贫富甲醇换热器换热管失效分析结果简析

胡硕生

摘要：随着工业技术的不断进步，换热器设备的管理和运行引起了各级管理人员的重视，由于其工作状态会直接影响装置项目的负荷及效率。因此，需要相关管理人员对换热器的失效问题给子必要的关注和处理。文中针对贫富甲醇高效换热器换热管失效原因进行了简要的分析，并且提出了应对措施，旨在为设备管理人员提供必要的借鉴和参考。

关键词：贫富甲醇;高效换热器;换热管;失效;原因

中图分类号：TG142.71

文献标识码：A

文章编号：2095-6487（2019）03-0098-02

0引言

国能集团宁煤煤制油分公司20台贫富甲醇换热器投入运行一年多相继出现换热管泄漏问题，堵漏点最多达到1485根到达报废标准。该换热器管束材质设计为10#钢，管束介质为富H2S甲醇，工作温度及设计压力见下表。为了对换热器失效机理进行深入分析，进一步确认泄漏原因，大检修期间我单位安排对三系列E20DE换热器各抽出2根泄漏严重的换热管，外观检查发现换热管均有孔洞，最大直径为4.5mm，孔洞部位无明显减薄。

1失效分析内容及结果

1.1宏观检查

送检试样共四件，失效形式为点腐蚀穿孔，管件上由委托方标记缺陷方位及设备编号，将E-3100320D的孔朝右侧、孔朝下侧、孔朝上侧管分别编号

1#、2#、3#;将E-3100320E孔朝上侧编号4#。

所有管段外壁均匀腐蚀，较平整，穿孔部位边缘平整，无明显塑性变形;打开后观察到管内壁呈黑色，局部存在未贯穿壁厚的点腐蚀坑，内壁附着物质地坚硬，与金属基体结合紧密。内壁腐蚀坑边缘整齐，腐蚀坑附近无明显减薄，管壁厚与设计值相符，整体无明显减薄。

1.2化学成分分析

根据GB/T223.钢铁及合金化学分析分析方法对该送检试样进行化学成分分析，结果见表1。钢管化学成分中C含量略微偏低，接近标准值下限，其余元素符合GB

9948-2006.石油裂化用无缝钢管对10钢的规定。

1.3金相组织分析

1.3.1非金属夹杂物

依据GB/T10561的规定，2#管非金属夹杂物级别为B2.0级，4#管非金属夹杂物级别为DO.5级，符合标准准规定的不大于2.5级的要求。

1.3.2金相组织

a.取样部位

取2#管、4#管横截面进行金相检验。

b.检验结果

依据GB/T13298的规定，试样经机械抛光，采用4%硝酸酒精腐蚀，光学显微镜下观察，母材金属组织为铁素体+珠光体，管壁存在脱碳层，脱碳部位金属组织中珠光体含量减少或完全消失，2#外壁脱碳层深度362μm，内壁无明显脱碳，4#外壁局部脱碳，最大脱碳层深度653μm，内壁存在部分脱碳现象，脱碳层深度359μm。管内壁均可观察到数目较多的点腐蚀坑，腐蚀坑内金属表面有大量附着物。

1.4腐蚀坑及管内壁附着物成分分析

对2#管穿孔部位表面（2处）、2#管点腐蚀坑（未穿）内壁、2#管无明显腐蚀坑的内表面、4#管点腐蚀坑（未穿）内壁（2处）、4#管无明显腐蚀坑的内表面以及4#内表面局部堆积的附着物采用EDS分析了元素组成，可见管内壁被以Fe、0、S、C为主要元素组成的物质覆盖。EDS分析结果如表2所示。

1.5腐蚀形貌

对管内壁及断口表面的微观形貌进行观察，发现管内壁被腐蚀产物覆盖，腐蚀穿孔部位表面局部可见腐蚀形成的平行条纹状纹理，管壁内表面的腐蚀产物呈絮状[2]。

2失效原因综合分析

2.1检验结果

（1）化学成分中C含量略微偏低，但接近标准值下限;（2）金相组织由铁素体+珠光体组成，内外壁局部脱碳;（3）内壁存在较多点腐蚀坑，除点腐蚀部位外其余部

位无明显减薄;

（4）管内壁被以Fe、0、S、C为主要元素组成的物质

覆盖;

（5）腐蚀穿孔部位表面局部可见腐蚀形成的平行条纹

状纹理，管壁内表面的腐蚀产物呈絮状。

2.2结果分析

管材表面脱碳会降低材料的力学性能，但不构成本次腐蚀穿孔失效的原因。腐蚀形貌及腐蚀产物符合C02腐蚀的特征，从工艺流程上来看，随着换热的进行，甲醇在低温下吸附H2S、CO2形成的富液的温度不断升高，溶液的气相溶解度不断降低，酸性气体CO2从液相首先析出，气相中的CO2：H2S>200时，腐蚀将以CO2腐蚀为主，CO2分压不同会形成不同的腐蚀效果，当分压大于0.2MPa时将产生严重腐蚀，从甲醇再生塔顶气相组成中CO2含量在70%～75%，运行压力1.15MPa来看，换热器内CO2分压较高，除分压外，温度、PH值、流速、介质中的Cl一都会对CO2腐蝕产生影响53]。3结束语

措施建议：

（1）增加洗气甲醇注入量，降低吸收比;

（2）升级为316L奥氏体不锈钢材质。

参考文献

[1]钱瀚，高磊，张莹莹.低合金高强钢换热管开裂原因分析[J].辽宁石油化工大学学报，2018（5）：67-71.

[2]马小明，余启超.高效换热器换热管失效分析[J].化工机械，2011（3）：364-366.

[3]王国安，孟显利，甘建琨.工程机械结构件失效分析研究及应用[J].装备制造技术，2010，2010（5）：137-139.