蒸发空冷器管束腐蚀分析

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1、蒸发空冷器管束腐蚀分析摘要：针对填料复合型表面蒸发式空冷器在运行过程中出现管朿泄漏问题。木文利用X射线衍射（XRD）、X射线荧光光谱分析（XRF）、扫描电镜及能谱分析对管束及腐蚀垢物进行分析，并采用金相显微镜对换热管泄漏部位及完好部位进行微观组织分析。结果表明，换热管束的腐蚀类型主要有均匀腐蚀、小孔腐蚀、缝隙腐蚀、温差电池腐蚀，腐蚀垢物中ZnO约为41.5%、Fe203为27.8%、C为13.8%（烧碳处理）、Si02为10.5%o换热管朿的底面腐蚀比换热管朿的顶面腐蚀严重，通过添加缓蚀剂及保证喷淋水密度可减缓换热管管束腐蚀。关键词：腐蚀垢物；腐蚀分析；防腐措施；蒸发式空冷器；显

2、微组织1表面蒸发式空冷器是一种将水冷与空冷、传热与传质过程融为一体且兼有两者之长的新型节能节水高效冷、凝冷却设备，它具有结构紧凑，传热效率高，投资小，操作费用低，占地面积小，安装维护方便，操作弹性大及可操作性好等优点。在炼油、化工、电力、冶金、制冷和轻工等行业中有着广阔的应用前景[1-4]o然而，在表面蒸发式空冷器投用4-5年后，表面蒸发式空冷器光管管束不同程度会出现泄漏情况，即使是表面完好的表面蒸发式空冷器光管管束，也会出现不同程度外表面腐蚀、结垢等现象。关于空冷器管束腐蚀及换热器管腐蚀失效分析研究较多[5,6],但由于不同工况的换热管工作环境差异，换热器管的腐蚀机理不同[7-

3、9]o如果表面蒸发式空冷器光管管束发生泄漏，会给操作人员带来安全隐患，会造成生产安全事故，企业生产停工，造成严重经济损失；另外，表面蒸发式空冷器光管管束的检修及更换失效管束也会额外增加人力、物力投入。再者，表面蒸发式空冷器光管管束结垢后，会大大降低设备传热换热效果，满足不了生产负荷，降低生产效率，造成牛产瓶颈。因此，对表面蒸发式空冷器光管管朿在使用过程中的腐蚀问题进行研究分析具有重要的意义。结合表面蒸发式空冷器的工作环境和使用工况，采用金相显微镜（0M）、X射线衍射（XRD）、X射线荧光光谱分析（XRF）及扫描电子显微镜（SEM）等分析测试手段对腐蚀后的光管管束及腐蚀产物进行研究

4、分析，揭示光管管朿腐蚀原因，并提出防腐措施。1填料复合型表面蒸发式空冷器的工作原理和工作环境1.1工作原理填料复合型表面蒸发式空冷器结构示意图如图1所示。工作原理:设备下部水箱中的冷却水由循环水泵输送到位于光管管束上方水平安装的分配器内，经喷头形成均匀的水流，从上而下流经管束，同时借助引风机的风力使喷淋水完全覆盖在管束表面，形成连续的均匀水膜，管束内的高温流体与管束外的喷淋水和空气换热效果显著增高，从而使管束内的高温流体冷却或冷凝，喷淋水和空气吸收热量后温度升高，部分水由液态变成水蒸气，热空气中的水被收水器捕捉收集到填料冷却层中，流经填料的循环水被空气入口进入的空气充分冷却，水的

5、温度降低3-5°C后进入底部水箱，再由循环水泵送入循环系统中，随着循环水部分蒸发，补给水由液位控制阀自动及时补充，满足设备长周期运行需要。1.2工作环境木次失效表面蒸发式空冷器露天放置在化工装置区二层平台上，设备具体参数见表1。管内介质为急冷水，其组分为：冷却水和极少量裂解过程产物，管内介质无腐蚀。为达到更好换热效果，管程介质采用下进上出逆流换热。管外介质为空气和工业二级脱盐循环冷却水。表面蒸发式空冷器管束材质为碳钢，其中管箱材质为Q345R,换热管材质为10,规格O25X2mm,执行标准GB9948-1998《石油裂化用无缝钢管》，管束外表面防腐采用采用整体热浸锌工艺。浸锌层厚

6、度一般均在80mn-100iim,厚度均匀，有效地改善了因电镀锌质量不高而加速换热管电化学腐蚀的问题。1.3试验方法采用数码相机进行表面蒸发式空冷器换热管束宏观形貌观察。采用标准金相试样制备工艺制备金相试样，然后经4%硝酸酒精腐蚀。采用OLYMPLUS金相显微镜和FEISirion扫描电镜观察组织和形貌，并用能谱分析(EDS)分析锈蚀产物的元素组成。采用D/max-2500/PCX射线衍射分析仪(XRD)对锈蚀产物进行物相分析，测试参数为：电压35kV；电流50mA;20扫描范围为2°-70°,步长0.02°；扫描速度1°/mine采用ZSXPrimusIIX射线荧光光谱仪(XR

7、F)对锈蚀产物进行相含量分析，X射线光管功率4kW。2表面蒸发式空冷器换热管腐蚀形貌和产物分析2.1表面蒸发式空冷器的换热管腐蚀宏观形貌表面蒸发式空冷器投用初期换热管宏观形貌如图2(a)所示。换热管颜色为均匀银灰色，浸锌层均匀，无缺陷。腐蚀失效的换热管管束顶面和底面腐蚀形貌如图2(b)和图2(c)所示。从图中可以看出，顶面换热管管束外表面存在大量锈蚀，并还有部分浸锌层存在；底面换热管管束外表面发生严重锈蚀，并存在穿透的蚀孔。从顶面和底面管束的腐蚀形貌对比可见，底面腐蚀严重。从换热