连续重整装置汽包系统蒸汽换热管泄漏原因分析

摘要：连续重整装置汽包系统蒸汽换热管的稳定运行对于整个炼油生产过程至关重要。然而，换热管泄漏问题时有发生，严重影响装置的正常运行与经济效益。本文通过对汽包系统蒸汽换热管设计参数、泄漏部位检查情况的详细分析，深入探究了换热管泄漏的原因，包括氧腐蚀、垢下腐蚀等因素，并针对性地提出了一系列预防措施，旨在为炼油企业解决汽包系统蒸汽换热管泄漏问题提供理论与实践参考。

关键词：连续重整装置；汽包系统；蒸汽换热管；泄漏原因；预防措施

一、引言

连续重整装置在炼油行业中占据着核心地位，其能够将石脑油转化为高辛烷值汽油调和组分以及芳烃原料，对提高原油附加值、满足市场对高品质油品的需求具有重要意义。汽包系统作为连续重整装置的关键组成部分，其蒸汽换热管负责回收加热炉烟气余热并产生蒸汽，为汽轮机提供动力。一旦蒸汽换热管发生泄漏，不仅会导致装置被迫停工检修，造成巨大的经济损失，还可能引发安全事故，威胁人员生命安全与企业的可持续发展。因此，深入分析汽包系统蒸汽换热管泄漏原因并制定有效的预防措施迫在眉睫。

二、汽包系统蒸汽换热管设计参数

某石油化工有限公司 2 号连续重整装置采用国产超低压顺流连续重整技术，加工能力达 1500kt/a 。该装置重整反应加热炉采用 “二加二” 设计，其对流段设有一套蒸汽发生系统，通过蒸汽换热管回收加热炉烟气余热来产生 4.1MPa 蒸汽供汽轮机使用。汽包系统蒸汽换热管设计参数如下表所示：

换热管泄漏部位材质为 20G，壁厚 8.5mm 。这些设计参数是保证汽包系统正常运行的基础，但在实际运行过程中，多种因素可能导致换热管偏离设计工况，进而引发泄漏问题。

三、泄漏部位检查情况

2022 年 12 月，2 号重整反应加热炉（BA203202）出现异常情况，燃烧空气的氧体积分数由 2% 逐渐降至 1% 。通过调节烟道挡板、开大燃烧器风门等措施，氧含量未见明显回升。进一步排查发现，BA203202 对流段烟气观测点温度逐步下降，汽包产汽量由 35t/h 降至 30t/h 。综合研判认为 BA203202 对流段汽包系统蒸汽换热管存在泄漏。

随后对加热炉内部的泄漏情况进行详细排查。加热炉 BA203202/203204 的水保护段换热管有 11 根管线泄漏，共 14 处肉眼可见的漏点；蒸发段在水压试验中有 4 根管线存在 4 处漏点。加热炉 BA203201/203203 的水保护段换热管有 18 根管线存在缺陷，共 37 处渗水点或明显减薄区。如此大面积的泄漏和缺陷，严重影响了装置的正常运行，必须深入分析原因以采取有效措施解决。

四、原因分析

4.1 宏观分析

对泄漏的换热管进行宏观检查发现，换热管穿孔直管整体外壁有锈迹，外壁附着的红棕色腐蚀产物形成了相对疏松的腐蚀产物层。换热管存在自管内壁向外发展的穿孔现象，且内壁底部有明显的冲刷痕迹。这表明换热管在运行过程中遭受了腐蚀和冲刷的双重作用，且腐蚀起始于内壁，逐渐向外扩展导致穿孔泄漏。

4.2 穿孔分析

为进一步探究腐蚀穿孔的起源和发展过程，对换热管进行体视分析。从腐蚀穿孔体视图可以清晰看出，腐蚀穿孔是在内壁产生并向外壁扩展的。这一现象为后续分析腐蚀原因提供了重要线索，说明内壁环境是导致腐蚀发生的关键因素。

4.3 材质化学成分分析

为确定换热管泄漏部位材质化学成分是否合格，依据 GB/T4336 - 2016《碳素钢和中低合金钢多元素含量的测定 火花放电原子发射光谱法常规法》对其进行检测。检测结果表明，换热管泄漏部位材质化学成分符合 GB/T5310 - 2017《高压锅炉用无缝钢管》中 20G 的要求。这说明材质本身并非导致换热管泄漏的原因，泄漏问题应是由运行过程中的外部因素引发。

4.4 X 射线衍射分析

为确定腐蚀产物的类型，分别对腐蚀穿孔区域、远离腐蚀穿孔区域的换热管内壁垢样进行取样，对研磨好的垢样进行 X 射线衍射（XRD）分析，扫描角度 5°~ 90°，扫描速度 10 (°)/min 。通过 XRD 测定和物相分析可知，换热管内壁垢样的腐蚀产物主要是 Fe₂O₃和 Fe₃O₄ ，这表明换热管的腐蚀穿孔主要是由氧腐蚀造成并不断向外壁扩展。吸氧腐蚀是指当金属处在中性或碱性溶液里时，空气里的氧气溶解于金属表面水膜中发生的电化学腐蚀。在本案例中，除氧水携带的溶解氧成为引发氧腐蚀的关键因素。

4.6 金相组织分析

利用线切割分别对换热管腐蚀区域、未腐蚀区域进行切割取样，经过镶嵌、打磨、抛光以及用 4%（体积分数）硝酸酒精溶液侵蚀 2 - 5s 后，将金相试样放在奥林巴斯光学显微镜下进行观测。结果显示，腐蚀试样中部显微组织为铁素体 + 珠光体，组织无异常。金相组织分析排除了因材质金相组织异常导致泄漏的可能性，进一步确定外部腐蚀因素是导致换热管泄漏的主因。

4.7 硬度性能分析

为进一步表征换热管的力学性能，依据 GB/T4340.1 - 2009《金属材料 维氏硬度试验 第 1 部分：试验方法》进行取样，采用 HX - 1000TM/LCD 自动转塔式显微硬度计，对金相试样进行硬度测试，施加载荷 500g，停留时间 15s 。沿试样均匀取点，测试结果表明，硬度符合 GB/T5310 - 2017 的指标要求（120 - 160HV）。这说明换热管的力学性能未因泄漏问题而发生明显变化，泄漏并非由硬度等力学性能问题导致。

4.8 垢样清洗分析

将在泄漏部位采集的垢样进行烘干、破碎、缩分、研磨制成分析样品。专业清洗单位配置了两组清洗剂对垢样进行清洗，清洗数据显示沉积物质的量浓度超过 600 g/m³ 。根据 DL/T 794 - 2012《火力发电厂锅炉化学清洗导则》规定，当汽包锅炉（压力低于 5.9MPa）换热管中沉积物质量浓度高于 600 g/m² 时达到了化学清洗条件。垢样清洗分析结果表明，换热管内沉积物过多，这不仅影响了换热效率，还可能引发垢下腐蚀等问题，对换热管的安全运行构成威胁。

五、预防措施

5.1 加强水质监控

按照 GB/T12145 - 2016 中对 3.8 - 5.8MPa 蒸汽锅炉水质的规定进行严格监控。水务车间应严格按照设计参数进行除氧器操作，将除氧器的操作温度控制在 102℃以上，确保除氧水水质达标，降低水中溶解氧含量，从源头上减少氧腐蚀的发生。同时，密切关注除氧水的铁含量，采取必要的除铁措施，防止氧化铁垢的产生，降低垢下腐蚀风险。

5.2 强化停炉保护

在装置停车阶段，应尽可能烘干汽包系统换热管内的残留水。当加热炉烟气温度降至 100℃左右时，停运锅炉循环水泵并从低点倒空汽包系统内的残留水，加热炉重新点微火以烤干汽包系统换热管金属表面，避免残留水引发腐蚀。此外，应对锅炉水系统充入氮气进行保护，防止外界潮湿空气进入系统，减少氧腐蚀和因潮湿导致的其他腐蚀现象。

5.3 定期抽检

装置运行一个周期（一般为 4a）后，应对汽包系统换热管进行涡流扫查，及时发现潜在的腐蚀缺陷。同时选取部分管线进行切割、垢样采集及分析，根据分析结果判断是否需要对管线开展化学清洗。通过定期抽检，能够及时掌握换热管的腐蚀状况，提前采取措施进行修复和维护，避免泄漏问题的发生，保障装置的安全稳定运行。

综上，通过对连续重整装置汽包系统蒸汽换热管泄漏原因的深入分析，并采取针对性的预防措施，炼油企业能够有效降低换热管泄漏风险，提高装置运行效率，保障生产的连续性与安全性，提升企业的经济效益和市场竞争力。在未来的生产过程中，还应持续关注汽包系统的运行状况，不断优化操作与维护措施，确保连续重整装置的高效稳定运行。

参考文献

[1]马红杰,伍世昌,马彪. 乙烯装置稀释蒸汽发生器腐蚀泄漏分析与防护[J]. 炼油技术与工程,2023,53(2):43-46.