垢下腐蝕引起的管束穿孔案例

1 概述

某石化公司MTBE 裝置萃取水冷卻器，用于冷卻甲醇回收塔經(jīng)泵送來的萃取水，管程的循環(huán)水冷卻殼程的萃取水。管束規(guī)格為Φ25×2.5mm,材質(zhì)10＃鋼，數(shù)量120根。裝置投產(chǎn)運行以來，該水冷器管束泄露嚴(yán)重，多次腐蝕穿孔，影響了裝置的正常運行，裝置多次對管束進行了更換，對泄漏穿孔的舊管束穿孔換熱管進行失效分析。

2 分析過程

2.1、宏觀檢驗：

換熱管樣品見圖1。外壁表面附著黑色、紅銹色垢物；局部減薄穿孔，孔徑約1mm～2mm；沿管縱向剖開，可見管內(nèi)壁堆積褐色垢物，見圖2。垢物松散易清理，清理后的表面無金屬光澤，凹凸不平，局部呈不均勻減薄特征，腐蝕穿孔。

圖1 外壁表面腐蝕穿孔

圖2 內(nèi)壁腐蝕特征

2.2、成份分析：

彎頭材料為10鋼，化學(xué)成分符合GB/T 9948標(biāo)準(zhǔn)，組織正常；換熱管為正火態(tài)，組織為鐵素體+珠光體。

2.3、金相檢驗：

取樣部位：腐蝕穿孔部位、正常部位。換熱管為正火狀態(tài)，組織正常；腐蝕發(fā)生在內(nèi)壁表面，呈局部不均勻減薄特征，為垢下腐蝕特征。

圖3 金相組織圖

圖4內(nèi)壁腐蝕坑金相組織圖

2.4、腐蝕產(chǎn)物：

宏觀特性：內(nèi)壁堆積褐色垢物，垢物呈褐色松散，見圖5；

圖5 管內(nèi)腐蝕產(chǎn)物

圖6  內(nèi)壁腐蝕形貌及穿孔特征

清理后的表面無金屬光澤，凹凸不平，局部不均勻減薄穿孔，見圖6。

微觀形貌:換熱管內(nèi)壁表面腐蝕形貌主要表現(xiàn)為腐蝕產(chǎn)物和基體金屬組織顯現(xiàn)以及蝕坑，見圖7，圖8，圖9，圖10，圖11，圖12。

圖7  穿孔部位

圖8腐蝕產(chǎn)物

圖9基體金屬+蝕坑

圖10腐蝕產(chǎn)物

圖11 基體金屬+蝕坑

圖12  基體金屬+蝕坑

分析結(jié)果：垢物中主要是含有Si、S、Ca元素的鈣化合物和二氧化硅；腐蝕產(chǎn)物主要是氧化鐵Fe2.964O4 、Fe2O3 、Fe2O3 ·H2O等。

2.5、水樣分析：

水質(zhì)分析結(jié)果：水冷器使用的循環(huán)水水質(zhì)較差，氯離子、鎂離子、鈣離子含量都很高；循環(huán)水中懸浮物也較多，這些都是造成換熱管束內(nèi)壁附著結(jié)垢，形成垢下腐蝕的主要原因。

3 結(jié)論

從分析檢驗結(jié)果可知：管束材質(zhì)合格，換熱管腐蝕失效是因為冷卻水管內(nèi)壁結(jié)垢嚴(yán)重，垢下產(chǎn)生了腐蝕，并產(chǎn)生穿透性蝕孔造成。從試樣的內(nèi)表面上出現(xiàn)局部減薄但還未穿透的現(xiàn)象,證實蝕孔產(chǎn)生于材料的內(nèi)表面并向外擴展,即冷卻水管內(nèi)流入的水是引起該材料的主要腐蝕性介質(zhì)，冷卻水管外流動的甲醇萃取水對此影響不大。冷卻水的測試結(jié)果表明,水中鈣、鎂離子含量過高,直接造成了冷卻水在管中的嚴(yán)重結(jié)垢,給垢下腐蝕提供了必要條件，在Cl- 的作用下,腐蝕加速,最終導(dǎo)致管束穿孔失效。

4 建議

A、嚴(yán)格控制材料的加工、熱處理等工藝過程，使材料理化性能更高，或著選用更好的材質(zhì)。

B、增大循環(huán)水流速，改進水質(zhì),降低循環(huán)水中的鈣、鎂和氯離子濃度,以減少材料產(chǎn)生垢下腐蝕,，同時盡量降低水中沉積物，降低冷卻水中的O2, Cl- 和SO42－等含量,從而降低循環(huán)水管的腐蝕速率。

C、在水中加入藥劑（如緩蝕劑、阻垢劑、殺菌劑等）,控制水中的微生物含量,在管束內(nèi)外表面涂上防腐涂料等措施來降低冷卻水管的腐蝕破壞。

D、定期或者在檢修期間對管束進行物理（機械外力方式）、化學(xué)（酸、堿、絡(luò)合劑、表面活性劑、聚電解質(zhì)等）的清洗。