管束外壁腐蚀很严重。

从受腐蚀表面看，管束间被疏松腐蚀产物及污物堵死，金属表面出现蚀坑。

同时，锈蚀产物增加了流体阻力和热阻，使设备的换热效果下降。

3.2.1采用5454AI-Mg合金管束情况87年以来一直没有什么好方法来解决管束外壁腐蚀问题。

如采用不锈钢做管束，虽然能解决管束的腐蚀问题，但是造价昂贵。

另外，从管材导热率方面考虑不合适的。

（1）采用5454管束的依据1987年在充分对5454Al-Mg合金管束（以下简称5454管束）考察的基础上，对该材料进行了应用试验，收到了很好的效果。

因5454管束之所以耐油、汽腐蚀，因它在一定条件范围内使用，耐腐蚀性与不锈钢相近。

因纯铝的电化学标准电位很负，约为-1.66伏。

由于5454管束很容易与氧结合生成稳定的AI2O3钝化膜，使其电位迅速上升到-0.5伏，减少了整个腐蚀电池的电位差。

另外，该合金管束在耐冷却水腐蚀方面也是特别好的。

因水对碳钢冷却器管束内壁的腐蚀是一个电化学过程，是水中溶解氧引起的氧去极化腐蚀。

该管束不含铁元素，不受冷却水对碳钢腐蚀机理的影响。

恰恰相反，它在PH值为4.8-8.6范围内的冷却水能产生水化反应：2Al+6H2O—Al2O3·3H2O+6H++6e-使它与冷却水介质接触的表面形成一层质地致密，化学稳定的水化氧化物（Al2O3·3H2O）保护膜，这种膜一旦破坏，能迅速再生，使金属表面处于钝化状态，从而提高耐蚀性。