换热器E-2102出入口管线腐蚀原因分析

摘 要：二套甲乙酮装置水合反应器进料加热器，该换热器管程材质为316L，出入口工艺管线材质为碳钢20G，管程进出口工艺管线发现壁厚减薄，腐蚀严重，给安全生产带来了一定的安全隐患。通过材质升级为不锈钢，严格控制管程介质工艺水的电导率，降低腐蚀离子浓度减小腐蚀。目前运行良好，本文通过工艺水对碳钢的腐蚀案列分析，介绍了其腐蚀机理及管理维护重点。

关键词：工艺水 碳钢  腐蚀 

一.前言：

二套甲乙酮装置水合反应排出的工艺水中主要介质有水、仲丁醇、仲丁醚、丁烯，还含有少量离子：Cl-、SO42-、Fe2+、Na+，其中工艺水对管线的腐蚀主要受电导率、Cl-及SO42-浓度影响。所以，严格控制这三个指标在范围内尤其重要。

1．工艺简介：换热器（E-2102）是水合反应器进料加热器，其管程介质主要是丁烯和工艺水，壳程为导热油，由于工艺水中含有腐蚀性离子，具有较强的腐蚀性，简易流程图见图

图 1  E-2102简易流程图

2.水合反应器进料加热器（E-2102）管程进出口管线检测

在装置检修期间，检测单位对该换热器管程进出口管线φ219*18进行全面检验，检测结果出入口工艺管线具有明显腐蚀现象，其测厚数据见表2：

对于换热器E-2102管程入口直管段以及3处弯头，管程出口至水合反应器R-2101的 5处的弯头及一处三通管线壁厚通过扫描超声波测厚的方法检测，具体数据如下。

表2  E-2102管程出入口管线检测数据

检测结果显示该换热器管程出入口管件组件最薄壁厚为11.9mm，根据校核公式：

经过校核，确认该换热器管程出入口管件还未达到最小壁厚，但是根据情况观察腐蚀情况已经比较明显因此遂决定对弯头及管线进行更换。

表3 E-2102管程出入口管线材质升级不锈钢后检测数据

3.减薄管线情况

从拆下的管线由图来看，工艺水在管线底部流动，痕迹明显，管壁减薄严重，壁厚减薄最大处已达到=6.1mm。

4.腐蚀原因分析：

根据腐蚀数据分析情况看，材质为304的工艺水线并无明显腐蚀，，而工艺水对碳钢管线的腐蚀比较严重。从腐蚀的结构因素分析，工艺水对管线的腐蚀比较均匀，因此是介质对管线的均匀腐蚀。

工艺水阳床进水AP-21002同期分析，分析的数据范围如下：

4.1介质腐蚀：

工艺水中含有少量Cl^-能够降低材质表面钝化膜形成的可能或加速钝化膜的破坏，从而促进腐蚀。由于Cl^-容易吸附在钝化膜上，把氧原子挤掉，然后和钝化膜中的阳离子结合形成可溶性氯化物，结果在露出来的金属表面上腐蚀了一个个小坑，这些小坑被称为点蚀核。这些氯化物容易水解，使小坑内溶液pH值下降呈酸性，继续溶解一部分氧化膜，造成多余的金属离子，为了平衡腐蚀坑内的电中性，外部的Cl^-不断向坑内迁移，使坑内金属进一步水解，如此循环，并越来越快、向坑的深度方向发展，直至形成穿孔。腐蚀开始时，铁在阳极失去电子。随着反应的不断进行，铁不断的失去电子，缝隙内Fe²⁺大量的聚积，缝隙外的氧不易进入，迁移性强的Cl^-即进入缝隙内与Fe²⁺形成高浓度、高导电的FeCl₂，FeCl₂水解产生H⁺，使缝隙内的pH值下降到3～4，从而加剧腐蚀。同时催化剂脱落的磺酸根与水结合形成酸性水也会导致腐蚀加剧。

5.结论：

5.1  减小工艺水对材质的腐蚀，需对工艺水中的Cl^-浓度进行严格控制，可降低到1mg/L。从而需对处理后的工艺水电导率控制≤10μS/cm，同时严格控制上游装置供应的除盐水电导率＜5μS/cm。

装置排出的工艺水中主要含有阴离子：Cl^-、SO₄^2-，还有微量的阳离子：Fe²⁺、Na⁺。采用离子交换原理去除这些离子。

工艺水通过阳离子交换树脂层时，水中的Fe²⁺、Na⁺与阳树脂发生下列反应：

2RH  +  Fe²⁺ = R₂Fe  +  2H⁺

RH   +  Na⁺   = RNa   +  H⁺

工艺水通过阴离子交换树脂层时，水中的Cl^-、SO₄^2-与阴离子交换树脂发生下列反应：

ROH   +  Cl^- = RCl  +  OH^–

2ROH  +  SO₄^2-= R₂SO₄  +  2OH^–

离子交换生成的OH^–与H⁺反应生成水：

H⁺       +  OH^–  = H₂O

通过上述离子交换反应，除去了工艺水中的阴、阳离子杂质，工艺水返回SBA合成单元。

当树脂失效时，采用酸（碱）再生阳（阴）树脂，使其恢复交换能力。用盐酸再生阳树脂时发生下列反应：

RNa  +  HCl   =  RH  +  NaCl

R₂Fe +  2HCl  =  2RH +  FeCl₂

用液碱再生阴树脂时发生下列反应：

RCl   +  NaOH  =  ROH   +  NaCl

R₂SO₄  +  2NaOH = 2ROH  +  Na₂SO₄

5.2  工艺水的腐蚀因材质不同而相差甚远，设备和管线的碳钢部位是重点防控部位，需对管线、管件进行材质升级并且定期进行检测，掌握运行状况是否良好。

参考文献：

[1]闫康平、王贵欣、罗春晖.过程装备腐蚀与防护[M],北京:化学工业出版社，2016.1

[2]段林峰 张志宇.化工腐蚀与防护[M],北京:化学工业出版社，2008.5 

[3]张宝宏、从文博、杨平.金属电化学腐蚀与防护[M],北京:化学工业出版社，2005.6 

[4]黄建中、左禹.材料的耐蚀性和腐蚀数据[M],北京:化学工业出版社，2002.10