表面蒸發(fā)空冷器的腐蝕及防護(hù)措施

1、安全分析表面蒸發(fā)空冷器的腐蝕及防護(hù)措施任世科1, 劉雪梅1, 黨興鵬2(1. 蘭州石油化工公司研究院, 甘肅蘭州730060;21蘭州石化公司煉油廠, 甘肅蘭州730060摘要:通過(guò)對(duì)表面蒸發(fā)空冷系統(tǒng)腐蝕研究, 研制出一種能抑制表面蒸發(fā)空冷器腐蝕的專(zhuān)用緩蝕阻垢劑, 工業(yè)試驗(yàn)應(yīng)用效果較好, 建議在同類(lèi)設(shè)備上推廣使用。關(guān)鍵詞:表面蒸發(fā)空冷器; 專(zhuān)用緩蝕阻垢劑; 防護(hù)效果中圖分類(lèi)號(hào):TQ05315;T Q05019文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1001-4837(2006 10-0045-03Corrosion Survey and Protective Measures of Surface Evapo

2、ration Air CondenseREN Shi -ke 1, LIU Xue -mei 1-(1. C NPC Research Institute of Lanzhou Petroleum &2. C NPC Refinery of Lanzhou Petrochemical C om pany ,Abstract :One is by analyzing the corrosion of surface evaporation air condenser the corrosion of the surface evaporation air condenser system

3、 for a spe 2 cial -purpose a g ood resulting industry , and should be used widely on the similar equipment. K ey w ords :surface evaporation air condense ; special corrosion and scale inhibitor ; protective effect表面蒸發(fā)空冷器是蘭州石油機(jī)械研究所研制的集水冷與空冷、傳熱與傳質(zhì)為一體的新型高效冷凝冷卻設(shè)備。其具有傳熱效率高、能耗低、節(jié)水、投資少、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝維護(hù)方便、操作穩(wěn)定可靠等優(yōu)

4、點(diǎn), 適用于煉油行業(yè)溫度低于80的低溫工藝介質(zhì)冷卻和冷凝, 在煉油行業(yè)使用表面蒸發(fā)空冷器具有十分重要的節(jié)能意義和巨大的社會(huì)效益。蘭州石化公司煉油廠丙烷脫瀝青、300萬(wàn)噸重催、酮苯脫蠟、連續(xù)重整等裝置已使用該空冷, 但該表面蒸發(fā)空冷自使用以來(lái), 腐蝕問(wèn)題較為突出, 尤其丙烷脫瀝青裝置, 由于表面蒸發(fā)空冷管束外部結(jié)垢形成的垢下腐蝕嚴(yán)重, 多次造成管束腐蝕穿孔, 甚至因泄漏量大迫使裝置緊急降量處理, 若不及時(shí)采取措施, 將影響裝置的正常生產(chǎn)。1表面蒸發(fā)空冷腐蝕機(jī)理表面蒸發(fā)空冷的水垢是由過(guò)飽和的水溶性鹽類(lèi) 組成, 水中溶解有各種鹽類(lèi), 如重碳酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽等, 其中以溶解的重碳酸鹽(如C

5、a (HC O 3 2 最不穩(wěn)定, 極易受熱分解生成碳酸鹽沉積在金屬表面。因此, 當(dāng)其冷卻水中溶解的重碳酸鹽較多, 水流通過(guò)空冷表面管束時(shí), 由于其管束表面溫度較高, 就會(huì)受熱分解, 其反應(yīng)如下:Ca (HC O 3 2CaC O 3+H 2O +C O 2另外, 隨著溶解在冷卻水中的C O 2逸出, 水中的pH 值升高, 此時(shí), 重碳酸鹽在堿性條件下也會(huì)發(fā)生反應(yīng):Ca (HC O 3 2+2OH -CaC O 3+2H 2O +C O 2-3上述反應(yīng)中生成的CaC O 3屬微溶性鹽, 溶解度比Ca (HC O 3 2要小得多。同時(shí),CaC O 3溶解度是隨著溫度的升高而降低。因此, 在表面蒸

6、發(fā)空冷管束傳熱表面, 這些微溶性鹽很容易達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)而從水中結(jié)晶析出, 尤其當(dāng)水流速度較小或傳熱面較粗糙時(shí), 這些結(jié)晶沉淀物就更容易沉積在傳熱表面, 5 4形成水垢。由于這些水垢結(jié)晶致密且較堅(jiān)硬, 也被稱(chēng)之為硬垢。就此系統(tǒng)腐蝕而言, 主要腐蝕類(lèi)型為微電池腐蝕、氧濃差電池腐蝕1。111微電池腐蝕由于表面蒸發(fā)空冷的管束為碳鋼, 碳鋼的主要組織為鐵素體和滲碳體(Fe 3C 。鐵素體是體心立方晶格的純鐵, 而滲碳體是一種鐵碳化合物。碳鋼浸入水中后, 兩者之間由于電極電位不同產(chǎn)生了電位差。其次這一組分又是互相均勻、緊密地交叉排列在一起的電導(dǎo)體, 因而構(gòu)成了電聯(lián)接, 自由電子可以從陽(yáng)極鐵素體自由地流到滲

7、碳體上。水中的溶解氧能在滲碳體的表面吸收鐵腐蝕時(shí)釋放的電子, 從而使腐蝕過(guò)程連續(xù)進(jìn)行。其作用過(guò)程如下:陽(yáng)極反應(yīng):FeFe 2+2eFe (OH 2+H 2O Fe (OH 3+H +e 2Fe (OH 3Fe 2O 3+3H 2O陰極反應(yīng):O2+2H 2O +4e 4OH -112氧濃差電池腐蝕池。, 垢物下面與金屬表面形成縫隙區(qū), 在這些縫隙區(qū)內(nèi)的溶液很難得到氧的補(bǔ)充, 而縫隙區(qū)之外的溶液氧的供應(yīng)很充分, 因而縫隙區(qū)外富氧則形成陰極, 而縫隙區(qū)則貧氧形成陽(yáng)極被腐蝕。其化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與上述微電池腐蝕相同。2RH -2緩蝕阻垢劑性能及特點(diǎn)針對(duì)表面蒸發(fā)空冷腐蝕機(jī)理, 研制了一種能抑制此腐蝕的RH -

8、2緩蝕阻垢劑2, 它是一種以鋅鹽為主體緩蝕劑, 羧酸鹽和磺酸基團(tuán)的共聚物為分散阻垢劑, 并加入了具有優(yōu)良緩蝕性能的有機(jī)膦等的復(fù)合水質(zhì)穩(wěn)定劑。此配方克服了同類(lèi)緩蝕阻垢劑存在的分散性能不足、鋅鹽沉積和膠狀物絮凝等缺點(diǎn)。RH -2由于在共聚物中引入了磺酸基團(tuán), 對(duì)各種鈣垢具有很強(qiáng)的分散能力, 對(duì)溶解和穩(wěn)定鋅的能力優(yōu)于丙烯酸-丙烯酸脂二元、三元共聚物, 對(duì)泥沙、油污及有機(jī)物具有良好的分散能力, 在高pH 、高硬度、高堿度條件下, 對(duì)鋅垢、鈣垢、鐵垢仍具有優(yōu)良的阻垢性能, 由于是單劑, 使用投加方便。3RH -2緩蝕阻垢劑緩蝕阻垢試驗(yàn)對(duì)比試驗(yàn)依據(jù):HG /T 20241991水處理藥劑阻垢性能測(cè)定方法鼓

9、泡法、HG /T 21591991水處理劑緩蝕性能的測(cè)定旋轉(zhuǎn)掛片法、G B 500501995工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范。試驗(yàn)藥劑:(1 RH -2緩蝕阻垢劑; (2 CSW -101/CSW -205(國(guó)內(nèi)某化工研究所產(chǎn)品 ; (3 CH301/CH302(國(guó)內(nèi)某廠產(chǎn)品 。311靜態(tài)阻垢試驗(yàn)試驗(yàn)條件:(1 條件1:Ca2+:60515ppm ; 時(shí)間:10h ; 溫度:80; (2 條件2:Ca2+:920ppm ; 時(shí)間:10h ; 溫度:80。靜態(tài)阻垢試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。相對(duì)阻垢率:=(V 2-V 1 /(V 0-V 1 ×100%式中V 0Ca 2+濃度,ppm未加-2+濃度,p

10、pm2加RH -2緩蝕阻垢劑的試驗(yàn)后的Ca 2+濃度,ppm表1RH -2緩蝕阻垢劑靜態(tài)阻垢性能對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)條件藥劑用量(ppm 試驗(yàn)后pH 值阻垢率(%2+Ca 2+條件19513CSW -101/CSW-205條件2RH -240/13-20540/13854819291108711從相同條件的阻垢試驗(yàn)說(shuō)明,RH -2阻垢性能優(yōu)于CH301/302和CSW -101/CSW -205, 且隨pH升高,RH -2阻垢率仍很高, 而另兩種藥劑阻垢率則下降較多。312旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)3試驗(yàn)條件:Ca 2+:920ppm ; HC O -3:900ppm ;pH :813815; 旋轉(zhuǎn)線速度:

11、014m/s ; 時(shí)間:72h 。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可看出,RH -2的緩蝕性能十分優(yōu)良, 緩蝕效果優(yōu)于CH301/CH302、CSW -101/CSW -205。64CPVT 表面蒸發(fā)空冷器的腐蝕及防護(hù)措施V ol23. N o102006表2RH -2緩蝕阻垢劑旋轉(zhuǎn)掛片阻垢性能對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果藥劑試片試片原重(g 試驗(yàn)后重(g 失重(g 腐蝕率(mm/a 平均腐蝕率(mm/a 010046 0010066 0010077 04RH -2緩蝕阻垢劑在丙烷脫瀝青裝置表面蒸發(fā)空冷器工業(yè)應(yīng)用在未使用RH -2緩蝕阻垢劑之前, 該裝置塔頂冷凝系統(tǒng)表面蒸發(fā)空冷外腐蝕比較嚴(yán)重, 曾造成該裝置開(kāi)工不到一個(gè)

12、周期(2年左右 就有腐蝕穿孔現(xiàn)象, 有幾次因泄漏量大, 曾迫使裝置緊急停工, 影響了安全生產(chǎn)。對(duì)此,2000年4月對(duì)該裝置塔頂冷凝將20#鋼標(biāo)準(zhǔn)試(2376h 。同時(shí)率, 結(jié)果見(jiàn)表4。表3現(xiàn)場(chǎng)掛片腐蝕速率試片編號(hào)腐蝕速率(mm/a 24301451244013892450140324701305248015932490136725001426表4循環(huán)冷卻水腐蝕速率測(cè)定結(jié)果監(jiān)測(cè)時(shí)間碳鋼腐蝕速率(mm/a 200004040404-19015472000-04-20013572000-04

13、-2101372從表3的現(xiàn)場(chǎng)掛片監(jiān)測(cè)及表4的腐蝕速率可看出, 碳鋼的腐蝕速率是相當(dāng)嚴(yán)重的, 遠(yuǎn)高于G B 500501995所要求的01125mm/a 。在丙烷脫瀝青裝置塔頂冷凝系統(tǒng)表面蒸發(fā)空冷部位注入RH -2緩蝕阻垢劑后, 在長(zhǎng)達(dá)近一年的開(kāi)工過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生腐蝕穿孔現(xiàn)象, 這說(shuō)明注入RH -2緩蝕阻垢劑是行之有效的。411-2, 從而使管束外側(cè)污垢熱阻大大降低, 提高表面蒸發(fā)空冷的換熱效率, 同時(shí)減少軟化水用量(見(jiàn)表5 、降低裝置能耗。表5軟化水用量對(duì)比項(xiàng)目時(shí)間軟化水用量(t 加工量(t 單耗(t/t 注劑前2001-022001-0362503540257121800001240 0120

14、0注劑后2001-052001-0634803913257112854801135 01140412緩蝕效果通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)掛片法和瞬時(shí)腐蝕速率測(cè)定儀監(jiān)測(cè)其腐蝕速率。2001年4月26日起在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行掛片, 時(shí)間為99天(共計(jì)2376h , 其結(jié)果見(jiàn)表6, 腐蝕測(cè)定儀測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表7。表6現(xiàn)場(chǎng)掛片腐蝕速率試片編號(hào)腐蝕速率(mm/a 5033010018503401003250350100085037010037503801003150390100295040010033(下轉(zhuǎn)第51頁(yè) 7 4第23卷第10期壓力容器總第167期411焊材是承壓設(shè)備安全監(jiān)察鏈中重要環(huán)節(jié)承壓設(shè)備的安全是由一整套環(huán)節(jié)來(lái)保證的,

15、目前對(duì)承壓設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、使用、管理都制訂了一系列的規(guī)章與標(biāo)準(zhǔn), 基本實(shí)施了安全監(jiān)察。但用于承壓設(shè)備的重要材料, 卻基本是一個(gè)空白, 安全鏈到此中斷了。如果承壓設(shè)備的焊材沒(méi)有得到必要的監(jiān)察與管理, 即使設(shè)計(jì)正確、制造精良、使用操作方便, 都不能保證焊接接頭不失效, 焊接接頭失效則承壓設(shè)備不能安全運(yùn)行。412焊材廠生產(chǎn)管理需要實(shí)行安全監(jiān)察(1 焊材生產(chǎn)過(guò)程雖然不復(fù)雜, 但原材料的準(zhǔn)備卻十分復(fù)雜, 且要求嚴(yán)格。焊材廠的原材料有幾十種, 其中有金屬、非金屬、礦產(chǎn)品、化工產(chǎn)品等, 種類(lèi)繁多, 同一種礦產(chǎn)品因產(chǎn)地不同, 品質(zhì)也不一樣, 甚至同一產(chǎn)地礦產(chǎn)品因?yàn)樘幱诘V場(chǎng)位置不同, 品質(zhì)也有很大差異。

16、原材料進(jìn)廠后還要加工處理, 其工藝過(guò)程對(duì)性能影響極大, 沒(méi)有一整套質(zhì)量管理規(guī)章與質(zhì)量保證體系是難以保證承壓設(shè)備焊材質(zhì)量的。(2 焊材廠質(zhì)量管理要求不嚴(yán)格, 當(dāng)焊材賣(mài)給用戶(hù)時(shí),據(jù)。, 從包 裝到質(zhì)量保證書(shū)所有數(shù)據(jù)與記錄, 除牌號(hào)外沒(méi)有一項(xiàng)是對(duì)的, 全為低合金鋼焊劑內(nèi)容。最近發(fā)現(xiàn)在湖南某地假冒偽劣熔煉焊劑。河南省洛陽(yáng)、開(kāi)封有10余家燒結(jié)焊劑廠生產(chǎn)三無(wú)產(chǎn)品。(3 2000年頒布的JB/T 4747壓力容器用鋼焊條訂貨技術(shù)條件, 為焊材廠的管理提供了理論依據(jù)。413參照各國(guó)船級(jí)社做法對(duì)承壓設(shè)備用焊材進(jìn)行認(rèn)可, 對(duì)焊材廠實(shí)施審定國(guó)內(nèi)外船級(jí)社早就對(duì)船用焊材和焊材生產(chǎn)廠進(jìn)行認(rèn)可, 專(zhuān)門(mén)制訂了船用焊接材料標(biāo)準(zhǔn)

17、, 技術(shù)指標(biāo)均高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn), 對(duì)船用焊材規(guī)定了一整套型式試驗(yàn)制度與實(shí)施方法, 對(duì)船用焊材生產(chǎn)廠都有完整工廠認(rèn)可方法, 國(guó)內(nèi)外實(shí)施多年, 效果良好。承壓設(shè)備的危險(xiǎn)性、重要性并不比船舶差, 對(duì)用于承壓設(shè)備的焊材實(shí)行論證許可, ,06-06:馬容忠(1969- , 男, 長(zhǎng)期從事承壓設(shè)備的監(jiān)督檢驗(yàn)工作。(上接第47頁(yè)表7循環(huán)冷卻水腐蝕速率測(cè)定結(jié)果(數(shù)據(jù)為每月平均值監(jiān)測(cè)時(shí)間 碳鋼腐蝕速度(mm/a 監(jiān)測(cè)時(shí)間碳鋼腐蝕速度(mm/a 從表6,7可以看出, 丙烷脫瀝青裝置塔頂冷凝系統(tǒng)自注入RH -2緩蝕阻垢劑后, 其腐蝕速度明顯降低, 遠(yuǎn)低于G B 500501995工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范中所要求的01125mm/a 。5結(jié)論(1 通過(guò)對(duì)丙烷脫瀝青裝置塔頂表面蒸發(fā)空冷系統(tǒng)注入RH -2緩蝕阻垢劑, 其冷卻水介質(zhì)中碳鋼 構(gòu)件的腐蝕速度由01300160mm/a 降至遠(yuǎn)低于G B 500501995中所要求的01125mm/a 以下, 說(shuō)明RH -2緩蝕阻垢劑防腐效果良好, 可以在丙烷脫瀝青裝置塔頂表面蒸發(fā)空冷系統(tǒng)使用;(2 通過(guò)在丙烷脫瀝青裝置表面蒸發(fā)空冷系統(tǒng)注入RH -2緩蝕阻垢劑工業(yè)試驗(yàn)前后數(shù)據(jù)對(duì)比, 認(rèn)為RH -2緩蝕阻垢劑在抑制表面蒸發(fā)空冷的腐蝕有明顯的效果, 特別是