热媒水换热器腐蚀与防护
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【摘要】本文首先介绍了换热器的分类，然后介绍了系统腐蚀情况，接着介绍了理论依据，最后介绍了腐蚀机理分析以及问题分析及处理措施。
【关键词】热媒水，换热器，腐蚀，防护
一、前言
换热器是工艺过程中完成介质冷却或加热过程的关键设备，换热器在化工行业通常占工艺设备总投资的10%～20%，在炼油行业中则可能占到35%～40%。因此，对于换热器的腐蚀原因以及防护措施是非常重要的。
二、换热器的分类
1）管壳式换热器：特点是圆形的外壳中装有管束。一种介质流经换热管内的通道及其壳层部分。它从结构上又可以分为：浮头式换热器、U型管换热器、固定管板换热器等。
2）板式换热器：它是由压成各种形状的薄板组成传热面的，冷、热两种介质分别在相邻两板流动。常见的板式换热器有平板式换热器、伞板式换热器、螺旋板式换热器及板壳式换热器。
板式换热器的传热效率虽然较高，但由于其强度低，密封性能差，故其应用受到限制。因此，在石油、化工行业中应用较多的是管壳式换热器，它已被当成传统的换热设备来加以使用。
三、系统腐蚀情况
某炼油厂共有3套热媒水系统，其中南区1套，北区2套。热媒水温度换热前为40―60℃，换热后为100―110℃。南区热媒水系统补水箱为常压，有呼吸阀，北区2套系统均为全封闭系统。3套系统所用水质均为除盐水。2012年11月至今，南区热媒水系统换热器多次发生腐蚀泄漏，影响生产装置的稳定运行。
该热媒水系统是将来自热力联合的除盐水在第四常减压装置（四常）、第二延迟焦化装置（二焦化）换热后，加热到约100℃，进人联合装置H301、炼油厂气分装置、福利厂气分装置进行取热，取热后四常等生产装置。
目前热媒水系统共有25台换热器。四常装置热媒水换热器5台，H301为平板换热器，主体材质为321；其余4台与初顶油气换热，管束材质为2205双相钢。气分装置热媒水换热器有2台，管束材质为碳钢。二焦化装置热媒水换热器18台，主要与塔顶油气、柴油、蜡油换热。发生腐蚀泄漏的换热器主要集中在二焦化装置，表l为该装置热媒水换热器腐蚀泄漏情况。的热媒水经热力联合装置的热媒水泵加压后送回图1为E660/5，6腐蚀泄漏堵管情况。
从图1可看出，换热器管板及管内结垢严重，部分管子不透光，几乎被堵死。清洗后发现，管束内部垢下腐蚀严重。
割取E660/3，4管束进行腐蚀检查，发现管束外表面腐蚀较轻，内表面有大量锈瘤、锈垢。清除锈瘤、锈垢后，换热管内壁出现大量点蚀坑，呈麻点状，深浅不一，检测到的最大蚀坑为10mm×8mm，深度接近2mm（管束壁厚为2.5mm）。从腐蚀形貌看，换热器泄漏是由热媒水侧的腐蚀引起的，点蚀是主要腐蚀形态。
四、理论依据
1.换热器的应用及结构常减压蒸馏装置能耗占炼油厂的13%～15%，属于全厂能耗大户，优化换热网络和强化换热设备的换热效果，是降低工艺过程用能的有效手段，对于提高全厂热量利用水平和经济效益具有重要意义。近年来，各炼厂在常减压蒸馏装置上采用了不少卓有成效的新型冷换设。备，如螺纹管、螺旋槽管、折流杆、波纹管、螺旋管板换热器以及双弓板换热器等，使总传热系数大为上升，有的还使壳程压降大大减小，许多炼厂还采用计算机换热网络综合优化来促使能耗进一步下降。炼油厂使用的冷换设备主要是管壳式换热器，其中常减压装置用量最多的是浮头式换热器。浮头式一端可相对壳体滑动，可承受较大的管壳间温差热应力，浮头端可拆卸，管束可抽出，方便检修。
五、腐蚀机理分析
（1）磨损腐蚀和垢下腐蚀磨损腐蚀是高速流体对金属表面已经生成的腐蚀产物的机械冲刷作用和对新裸露金属表面侵蚀作用的综合结果。对换热器而言，垢下腐蚀主要产生在搭接缝、管板环焊缝及表面沉淀物等处。（2）湿硫化氢腐蚀湿硫化氢腐蚀环境，即HS+HO型的腐蚀环境，是指水或含水介质在露点以下与HS共存时，在压力容器或管道中产生的腐蚀环境。在Hs+HO腐蚀环境中，碳钢设备发生两种腐蚀：均匀腐蚀和湿硫化氢应力腐蚀开裂。开裂的形式包括氢鼓泡、氢致开裂、硫化物应力腐蚀开裂和应力导向氢致开裂。氢鼓泡是由于含硫化合物腐蚀过程析出的氢原子向钢中渗透，在钢中的裂纹、夹杂和缺陷等处聚集并形成分子，从而形成很大的膨胀力。随着氢分子数量的增加，对品格界面的压力不断增高，最后导致界面开裂，形成氢鼓泡，其分布平行于钢板表面。氢鼓泡的发生并不需要外加应力。氢致开裂是由于在钢的内部发生氢鼓泡区域，石油/化I通用机械僦氢的压力继续增高时，小的鼓泡裂纹趋向于相互连接，形成阶梯状特征的氢致开裂。钢中MnS夹杂的带状分布会增加氢致开裂的敏感性。氢致开裂的发生也无需外加应力。硫化物应力腐蚀开裂是湿硫化氢环境中产生的氢原子渗透到钢的内部，溶解于晶格中，导致氢脆，在外加应力或残留应力作用下形成开裂。它通常发生在焊道与热影响区等高硬度区。应力导向氢致开裂是在应力引导下，在夹杂物与缺陷处因氢聚集而形成成排的小裂纹，沿着垂直于应力的方向发展。它通常发生在焊接接头的热影响区及高应力集中区，如接管处、几何突变处、裂纹状缺陷处或应力腐蚀开裂处等。国内腐蚀调查报告称，湿硫化氢对碳钢设备的均匀腐蚀随温度的升高而加剧。在80～C时，腐蚀速率最高，在110-120～C时腐蚀速率最低。
六、问题分析及处理措施
换热器长期投用以来，由于水侧流速低，容易造成结垢和黏泥沉积，从而造成垢下腐蚀。热媒水经过管箱在管板处形成湍流腐蚀和空泡腐蚀，对管板和芯子产生一定的冲刷作用，冲去腐蚀产物，产生新的金属表面，新的金属表面又再次被腐蚀，这样交替进行，促进了腐蚀的产生，表现为深度坑蚀。另外，换热器内漏会造成大量油漏进热媒水系统，油中含有硫化氢，导致硫化氢进入热媒水系统，形成了湿硫化氢腐蚀环境。针对换热器E205C的腐蚀情况，鉴于之前对其他换热器的处理情况，决定对换热器E205C芯子管板做防腐涂层处理，并要求相关单位加强对热媒水的水质管理。投用半年多以来该换热器运行状况良好，没有发现腐蚀泄漏情况。
七、结束语
换热设备在石油化工、动力、冶金、食品等工业部门有着广泛的应用，其中管壳式换热器是当前工业生产中应用最广泛的传热设备。保护好换热器对于企业来说非常重要。
参考文献
[1]唐孟海，胡兆灵.常减压蒸馏装置技术问答[M].北京：中国石化出版社，2010.
[2]金熙，项成林，齐冬子.工业水处理技术问答[M].4版.北京：化学工业出版社，2010
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