對某水煤氣換熱器內(nèi)換熱管在短期失效的原因進(jìn)行分析，從宏觀表面和腐蝕層的化學(xué)分析可知，腐蝕物中主要是氧化鐵和碳酸鈣。分析其原因，主要是殼程中的循環(huán)水處理處于開放狀態(tài)，導(dǎo)致水內(nèi)部含氧量以及無機(jī)鹽超標(biāo)，在高溫下容易與金屬管壁作用，發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。針對上述問題，分別從換熱器和循環(huán)水處理兩方面提出相應(yīng)措施。并在日常管理中實行實時監(jiān)控，且進(jìn)行定期清洗。

換熱器是大型壓縮機(jī)機(jī)組中不可缺少的換熱裝置，它的高效運(yùn)行是壓縮機(jī)機(jī)組正常運(yùn)行的必要條件，也是壓縮器內(nèi)工藝氣體的溫度在安全范圍內(nèi)的保證。在設(shè)計范圍內(nèi)，換熱器的換熱效率和壽命與多種因素密切相關(guān)。其中，換熱管內(nèi)外介質(zhì)的組成對換熱管束的腐蝕有顯著的影響。

某煉化公司一臺水煤氣壓縮機(jī)換熱器，管內(nèi)介質(zhì)為水煤氣，管外介質(zhì)為循環(huán)水。換熱器殼程溫度在３０℃～１２０℃，管程工作溫度在２０℃～４０℃，工作壓力在０.２ＭＰａ～１.２ＭＰａ。該換熱器的換熱管管束在短期內(nèi)（＜６個月）便發(fā)生泄漏。導(dǎo)致泄漏的原因很多，本文從多方面分析泄漏的原因。在分析的基礎(chǔ)上，對介質(zhì)的組成、換熱管束的清洗以及后續(xù)的實時檢測提出相應(yīng)的措施，以保證換熱器工作效率及使用壽命。

１工藝分析

該換熱器管束材料為２０號鋼，管程與殼程內(nèi)介質(zhì)分別為水煤氣和循環(huán)水。管內(nèi)介質(zhì)組成及循環(huán)水指標(biāo)如表１和表２所示。

２泄漏原因分析

２.１宏觀形貌

取泄漏管束中的一段進(jìn)行分析，如圖１所示。從圖１中可以看出，換熱管內(nèi)外部銹蝕嚴(yán)重，有泄漏孔出現(xiàn)。換熱管外部有黃色的銹跡，管內(nèi)部的顏色相對較深，黑色銹跡。此外，還有許多點蝕坑出現(xiàn)。將腐蝕層外側(cè)黃色銹跡除去后發(fā)現(xiàn)內(nèi)側(cè)呈黑色。說明除了在換熱管外部有大量的氧化亞鐵存在外，其里層已經(jīng)被深度氧化成氧化鐵。

２.２腐蝕物成分分析

對換熱管腐蝕層成分進(jìn)行分析，具體數(shù)據(jù)如第１５５頁表３所示。從第１５５頁表４的２０號鋼中元素的標(biāo)準(zhǔn)含量對比可以看出，腐蝕層中含有大量的Ｏ、Ｆｅ、Ｃ、Ｃｌ以及少量的Ｃａ和Ｍｇ存在。這說明腐蝕層具有大量的氧化鐵和氧化亞鐵存在。與圖１中所觀測的外觀形貌相對應(yīng)，即，氧化亞鐵呈現(xiàn)出黃褐色，氧化鐵則呈現(xiàn)出黑色。Ｓｉ的含量符合２０號鋼標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；Ｃａ離子以碳酸鈣和硅酸鈣的形式存在；Ｍｇ離子的存在加速管道的結(jié)垢；除此以外，大量Ｃｌ元素的存在加速了對２０號鋼材電腐蝕。

２.３金相分析

圖２所示為原管管壁和除銹后管壁的金相圖。從圖２ａ）中可以看出，２０鋼管經(jīng)過冷拔后，基材呈帶狀，白色的為拉伸的鐵素體，拉伸方向沿管子縱向方向；黑色的為珠光體。對比圖２ｂ）和圖２ａ），除銹拋光后的金相組織沒有發(fā)生改變。由此可以判斷，該換熱管的基材符合標(biāo)準(zhǔn)，不是造成泄漏的原因。

通過宏觀形貌、微觀形貌以及腐蝕層的化學(xué)元素分析可知，管束內(nèi)外表面均發(fā)生了腐蝕，且外表面的腐蝕厚度大于內(nèi)表面的腐蝕厚度，泄漏孔由外表面穿向內(nèi)表面。主要原因是循環(huán)水中存在較高的Ｏ含量，Ｃｌ、Ｃａ和Ｍｇ離子的含量也超標(biāo)。而在實際生產(chǎn)中，該循環(huán)水處理為開放式，水中含有大量的Ｏ２存在。換熱設(shè)備在高溫高壓下工作，由于換熱管與介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)不一致，因此在換熱管附近的介質(zhì)形成溫度梯度，在溫度梯度的作用下，溶解的Ｏ２被源源不斷地帶入到管壁，與其接觸并作用，這是導(dǎo)致?lián)Q熱管束在短期內(nèi)就產(chǎn)生嚴(yán)重泄漏的主要原因。此外，循環(huán)水中無機(jī)鹽離子的存在，對換熱管起到腐蝕作用。

３解決方案

由上述分析可知，循環(huán)水水質(zhì)是造成腐蝕的主要原因。腐蝕不僅降低換熱效率，而且大大縮短了換熱器使用壽命。因此，從兩方面對換熱器進(jìn)行處理。首先給換熱器除銹，然后對循環(huán)水進(jìn)行處理。

１）更換和清洗換熱管

首先對該換熱管束進(jìn)行整體排查，將泄漏的管進(jìn)行更換。然后對換熱器進(jìn)行整體化學(xué)清洗。在化學(xué)清洗前，根據(jù)腐蝕的情況確定清洗方案如下：酸洗除銹———預(yù)膜形成金屬保護(hù)膜。此外，對開放式的水處理改用封閉式的處理方式。避免水處理中含氧量的增加。

２）循環(huán)水處理

在給換熱器清洗和預(yù)膜后，還應(yīng)該對循環(huán)水進(jìn)行處理。為了節(jié)約水資源，根據(jù)循環(huán)水水質(zhì)，篩選出適用性強(qiáng)的高效緩蝕阻垢劑添加到其中。目前，水處理采用的有機(jī)阻垢劑有膦酸類阻垢劑、羧酸類阻垢劑、膦酸羧酸類阻垢劑等。最常用的阻垢劑是按照一定配比的膦羧酸、聚羧酸和含磺酸鹽共聚物組成的復(fù)合緩蝕阻垢劑。這些有機(jī)酸對金屬表面形成的保護(hù)膜起到保護(hù)作用，同時對循環(huán)水中的碳酸鈣等均有良好的螯合分散和晶格畸變作用。

３）循環(huán)水日常管理

循環(huán)水管理素有“三分藥劑，七分管理”之說。在循環(huán)水正常運(yùn)行后，在升溫、蒸發(fā)和冷卻的過程中，水質(zhì)會發(fā)生變化。因此，日常運(yùn)行主要根據(jù)水質(zhì)變化情況進(jìn)行及時調(diào)整，每天定時分析和上報。

與此同時，還要對容器的腐蝕速度和結(jié)垢進(jìn)行測定。將一定規(guī)格的金屬掛片安裝在循環(huán)水出口管線上的引出管中，一個月后取出稱重。根據(jù)掛片的失重情況，可判斷腐蝕速度。根據(jù)《工業(yè)循環(huán)水冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》（ＧＮ５００５０－２００７）規(guī)定，冷熱設(shè)備碳鋼管關(guān)閉的腐蝕速度＜０.０７５ｍｍ／ａ。采用監(jiān)測換熱器法，模擬換熱器的操作條件，用飽和蒸汽作介質(zhì)。運(yùn)行一個月后取下測算腐蝕率和黏附速率，污垢熱阻反映結(jié)構(gòu)情況。要求達(dá)到《工業(yè)循環(huán)水冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》（ＧＮ５００５０－２００７）規(guī)定：換熱設(shè)備水側(cè)管壁的年污垢熱阻＜３.４４×１０－４ｍ２·ｋ／ｗ；水面污垢沉積速率≤２０ｍｇ／ｃｍ２·月。

４結(jié)語

通過上述分析可知，本文中換熱管材質(zhì)合格，造成換熱管束短時期失效的主要原因是循環(huán)水水質(zhì)的問題。因此，針對該問題提出了解決方案。首先對腐蝕嚴(yán)重的換熱管清洗。其次，對循環(huán)水水質(zhì)進(jìn)行阻垢緩蝕處理。在正常運(yùn)行后，分別對換熱管的腐蝕和循環(huán)水的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控。保證換熱器在設(shè)計工況下進(jìn)行運(yùn)行的同時，定期進(jìn)行清洗以使換熱器達(dá)到高效換熱并延長使用壽命。