乙烯裝置急冷油換熱器穿孔失效分析.doc

乙烯裝置急冷油換熱器穿孔失效分析24化工裝備技術(shù)第32卷第2期2011年4月乙烯裝置急冷油換熱器穿孔失效分析王勝輝顧福明楊字清(上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院)摘要某換熱器的換熱管柬在換上不到1年就發(fā)生腐蝕穿孔失效.采用化學(xué)成分和宏觀,微觀形貌檢測方法對失效原因進(jìn)行了分析.分析結(jié)果表明.局部堿脆是引起腐蝕穿孔的主要原因.提出了預(yù)防換熱管失效的建議關(guān)鍵詞換熱管腐蝕堿脆換熱器中圖分類號tq051.5failureanalysisfortheperforationoftheheatexchangetubeinethyleneplantwangshenghuigufumingyangyuqingabstract:thecorrosionandperforationphenomenonofthebundleofheatexchangertubeturnedupwithusinglessthanayear.thereasonsofthefailurehavebeenstudiedbychemicalcompositionanalysisandmacro-andmicro-morphologytestingmethod.theresultsshowthatcausticembittermentwasthemainreasoncausedcorrosionandper-forationphenomenon.providedsomeproposestopreventthefailureofheatexchangetube.keywords:heatexchangetube;corrosion;causticembrittlement;heatexchangero前言乙烯裝置中.工藝水汽提系統(tǒng)是急冷系統(tǒng)的重要組成部分之一.利用從裂解氣中分離出的急冷油和工藝水進(jìn)行熱交換制得稀釋蒸汽,再用稀釋蒸汽把熱量帶回裂解爐或送出系統(tǒng)實現(xiàn)熱循環(huán),可達(dá)到節(jié)能的目的【1j.其中.急冷油/稀釋蒸汽換熱器是該系統(tǒng)中實現(xiàn)熱交換最關(guān)鍵的設(shè)備之一,其安全,穩(wěn)定,高效的運行對確保乙烯裝置的正常運轉(zhuǎn)具有重要的意義和經(jīng)濟(jì)價值.某急冷油/稀釋蒸汽換熱器的換熱管在使用不到1年后發(fā)生了局部腐蝕穿孔失效.該換熱器為圓筒形的臥式結(jié)構(gòu).筒體內(nèi)由下往上共布置四排換熱管束,見圖1,前端為固定管板,后端為浮頭,尺圖1簡體內(nèi)四排換熱器管束寸024009000lllln,材質(zhì)16mnm,內(nèi)置管束5925根,換熱面積3005m2.換熱器利用管程內(nèi)的高溫急冷油來加熱殼程的工藝水稀釋蒸汽.管程王勝輝,男,1982年11月生,碩士.上海市,200062.2011年4月王勝輝等:乙烯裝置急冷油換熱器穿孔失效分析25通急冷油,管子規(guī)格o19x2nlnl,材質(zhì)10號鋼,進(jìn)口溫度195,出口溫度175.6,操作壓力0.725mpa;殼程走工藝水稀釋蒸汽,進(jìn)口和出口溫度分別為170.2.c和170.8,操作壓力0.706mpa.1理化檢驗1.1工藝水分析工藝水本身含有酸性介質(zhì),工藝水汽提系統(tǒng)采用中和胺與naoh的混合溶液(原僅為中和胺)對酸性工藝水進(jìn)行加堿處理,使其保持弱堿性,維持ph值在7.59.5的合適范圍.據(jù)廠方介紹,當(dāng)前的工藝是使換熱器殼程中工藝水的ph值保持在9.2左右.但根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn),工藝水的ph值波動劇烈,波動頻繁,ph值有較長時間超出7.59.5的范圍,甚至超過11.對工藝水中的陽離子進(jìn)行成分分析,結(jié)果顯示,其中主要含有na,含量高達(dá)28.54mg/l,fe離子含量則不高,只有0.16mg/l.這一結(jié)果說明,因調(diào)節(jié)l_丁藝水ph值而加人大量naoh.結(jié)果導(dǎo)致堿液濃度過大.從而引起腐蝕.但fe元素含量低,說明這一腐蝕不屬于均勻腐蝕.只是在材料表面?zhèn)€別位置出現(xiàn)局部腐蝕.1.2宏觀檢驗失效換熱管子的腐蝕形貌如圖2所示.由圖2(a),(b)可見,失效的換熱管表面距換熱器浮頭約1.9nl處有三個相鄰的腐蝕凹坑,直徑在48mm不等.其中左邊與中間的2個凹坑未穿孔,中間的凹坑呈放射性條狀凹陷形貌;最右邊的一個凹坑已穿孑l,孔徑約2rnltl,見圖2(c).發(fā)現(xiàn)管子內(nèi)表面穿孑l直徑小于外表面.因此判斷管子的腐蝕穿孑l是從外壁開始的.我們分析的是該凹坑的右側(cè)部分,即半個凹坑.1.3化學(xué)成分分析對失效換熱管子進(jìn)行化學(xué)成分分析.結(jié)果詳見表1.由表1可知,失效管的化學(xué)成分符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求l.1.4金相分析換熱管為塊狀鐵素體+珠光體組織結(jié)構(gòu),鐵素體中的夾雜物分布均勻,但珠光體含量偏高且發(fā)生了一定程度的溶解,易成為腐蝕發(fā)生的起始點.換熱管的晶粒度評定等級為6級,其金相組織照片見圖3.(a)腐蝕孔洞形貌(b)腐蝕孑l洞局部放大形貌(c)腐蝕孑l洞斷口圖2換熱器失效換熱管宏觀形貌表1失效換熱管的化學(xué)成分(%)一一(a)60(h】300圖3換熱器失效管子金相組織1.5掃描電鏡與能譜分析對換熱管凹坑處進(jìn)行掃描電鏡分析.其腐蝕形貌見圖4.圖4(a)所示為破口剖面的整體形貌,剖面上可見大面積的蝕坑群,圖40,)即為蝕坑的局部放大形貌.同時可見剖面上存在大塊的腐蝕產(chǎn)物,見圖4(c).對破口剖面另一位置觀察發(fā)現(xiàn),剖面上同時還存在較為明顯的顯微裂紋,見圖4(d).對裂紋進(jìn)一步放大可見.裂紋周圍還有更小的裂紋,見圖4(e),而裂紋內(nèi)部也有層層相疊的小裂紋,見圖4(0.這兩個現(xiàn)象都較為明顯地驗證了剖面上的2011年4月蔡麗萍等:板殼式換熱器的應(yīng)用和進(jìn)展31優(yōu)勢相當(dāng)明顯,傳熱系數(shù)高,壓降小,不易結(jié)垢,結(jié)構(gòu)緊湊.同時有效降低裝置能耗.在很多高溫高壓的場合.可以替代管殼式換熱器.國內(nèi)板殼式換熱器經(jīng)過近年來的發(fā)展,結(jié)構(gòu)多種多樣,應(yīng)用范圍也從催化重整延伸到常減壓蒸餾,甲醇,芳烴和合成氨等裝置.但板殼式換熱器的開發(fā)方面與國外相比仍有差距.且板殼式換熱器的實際推廣和應(yīng)用仍然有限.尚需針對高溫,高壓,易腐蝕,易結(jié)垢等惡劣的工況條件.研制對抗特性的不同材質(zhì)的新型換熱器,來滿足大型化石油化工裝置的不同工藝要求.采用高分子材料制造換熱器,也是一種有益的嘗試參考文獻(xiàn)【1】李含蘋.全焊接板殼式換熱器在傳熱中的應(yīng)用.船舶.2004.【2】熊摘.傳熱傳質(zhì)技術(shù)及設(shè)備進(jìn)展點滴j1.石油化工設(shè)備.2009.【3】張迎愷.大型軋制焊接板殼式換熱器的研制【j.催化重整通訊.2001.【4】魏兆藩,王丕宏,張延峰,等.大型板殼式換熱器的研制j1.石油化工設(shè)備,2000.【5】汪光勝,周建新.板殼式換熱器在歧化裝置中的選用j.石油化工設(shè)備,2008.【10】【12】【13】【l41【l5】【l6】王光.板殼式換熱器在燕山石化重整裝置中的應(yīng)用j.石油化工設(shè)備,2009.朱迪珠.國產(chǎn)大型板殼式換熱器在重整裝置應(yīng)用j.石油化工設(shè)備.2000.趙建春,王志坤,張昕,等.大型焊接板殼式換熱器在重整裝置中的應(yīng)用j】.石油化工設(shè)備,2003.陳亞平,徐禮華,周強(qiáng)泰.一種新型板殼式換熱器【j】.石油化工設(shè)備.2o00.周夏.臧安華,孫新華.板殼式換熱器在大型合成氨裝置上的應(yīng)用fj】.大氮肥,2006.張建.沈建明.李亮.全焊接板殼式熱交換器在熱水伴熱中的應(yīng)用j.石油化工設(shè)備,2007.陳亞平.板殼式換熱器對冷凝過程的強(qiáng)化傳熱研究d】.南京:東南大學(xué),2000.周建新,宋秉棠,陳韶范,等.鈦板殼式換熱器及其在常減壓塔頂?shù)膽?yīng)用【j】.石油化工設(shè)備,2006.姚田緒,畢開斌.板殼式換熱器在甲醇裝置中的應(yīng)用j】.石油化工設(shè)備,2009.錢伯章.國產(chǎn)超大型板殼式換熱器通過驗收j.煉油技術(shù)與工程.2009.patrickluekow,avrambar-cohen,peterrodgem,eta1.energyefficientpolymersforgasliquidheatexchangersjj.journalofenergyresourcestechnology,2010.(收稿日期:2011-0l一31)(上接第26頁)了條件.根據(jù)失效換熱管腐蝕破口與凹坑的宏微觀形貌觀察可知,腐蝕凹坑內(nèi)存在大量的局部腐蝕微孑l.并且從微孑l底部萌生出脆性裂紋.根據(jù)裂紋形貌判斷,部分具有沿晶開裂的特征且有明顯的主裂紋.同時,在腐蝕微孑l內(nèi)還測得含有na,0,fe等元素,這與堿脆產(chǎn)物的成分相符.因此,所觀察到的腐蝕形態(tài)都證明了換熱器管束曾經(jīng)歷局部堿脆的腐蝕過程.3結(jié)論與建議(1)naoh堿液的加料方式不當(dāng)及其加料量過多,是導(dǎo)致管子表面發(fā)生局部堿脆,引發(fā)腐蝕穿孑l的主要原因.(2)失效管上有放射性條狀凹坑,這是安裝時引入的機(jī)械割傷或是在殼程內(nèi)有某種剛性異物對管壁產(chǎn)生的撞擊刮傷所形成的.(3)為防止堿脆的發(fā)生,應(yīng)嚴(yán)格控制堿液比例和加料方式,確保ph值在合理的范圍之內(nèi).(4)更換管束時要確保管束質(zhì)量;嚴(yán)防管子被異物劃傷.檢修后必須把可能遺留在殼程內(nèi)的異物