固定管板式换热器管束腐蚀失效分析.pdf

2016年第3卷第1期石油化工腐蚀与防护 CORROSION& PROTECTION IN PETROCHEMIC.AL. INDUSIRY失效分析与寿命评估
固定管板式换热器管束腐蚀失效分析
李玉艳,孔维荣
(江苏锡压石化装备有限公司,江苏无锡214000
摘要:采用担描电镜、能谱仪(EDS)及X射线射仪(XRD)等仪器设备,对某化工装置月固定
板管式换器管束进行了腐蚀失效分析。分析表明:管束材质实际碳质量分数仅为0.119%,低于
设计材质20钢的标准要求,但对腐蚀性能影响较小;管朿腐后整体壁厚发生减薄,大部分约为
1.6~1.9mm,低于初始壁厚2mm;管束气側只有経微浮锈,水侧结垢严重,发生了腐蚀穿孔,其腐
蚀产物主要呈褐色和黑色,成分主要为铁的氩氧化物和氧化物。可以判断,该換热器管束在近海
引用循环水环境中发生了均匀腐蚀伴随局部腐蚀穿孔,这种腐蚀主要是由循环水的溶解氧、氯离
子及徽生物共同作用形成。
关键词:换热器管束腐蚀失效
某石化公司在役的一台固定板管式换热器发壁材质是碳钢,管束设计材质为20号钢,管束直
生了比较严重的早期失效,在使用不到3个月的时径19mm,壁厚2mm
间内即有超过50%的换热管发生腐蚀穿孔,导致1.2形貌观察
换热器无法正常工作,严重影响了生产。为探寻该
该换热器内与循环水接触的部分包括换热管
换热器管束早期腐蚀失效的原因,本文将从管東的外壁、折流板和水管进出口内壁均已被腐蚀,大量
形貌、材质分析、腐蚀产物分析及服役工況等方面瘤状的腐蚀产物覆盖在其表面,腐蚀瘤较为疏松,
进行分析,并在此基础上提出适当的预防措施。
可敲落,每个较大的腐蚀瘤下面都可见到较大的
孔或者坑(见图1)。由图1可以看出,腐蚀产物
换热器管束早期失效分析
颜色主要为棕褐色,内层有黑色,局部外层呈淤泥
1.1换热器服役工况
状的黑色,管東内部情况良好,只有轻微的浮锈。
该換热器流动形式为逆流,气走管程,水走売除去管束外层的腐蚀产物后,换热管的壁厚为
程。管程的气体介质为乙烯、丙烯和丙烷等循环1.6-1.9mm。可见,循环水环境对换热器腐蚀
气,温度约为120℃,压力为0.54MPa;売程介质影响重大,换热管的穿孔是从外侧(売程水侧)开
是近海引水并适当处理的冷却循环水,其进口平始的,从腐蚀形态上讲,该换热器売程及管束表现
均温度约为33℃,压力约为0.45MPa;换热器壳为均匀腐蚀伴随局部腐蚀穿孔。
图1换热管外部形貌
1.3基材材质分析
收稿日期:2015-10-20;修改稿收到日期:2015-12-06。
作者简介:李玉艳(1984-),工程师,硕士,主要工作及研究
从換热管上截取试样,处理掉离蚀产物后,采。方向工艺迷宮式压締机及配套设备质量管控与散障研究
用能谱仪对其成分进行化学分析。该换热器管東
E-mail: liyuan(@ pece-xy com
失效分析与寿命评估
石油化工腐蚀与防护
2016年第3卷
设计材质为20号钢,选用标准为GB/T9948《石1.4腐蚀产物分析
油裂化用无缝钢管》,实际管束的碳质量分数为1.4.1EDS分析
0.119%,低于标准0.17%~0.23%的要求,这可
用扫描电镜和能谱仪对管束水侧腐蚀产物进
能是管束出厂前热处理不合格导致了脱碳,也可行分析,结果见图2。结果表明,腐蚀产物中各元
能是原坯并非20号钢。但是,该碳含量应对换热素质量分数:Fe59.76%,O34.45%,Si2.04%,
管束腐蚀不产生明显影响
A11.46%,P1.21%,S1.08%。
2000r0
1200
800
1.002.003.004.005.006.007.008.009.0010.00
能量/keV
图2EDS分析结果
1.4.2XRD分析
均匀腐蚀符合氧腐蚀的特点2,碳钢中的铁原子在
对腐蚀产物进行补充定性的物相分析循环水环境中失去电子,不断产生Fe2',同时含氧
(NXRD),结果见图3。由图3XRD分析结果,这水中不断产生OH,结合后形成Fe(OH)2。反
些腐蚀产物主要为铁的氧化物和氢氧化物应过程为:
Fe3O4,FeO和 FEOOH。根据EDS分析出的相关
元素判断腐蚀产物中可能还存在少许硫化物、磷
O2+2H-O+4e40H
化物及硅酸物
Fe+20H→Fe(OH)2
300
Fe(OH)2在含氧水中被进一步氧化成
Fe(OH)3,并脱水形成棕褐色铁锈 Feooh。部分
Fe也会直接被氧化成FeO而沉积。根据XRD腐
t Feo(OH
蚀产物分析结果及腐蚀机理,可以推断,换热器服
役期间循环水中的氧含量较高,其对换热器的腐
100
蚀产生了重要的作用。同时,循环水中可能存
在的微生物铁细菌在含氧的环境下,能够在较短
的时间内产生铁的氢氧化物和氧化物沉积。
2030405060708090
此外,循环水中的含量较高腐蚀性阴离
20A(°)
子一氯离子也会对壳程基体造成浸蚀。该
图3XRD分析结果
换热器壳程在含循环水环境中由于表层氧化附
着而形成了较弱的钝化保护膜,而钝化膜破坏理
1.5失效分析
论表明?,由于钝化膜内存在极小的细缝,半径
该换热器所用循环水为近海引水并作阻垢和
和穿透力强的氯离子能够通过这些细缝到达基
缓蚀处理,主要降低钙镁离子影响及酸碱度,但未体表面,并与基体作用形成可溶性化合物FeCl2,
对循环水进行含氧监测及控制。根据腐蚀形态和使得基体局部不断溶解减薄
产物情况可以判断,这种腐蚀主要是由循环水的
随着上述这些铁的氧化物、氢氧化物的沉积
溶解氧、氯离子及微生物共同作用形成。
和附着,垢下腐蚀逐步扩大。最初,沉积垢下与垢
该碳钢换热器壳程在循环水的作用下发生的周围处于不同电位的金属基体组成了一个活态