常压蒸馏装置常一线油冷却器腐蚀结垢的原因与对策

甄鹏飞

(中国石化塔河炼化公司炼油第一作业部，新疆 库车 842000)

1 冷却器基本情况

在装置的冷换设备中，结垢和腐蚀问题是两个突出难题，由于垢物的附着阻碍了介质的流动和传热，导致冷却器出入口压力差增大，换热效果下降，同时易导致垢下腐蚀的发生，缩短冷却器的使用寿命[1-2]。2019年5月，对塔河炼化1号常压-焦化联合装置常一线油冷却器E1006进行清洗时发现，管箱封头及管板上存在大量灰白色垢物，管束入口处存在堵塞现象，且有锈蚀痕迹。为减缓循环水的腐蚀，管箱内设置有镁合金牺牲阳极块，规格为60 mm×60 mm×250 mm。E1006操作条件和材质情况见表1。为了查明腐蚀结垢的原因，提出针对性的抑制腐蚀结垢的措施，采集了腐蚀垢样，委托洛阳技术研发中心开展综合分析。

表1 E1006冷却器操作条件和材质

2 试验方法

2.1 离子色谱分析

采用超声波振荡的方法将定量的垢样充分溶解于定量的蒸馏水中，然后取上层清液过滤，利用离子色谱法(HPIC)测定水中的可溶性阴离子，并取蒸馏水进行空白对照。

2.2 气相色谱-质谱联用分析

将垢样溶于有机溶剂中，萃取出其中的有机物，利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对垢样中有机物的组成及含量进行分析。

2.3 能谱分析及X射线衍射分析

将垢样在200 ℃和400 ℃下烘干去除水分和挥发性介质后，采用能谱分析(EDS)测定其主要元素含量，采用X射线衍射(XRD)分析确定其化合物的主要存在形式。

3 分析结果与讨论

3.1 阴离子测定

表2 阴离子测定结果

3.2 有机物组成及含量分析

分别利用环戊烷和二氯乙烷对垢样进行萃取，采用GC-MS法对萃取液进行分析，经检测，萃取液中未发现其他有机物。

3.3 腐蚀垢样分析

表3为垢样的EDS分析结果。

表3 样品EDS分析结果 w,%

由表3可知，垢样主要由O，Si，Ca，Fe和Mg元素组成，且Al和Zn含量也较高，S含量则较低。此外，垢样热稳性较好，烘干到400 ℃后其组成与200 ℃下基本保持一致。根据EDS分析结果，可以初步推测垢样主要来自于泥沙、水垢、腐蚀产物的沉积以及牺牲阳极的溶解，其中，Si元素和Ca元素主要来自于泥沙和水垢，Fe元素主要来自于腐蚀产物，Mg，Al及Zn等元素主要由牺牲阳极的溶解产生，S元素的存在通常与硫酸盐还原菌(SRB)和H2S环境有关。

XRD分析结果表明，垢样的主要物相为SiO2和CaCO3。其中，SiO2来自于水中的泥沙，CaCO3为典型的水垢成分。结合EDS分析结果来看，导致腐蚀结垢的主要原因是水中的泥沙和水垢沉积。

4 腐蚀结垢的原因分析

(1)泥沙由循环水引入，在流速较低处，易发生泥沙沉积，而水垢主要由水中可溶的Ca(HCO3)2在传热面上受热分解产生。

(2)碳钢材质的设备和管道易发生腐蚀，部分腐蚀产物进入循环水中，与泥沙、水垢等一起在冷却器表面沉积是导致结垢的另一个原因。

5 结论与建议

(1)常一线油冷却器E1006腐蚀结垢的原因在于循环水中的泥沙和水垢沉积、腐蚀产物堆积以及阳极块溶解形成的沉淀。

(2)为抑制冷却器腐蚀结垢，建议严格控制循环水出口温度不超过50 ℃；控制循环冷却水的流速不低于1 m/s；增强管束内防腐涂层与基体的附着力，提高涂层的防腐蚀性能，避免涂层被刮擦破坏；采用定期反向冲洗等措施减少污垢沉积。

(3)在冷却器管箱内安装牺牲阳极时应充分考虑不同部位循环水垢下腐蚀的特点以及内防腐涂层的作用，再结合其对流体流速流态的影响，对牺牲阳极进行选型、用量核算及效果评估。