氨冷却器的腐蚀原因分析与改进措施

李红军，张 健，王 岩

（1.中国石油吉林石化公司有机合成厂，吉林吉林 132022；2.中国石油吉林石化公司数据中心，吉林吉林 132022）

氨冷却器的腐蚀原因分析与改进措施

李红军1，张 健1，王 岩2

（1.中国石油吉林石化公司有机合成厂，吉林吉林 132022；2.中国石油吉林石化公司数据中心，吉林吉林 132022）

根据现场实际以及实际生产经验，通过对循环冷却水的分析、腐蚀部位特点及金相分析得出氨冷却器腐蚀的主要原因。换热管束内表面光洁度不够能够加快腐蚀与结垢，非金属类的杂质存在也能降低材料抗腐蚀的能力。

氨冷却器；腐蚀；分析；改进

1 氨冷却器介绍

氨制冷工艺是将氨作为冷媒，通过液氨气化、气氨压缩冷凝的过程进行冷热交互，达到给物料制冷的目的。氨制冷系统主要由液氨储罐、氨蒸发器、压缩机、油氨分离器、气氨冷凝器等设备，以及连接这些设备的高低压管道、阀门，相应的控制系统和调节阀组成。氨在制冷系统中发生状态变化，起到制冷的效果。丁苯橡胶装置中有一冷冻岗位，主要负责为橡胶装置聚合系统供应液氨，同时收集气氨，有压缩机12台，氨冷却器22台。氨冷却器在制冷过程中的主要作用是将氨压缩机的高压氨气冷凝为高压液氨。氨冷却器属于传导式水冷凝器。换热器形式为固定管板式，规格为φ1 200*12*6 682，换热管为870根，规格为φ25*2.5*6 007，壳体、管束、管板、各部接管材质分别为Q345R钢、20#钢、A4钢、20#钢。氨冷却器的管束与管板的连接方式为贴胀与焊接结合。

2 氨冷却器腐蚀原因分析

2.1 循环水水质分析

氨冷却器的循环水为工厂供应，冷却系统为凉水塔，用泵输送至冷却器。循环水属于敞开式冷却水循环系统，从循环水上水取样分析，水样符合GB/T5012—2014中的要求。

2.2 沉积物的分析

冷却循环水在运转循环的过程中，冷却器表面的沉积物包括水垢和污垢两大类，其中污垢还包括淤泥、腐蚀产物、锈蚀物等。

2.3 冷却器传热管束的检验分析

2.3.1 管束管材的化学分析

使用化学分析方法，对换热管进行检测分析（同批号未使用过），分别在中部以及端部（6m长处），主要化学成本基本相同，符合国标GB8163—87的规定。

2.3.2 宏观观察

对发生泄漏的氨冷凝器进行拆检，把冷凝器的循环水管线和封头拆除。检查封头内与循环水接触的部分，其表面有一层垢层呈淡黄色。通过观察可以发现管板表面有轻微的均匀腐蚀现象。观察管束内表面，可以发现垢层，并且厚度不均匀。观察泄漏管束外表面，在中部和两端都有腐蚀的小孔，呈现随机分布。将管内的垢层清理后，检查内表面的形态，坑洼不平的现象出现在管束内表面，坑洞的深浅、大小随机呈现，在垢层下有孔洞穿壁而过。

对泄漏的管束和同批号未使用过的管束，使用金相显微分析及扫描电镜分析进行对比分析。通过对两个管束中部及端部横纵截面取样，使用金相显微镜观察镜面光滑的表面，能够发现聚集状态的非金属夹杂物以及球状氧化物，表面都是凹凸不平，说明两个管束的金相组织是相同的。管束的表面在使用前就不光洁，在不均匀的表面情况下，就更容易发生垢层的沉积，进而产生电化学腐蚀。

2.4 氨冷却器腐蚀的其他原因

2.4.1 氨腐蚀

氨冷凝器的作用就是将压缩机出口高温的气氨冷凝到液态，如果入口温度较高会对管束有较严重的腐蚀。如果循环水中有泄漏入的氨，就会加快腐蚀的进程，最终造成管束腐蚀穿孔。

2.4.2 冲刷腐蚀

压缩机出口气氨处于高温、高压状态，流速较快直接冲刷管束。气氨在冷凝过程中，循环水在管束前段缝隙处剧烈蒸发，容易发生管束减薄，进而引起泄漏。

2.4.3 应力腐蚀

换热器在制备过程中管板与管束结合处，采用贴胀后焊接方式处理。残余应力会在胀管处存在，同时焊接残余应力也存在。气氨和循环水的温差较大，通常气氨温度在90℃左右，而循环水温度一般在20～30℃（受季节影响）。管束、管板材质不同，热膨胀系数不同，较大的温差应力造成管束薄弱处发生破裂和腐蚀。

3 氨冷却器改造措施与效果

防止垢下腐蚀和局部腐蚀是防止氨冷凝器泄漏的关键。主要的防护措施有：一是进行冷却水水质处理，混凝、澄清、过滤、软化、除盐、除铁等，为了减弱Cl-腐蚀，采取降低循环水中Cl-浓度的方法；给循环水系统配备旁滤系统。二是提高循环水的流速，或者加装扰流构件，减少循环水侧的结垢。三是管束的选用，在资金允许的条件下，尽量选用表面光洁度高、耐腐蚀的材质；加强换热器投用前的清洁工作，将污垢和氧化物从表面清理掉。四是消除管板和管束间的胀接应力，将加工方式由贴胀加焊接改为强度焊；入口加防冲板，避免气体直接冲刷列管。五是提高材料力学性能，降低腐蚀，管板、壳体、管束材质分别由原来的 20#钢、20#钢和 A4钢制造，升级为16MnR钢、Q345R钢、20#钢。

通过改造，氨冷凝器的运行效果较好，检修次数大为减少。换热效果显著提高，改造后液氨出口温度比原来降低了4～6 ℃。氨换热器使用寿命大幅度延长，降低了检修费用，创造了较好的经济效益。

[1] 严国泰.氨制冷系统压力容器常见腐蚀及对策[M].北京：化学工业出版社，2005.

Corrosion Cause Analysis and Improvement Measures of Ammonia Cooler

Li Hong-jun，Zhang Jian，Wang Yan

Based on the actual situation of the site and the actual production experience of the author，the main reason of the corrosion of the ammonia cooler is obtained by analyzing the circulating cooling water，the characteristics of the corrosion site and the metallographic analysis.Heat exchanger tube surface finish is not enough to speed up the corrosion and scaling，non-metallic impurities can also reduce the ability of materials corrosion resistance.

ammonia cooler；corrosion；analysis；improvement

TQ051.5；TQ050.9

A

1003-6490（2017）12-0002-01

2017-10-23

李红军（1979—），男，吉林吉林人，工程师，主要从事化工生产管理工作。