摘 要：針對合成車間凈化崗位設備的失效情況，基于腐蝕理論和力學理論，結合生產中出現的實際現象以及實驗考察，分析原因，并借鑒成熟資料提幾點處理方法。闡述了這些方法用于處理在線腐蝕設備的優點，對生產中設備的檢修與維護有一定的意義。

關鍵詞：設備腐蝕；換熱器；再沸器；余熱回收器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.176

神華寧夏煤業集團煤炭化學工業分公司烯烴分公司合成車間凈化崗位分低溫甲醇洗，和硫回收裝置。低溫甲醇洗設備，現有塔8個、罐8個、換熱器40個、泵25臺、壓縮機2臺。硫回收設備，現有塔4個、罐21個、換熱器15個、反應器3個、泵31臺、空冷器2臺、風機6臺、過濾器2個、煙囪1個。在生產中已經出現腐蝕并能對生產產生直接影響的設備有：低溫甲醇洗的酸性氣冷卻器E-40014，熱再生塔再沸器E-40021；硫回收的尾氣焚燒爐余熱回收器E-45010。因此，本文對上述3個設備進行介紹，并分析其失效原因，便于更好的維護和使用。

1 設備生產的基本情況

酸性氣冷卻器E-40014，該換熱器，管程介質為循環水，殼程為來自熱再生塔塔頂閃蒸的酸性氣，主要成分為H2S，少量的CO2、CH4、H2O、NH3。該換熱器的作用：冷卻熱再生塔塔頂閃蒸的酸性氣，氣相送至酸性氣冷凝器E-40015，液相送至解析塔T-40004底部。

熱再生塔再沸器E-40021，該換熱器，管程介質為，0.55Map的低低壓蒸汽，殼程介質為來自熱再生塔T-40005塔底的富硫甲醇。該換熱器的作用：加熱富硫甲醇，配合來自甲醇水塔的甲醇蒸汽，使富硫甲醇得到徹底的再生，是整個低溫甲醇洗的心臟。

尾氣焚燒爐余熱回收器E-45010，該換熱器，管程介質為來自尾氣焚燒爐焚燒的尾氣，溫度在800℃左右，中間有根沒有和殼程介質接觸的中心管，殼程介質中壓鍋爐給水，造作壓力為3.25Map。該換熱器的作用：回收尾氣焚燒爐的產生的熱量，冷卻排放大氣的尾氣。

2 設備在實際生產中失效的基本情況

酸性氣冷卻器E-40014，經檢修拆開發現，腐蝕主要集中在殼程頂部氣相入口管線附近的列管處。

熱再生塔再沸器E-40021，經檢修拆開發現，腐蝕在管程，零散分部。

尾氣焚燒爐余熱回收器E-45010，經檢修拆開發現，腐蝕主要集中在底部換熱列管下五排處。

3 設備失效對整個生產的影響以及現場的實際現象

酸性氣冷卻器E-40014，該設備在解析框架5層，離地面大概20米左右，0.45Map的循環水在此處壓力應低于0.45Map，單肯定大于0.17Map，列管腐蝕導致循環水進入0.17Map的換熱器殼程，最終進入系統，增加系統水含量。更為嚴重的是，殼程介質主要組分為H2S， H2S易溶于水，大量的H2S進入循環水系統，導致循環水系統硫含量嚴重超標。最直觀的表現為，循環水中污濁粘稠的白沫，在循環水噴淋的硫磺造粒機處尤為明顯。能證明循環水中污濁的白沫來自酸性氣冷卻器E-40014的有利證據為，在2014年5月大檢修前E-40014內漏，造粒機噴淋冷卻水處污濁的沫子大量堆積在造粒機水槽處，而檢修后污濁的白沫消失，如果這只是一個巧合，那最近一次切換E-40014就能更直接的說明問題，在切換E-40014前，造粒機噴淋冷卻水處出現這種白沫，中化取樣發現E-40014內漏，而在將E-40014切換到新曾換熱器后，白沫消失。如果長期使用這種被污染的循環水，對整個使用循環水系統的設備來說是致命的。

熱再生塔再沸器E-40021，該設備列管腐蝕失效，最直接的表現為中控操作畫面，熱再生塔T-40005塔底溫度遠傳溫度顯示400TI0560溫度超過105℃。E-40021產生的影響可以從以下情況來看。E-40021凝液管線上有4寸的現場導淋，通過該導淋可以直接控制E-40021管程壓力，所以，E-40021產生的影響一是：管程壓力大于殼程壓力，致使蒸汽凝液進入甲醇系統，是塔底溫度超標，影響系統再生。二是：現場導淋開度過大，使管程壓力小于殼程壓力，致使塔底甲醇進入凝液，排到現場，進入污染雨水池，使外送的污水COD超標。導致的后果就是，系統補甲醇的的頻次明顯增加，造成甲醇的嚴重浪費。

尾氣焚燒爐余熱回收器E-45010，該設備失效的表現為，殼程的中壓鍋爐給水進入管程，侵泡鋪在焚燒爐底部的耐火磚，使耐火磚失效。該設備在2013年底的檢修拆開時發現更為嚴重的情況，一是，中心管尾部炸裂，導致鍋爐水進入中心管，在煙囪形成液擊對后工段管道和煙囪造成嚴重的沖擊；二是，鍋爐水與尾氣中的SO2在高溫下反應生成H2SO3，H2SO3與設備中的Fe反應生產H2 ，這并不僅僅是理論的推測，在生產中的現象足以說明在E-45010確實發生過這樣的化學反應。當時E-45010內漏嚴重，通過E-45010殼程的導淋接消防水帶排向污染雨水池，在污染雨水泵外送時發現，雨水泵管線泄漏嚴重，在更換過管線后，很短的幾天內管線大面積泄漏，一般的腐蝕很難有這么快的速度，這就說明管子內的介質很有可能是亞硫酸。下面的推測就足以說明，介質就是亞硫酸。先做一個假設，假設確實有亞硫酸生成，在亞硫酸的化學腐蝕下，E-45010殼程尾部壁厚56mm的低碳合金鋼材（16MnR），在很短的時間內產生了大大小小的腐蝕孔，并開始在現場泄漏，在在線堵漏過程中，監護人員發現在焊接時從腐蝕孔處噴出藍色火焰，可燃物有兩種可能，一是：燃料氣和需要焚燒的可燃尾氣；二是：亞硫酸與鐵反應生成的氫氣。硫回收單元設計負荷7700Nm3/h，而在當時生產實際負荷最多只有3800 Nm3/h，這說明焚燒爐膛內的燃料氣和需要焚燒的可燃尾氣不可能出現在余熱回收器尾部，充分說明當時噴出的淡藍色火焰是氫氣，這間接證明E-45011內生成了亞硫酸。這產生的后果便是硫回收單元停車，甚至更嚴重的后果。

4 設備失效的原因分析

酸性氣冷卻器E-40014，經檢修拆開發現，腐蝕主要集中在殼程頂部氣相入口管線附近的列管處。

E-40014換熱管是10鋼，從換熱管失效的分部情況來看，設計腐蝕余量不存在不足。熱再生塔T-40005頂部閃蒸出的酸性氣對每根換熱管的腐蝕反應應該是一樣的，唯一不一樣的地方在于，頂部接近氣相管線入口的換熱管被酸性氣沖擊的更為猛烈，而在下面的換熱管由于具有一定流速的酸性氣被冷卻，以及被上面換熱管緩沖，在與下面換熱管接觸時酸性氣已經相對緩和。因此判斷，E-40014換熱管失效是由湍流腐蝕引起的。

熱再生塔再沸器E-40021，經檢修拆開發現，腐蝕在管程，零散分部。

E-40021換熱管是10號鋼。E-40021是整個低溫甲醇洗裝置的心臟，整個裝置投入精力最多，操作最為頻繁的地方也正在此處，隨氣量的多少，E-40021所承受的蒸汽流量低至10t/h，高至30t/h，蒸汽負荷頻繁的波動，是導致換熱管失效的最主要原因。從腐蝕情況來看，屬于腐蝕疲勞。

尾氣焚燒爐余熱回收器E-45010，經檢修拆開發現，腐蝕主要集中在底部換熱列管下五排處。

E-45010換熱管是20號鋼。導致底部五排換熱管漏，可能的原因一是：耐火磚在高溫下會產生粉塵，粉塵在重力作用下沉積在焚燒爐底部，在工藝氣流帶動下，進入管程，與換熱管摩擦，導致換熱管內漏。在檢修時拆開E-45010封頭發現并沒有大量的耐火磚粉塵，所以排除此原因。二是：現場所有鍋爐排污管線都集中在鍋爐排污冷卻器入口管線，在入口管線處有一個起跳壓力為1.0Map的安全閥，E-45010殼程壓力在3.25Map左右，現場對E-45010進行鍋爐排污操作時，稍微多開一點E-45010鍋爐排污閥，鍋爐排污冷卻器入口安全閥會起跳，導致現場排放，而這時操作人員一般會選擇直接關閉鍋爐排污閥，停止鍋爐排污，導致中壓鍋爐給水中的MgSO4、CaSO4等雜物沉積在E-45010殼程底部，最終這些雜志附著在換熱管壁上，使管壁傳熱效果減少，導致換熱管壁溫度增加導致換熱管爆裂。而來自高壓除氧器的中壓鍋爐給水，氧含量應該符合要求，殼程中壓鍋爐給水液位基本維持在50%，浸泡換熱管一半，而E-45010只有底部五排換熱管發生泄漏，也說明最主要的原因不是水質引起的。

5 措施

基于前面分析E-40014是由磨損腐蝕引起的，防止磨損腐蝕的措施：

（1）改善結構設計。增加管徑，減少流速，以獲得層流；避免容易造成湍流的截面變化的設計，可以減少湍流腐蝕，彎管的設計可視材料不同，使彎曲半徑為管徑的3～5倍，可防止沖蝕。

（2）正確選材。對湍流腐蝕要綜合考慮材料的耐蝕性和耐磨性；對沖蝕、氣蝕要考慮材料的硬度和韌性。

（3）表面處理。在金屬部件上襯以橡膠、塑料等彈性材料、可以減輕磨蝕的危害；耐蝕性良好的涂層，鍍層對防止湍流腐蝕等也是有益的。

（4）控制環境。控制環境的溫度、pH值、氧含量、添加緩蝕劑、去除流體中的固體物質，對減輕湍流腐蝕、沖蝕是有效的。

綜上所述：更換新的E-40014，在采購設計時考慮磨損腐蝕的防范，注意結構及其材料的正確選擇。

E-40021是因為負荷頻繁波動導致腐蝕疲勞引起的。腐蝕疲勞的防護與控制措施：

（1）合理選材。這里要指出，為了提高抗疲勞斷裂，一般選用強度較高的材料；而對于腐蝕疲勞，強度越高的鋼種，其腐蝕疲勞門坎值反而越低，因此，選擇強度低的材料更為安全。

（2）降低應力。可以從以下四方面考慮：1）改進設計，減少應力；2）避免尖銳缺口；3）采用消除殘余應力的熱處理；4）采用噴丸等表面處理，使表面層有殘余壓應力。

減少負荷大幅度波動，保持工況平穩，才是保證裝置安穩長滿優的根本。操作加減蒸汽時應以少量多次為根本原則。

（3）減少腐蝕。常用措施有涂層、緩蝕劑和電化學保護。

E-45010在檢修時將失效的換熱管用堵頭堵死。在日常生產中應做好定期鍋爐排污工作，為E-45010鍋爐排污管線配置專門的排污副線。

參考文獻：

[1]馬培根.“氣煤混燒”技術在工業鍋爐上的應用[J].區域供熱，2010（04）：9.

[2]劉小輝.設備腐蝕與防護技術問答[J].2014，7（01）.

作者簡介：張灝（1989-），男，山東菏澤人，本科，研究方向：煤化工技術。

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