除油设施污水冷却器腐蚀泄漏分析及防护建议

摘要：通过对独山子石化公司热媒水系统中除油设施的污水冷却器管束泄漏情况进行了现场腐蚀检查，对其泄漏原因进行了分析，并提出了防护建议。

关键词：除油设施  污水冷却器  管束  泄漏

1 概述

独山子石化公司热媒水系统中除油设施于2013年11月投用，除油设施的热水除油技术“阻截除油” 是一种完全不同于“吸附除油”的全新油水分离技术理念，它利用独特的HK纤维构成一种膜材料—— HK阻截膜来实现对水中憎水性分散质的分离。当HK 阻截膜浸没于水中后，膜的HK纤维就会与水发生水合反应，从而在纤维表面形成一层均匀、致密、牢固的缔合水膜，这时它就体现出极强的憎油特性。HK阻截膜中的HK纤维密度足以使成膜纤维上的缔合水膜相互重叠，这样该膜就形成了以HK纤维为骨架,缔合水为组织的一个有机整体。当含油的水要透过这层活化了的HK阻截膜时，给水以适当的压力，来水一侧的水分子即可与膜内水分子发生置换透过，而油等憎水性分散质则不能与膜内缔合水发生置换而被选择性的阻截，从而成功地实现了油水分离，这种效应定义为“阻截除油”，从现象上看，这是一种在一定条件下实现用水来过滤水的处理工艺。由于HK阻截膜的成膜纤维被缔合在其上的水所严密覆裹，在工作过程中被阻挡下来的油粒不能吸附到HK膜上造成污染，只能存留在膜外表面，随着油粒的不断增加，油粒相互间发生碰撞凝聚而逐步形成大油粒在浮力作用下浮升，从而真正意义上实现油水分离的目标。

2 工艺流程简介

工艺流程（图一）：换热站旁流处理的水从热媒水系统的回水总管上引出，经热水增压泵P-05A/B增压后，进入精滤罐Y-01/02/03除去水中的悬浮杂质。精滤罐Y-01/02/03反洗时污水从罐顶部流出去污水冷却器E-104管程经循环水冷却后排入含油污水系统。当精滤罐Y-01/02/03压差较大反洗效果不明显时在罐底通入非净化空气，松动精滤罐罐内滤料，将罐内杂质带出进入含油污水系统，降低压差,。

图一 工艺流程

3 污水冷却器设备参数

污水冷却器E-104为固定管板式换热器，由江苏中舟中环石化装备有限公司生产制造，产品规格型号：DN900*4000，设计使用寿命10年。其运行参数如表1所示。

表1 污水冷却器运行参数

4 腐蚀检查概况

图二为污水冷却器管束管板表面的腐蚀形貌。由图二可知，管板表面布满红褐色腐蚀锈迹，局部有微小的腐蚀坑，管板表面整体腐蚀轻微；管程进口管束堵塞严重，堵塞物为精滤罐的过滤填料（石英砂），为土黄色的细沙状颗粒；管端内壁肉眼可见范围内管端内壁金属表面腐蚀坑较小，腐蚀尚不明显。管束试压发现有63根换热管出现泄漏，主要集中在管程进口部位的中上部。

图二 管板表面腐蚀形貌

针对管束泄漏情况及腐蚀面貌，联系中科韦尔对管束的腐蚀情况进行了涡流检测（图三），共抽检换热管19根，其中7根换热管壁厚损失大于40%，占比36.8%，已进行堵管，7根换热管壁厚损失在30%～40%，占比36.8%，已进行堵管，剩余5根换热管壁厚损失小于30%。

图三 换热管电涡流扫查分布图

通过现场腐蚀面貌检查及电涡流扫查情况，污水冷却器E-104已无法满足设备长周期运行，需要进行更换。

5 泄漏原因分析

5.1 原因分析

（1）运行操作不当

污水冷却器E-104为间歇式运行，当其上游设备精滤罐进行反冲洗时，污水冷却器的才处于运行状态，主要将精滤罐反冲洗产生的含油污水冷却后排至下水。当精滤罐不进行反冲洗时，污水换热器的则处于停运状态，此时管程残留的工艺介质含油污水则积聚在管程低点部位（管程进口管束中），形成“死水”。

另外，精滤罐在原设计运行过程中需定期通入空气，松动精滤罐罐内滤料，注入空气中的氧便溶于精滤罐中的热水，形成溶解氧腐蚀环境。因此，当精滤罐反冲洗时其产生的污水中亦含有溶解氧，将对污水冷却器的管束造成腐蚀。

污水换热器E-104在运行过程中，虽然管程污水中含有溶解氧，但是其处于流动状态，所以腐蚀轻微。然而，当污水换热器处于停运状态时，管束中残留的含有溶解氧的污水将对换热管造成严重的溶解氧腐蚀。由于管程污水是下进上出，如图四所示，所以残留的污水主要积聚在管程进口管束中，对其产生电化学吸氧腐蚀，其电化学反应方程式如下所示：

阳极：2Fe – 4e = 2Fe2+

       阴极：2O2 + 2H2O + 4e = 4OH-

Fe2+ + 2OH- = Fe（OH）2

Fe（OH）2 + 2O2 + 2H2O = Fe2O3•nH2O

溶解氧腐蚀导致管束金属先是生成Fe（OH）2，由于其不稳定，当溶解氧较充足时，继续与氧反应生成红色腐蚀产物Fe2O3•nH2O。因此，管板表面及管端内壁金属表面的腐蚀产物呈现红褐色，而且腐蚀主要集中在管程进口管束中，随着管程进口管束中溶解氧腐蚀的不断进行，部分换热管局部最终出现了腐蚀穿孔，造成管束泄漏。

图四 污水冷却器管程污水流程

此外，精滤罐反冲洗导致部分过滤填料随污水流入污水冷却器管束中，受过滤填料重力及污水流速的影响，管程进口管束中积聚的过滤填料较多，随着污水冷却器运行时间的延长，导致部分换热管发生堵塞，形成了介质流动的死区，腐蚀介质易于在此处积聚，使得该部位腐蚀介质浓度增大，成为换热管中的腐蚀活性区域，该区域腐蚀优先发生，且不断进行，导致该区域管壁最终出现腐蚀穿孔。

（2）设计缺陷

在这种工艺条件下人为注入空气，使污水冷却器产生了氧腐蚀环境，加上污水冷却器不连续运行，则加剧了污水冷却器腐蚀。所以从设计角度考虑，优化注入介质，或者污水冷却器材质升级，即可避免污水冷却器氧腐蚀。

5.2 结论

综上所述，污水换热器管束的腐蚀主要集中在管程进口管束，造成管束腐蚀泄漏的主要原因为污水的溶解氧腐蚀，而污水换热器间歇使用导致残留污水积聚、静止，为管束的溶解氧腐蚀提供了腐蚀环境。此外，过滤填料对管束的堵塞及热水系统漏入腐蚀介质将进一步促进了管束的腐蚀发展。

6 防护建议

（1）工艺优化

1）工艺操作优化：向热水系统中精滤罐注入空气反吹的目的是防止精滤罐内石英砂板结，影响热水过滤效果。在日常生产时禁止向精滤罐内注入空气进行反吹，减少热水中的溶解氧。在生产异常确需要注入空气进行反吹精滤罐时，反吹操作完成后及时将反吹过的热水全部排尽后再停用污水冷却器E-104。以此降低污水冷却器E-104的溶解氧腐蚀。

2）工艺流程优化：上工艺技措将反吹空气介质改为氮气介质，彻底避免向污水系统中通入空气形成人为的氧腐蚀环境。

（2）污水冷却器材质升级

根据污水换热器管束泄漏情况及涡流检测结果，就目前操作现状而言，碳钢材质换热器不适于现行工况。可将污水冷却器E-104换热管材质由20#升级为304不锈钢，可以有效避免生产运行中氧腐蚀环境，达到设备长周期平稳运行的效果，。

参考文献

[1].摆小明.《列管式换热器泄漏的原因及处理对策》．在《现代制造技术与装备》发布．2017．11。