池式冷凝器管板孔的冲刷腐蚀分析及处理

池式冷凝器管板孔的冲刷腐蚀分析及处理

李守强

新疆新冀能源化工有限公司 新疆阜康 831502

摘要：文章先对冷凝器管板的特点以及管板孔冲刷腐蚀的危害进行了分析，然后进一步探讨了造成管板孔冲刷腐蚀的因素和相关处理措，以供参考。

关键词：池式冷凝器；管板孔；冲刷腐蚀；影响因素；处理措施

1池式冷凝器管板的特点以及冲刷腐蚀的危害分析

尿素装置中的池式冷凝器为Ｕ形管换热器，壳侧为高压侧，用于进行尿素

合成，筒体强度层材料为碳钢，内衬Safurex超级双相不锈钢；管侧为低压侧，主要利用尿素合成产生的热量将蒸汽冷凝液转化为低压蒸汽，管侧筒体材料为碳钢，换热管材料为Safurex超级双相不锈钢；管板设计为碳钢材料，与尿液介质接触的一侧堆焊了Safurex超级双相不锈钢。池式冷凝器管板的最大特点是管板与列管的连接采用深孔焊，列管不穿透管板。而常规管板式换热器，不论是强度胀接、强度焊接还是胀焊并用，列管都穿透管板。常规管板式换热器运行时管程介质不与管板孔接触，而深孔焊管板换热器则相反，运行时管程介质直接与管板孔接触。由于深孔焊列管本身不穿透管板，列管和管板形成不了间隙，消除了间隙腐蚀；由于列管不穿透管板，列管对管板孔的保护套作用也就失去了，管板孔受到了管侧冷凝液及蒸汽的直接冲刷腐蚀，管板孔逐渐剥离变大，形成了一种不可逆转的破坏。随着管板孔的扩大，冲刷腐蚀有加速扩展的趋势。更为严重的是随着管板孔的扩大，管板孔之间的“管桥”逐渐剥离形成空洞，使管板的承压作用消失，一旦壳侧的高压甲铵液泄漏进入管侧，会造成严重的设备安全事故。管板孔的冲刷贯穿腐蚀会造成设备的整体报废，造成严重经济损失。

2造成池式冷凝器管板孔冲刷腐蚀因素分析

2.1工艺因素

池式冷凝器管板采用20Mn5V碳钢材料，碳钢的腐蚀过程是由碳钢表面氧化物的结构和成分控制的。研究发现碳钢在纯的中性或碱性高温水中的氧化过程使碳钢表面的氧化物分为两层，内层是相对紧密的Fe3O4层，外层是快速形成的附着性较差的Fe3O4层。氧的作用是在Fe3O4的上部形成一层薄的γ-Fe2O3，γ-Fe2O3可与通过氧化层迁移过来的Fe2+反应生成Fe3O4，并修复Fe3O4保护层的缺陷。根据腐蚀电化学的基本原理，氧对碳钢的腐蚀具有双重作用。一般来讲随着溶解氧浓度的增加，碳钢的腐蚀速率增加，即碳钢氧化成膜的速率与碳钢溶解的速率皆增加，这是因为在氧浓度较高时由于氧化反应速率较快，碳钢表面生成的氧化膜结构疏松，保护性较差。氧浓度较低时氧与碳钢反应可生成具有保护性的氧化膜阻止碳钢进一步的腐蚀，但该氧浓度大小的范围并没有结论。池式冷凝器管侧蒸汽冷凝液中溶解氧设计指标为小于20μg／L，装置运行期间，经检测，该股蒸汽冷凝液中溶解氧均在10μg／L左右，合成氨装置锅炉水中溶解氧均在7μg／L左右，池式冷凝器管侧蒸汽冷凝液中溶解氧虽然达到设计指标，但与

合成氨装置锅炉水的溶解氧指标有一定的差距，在一定程度上增加了池式冷凝器管板腐蚀风险。池式冷凝器管侧蒸汽冷凝液设计补给水来源于尿素装置蒸汽冷凝液储槽，补给水进入低压蒸汽包后与汽包中的水混合通过锅炉给水泵升压后进入池式冷凝器管侧进行换热。尿素装置蒸汽冷凝液储槽中蒸汽冷凝液氧含量在150μg／L左右，流量为15t／h，高氧含量的补给水在低压蒸汽包的并入点与去池式冷凝器管侧蒸汽冷凝液出口间距只有1000mm，来源于蒸汽冷凝液储槽的物料存在尚未与低压蒸汽包中蒸汽冷凝液充分混合就通过锅炉给水泵升压进入池式冷凝器管侧进行换热，使得池式冷凝器管侧冷凝液局部区域氧含量偏高，增加了池式冷凝器腐蚀速率。

2.2设备因素

池式冷凝器蒸汽侧管板孔冲刷腐蚀扩大。在正常状况下，高温蒸汽和冷凝液不会对管板产生腐蚀，但装置运行期间，池式冷凝器管侧进口端的蒸汽冷凝液经过“U”型换热管流通过程中，吸收壳侧气相冷凝及生成尿素过程中的热能后，在“U”型管内形成气液混合物，由于设备体积较大，管侧出液端气液混合物流速过大，超过管板材料的抗冲刷腐蚀的能力，对碳钢部分造成冲刷腐蚀，从而使得管板孔直径变大，并且越靠近堆焊层，冲刷腐蚀越严重。

3池式冷凝器管板孔的冲刷腐蚀处理措施

3.1加强锅炉水质管理

实验证明，随着水中含氨量的提高，Fe3O4在水中的溶解度明显降低。因此在低氧含量、高pH值环境下运行的锅炉水对碳钢材质的设备、管道都能起到良好的保护作用。在装置运行期间，池式冷凝器管侧蒸汽冷凝液中氧含量相对锅炉水系统而言略有偏高，通过添加稀氨水调整蒸汽冷凝液pH值、通入低溶解氧的锅炉水等操作方式，该指标仍在10μg／L左右，未能实现降低池式冷凝器蒸汽冷凝液控制指标，降低池式冷凝器管板腐蚀速率的目的，如何降低池式冷凝器蒸汽冷凝液中溶解氧含量，相关技术仍在进一步探索。

3.2做好设备技术改造

通过多方沟通交流，采用胀管设备对套管尾端进行胀管，使套管尾端紧密贴合堆焊层内壁。在设备运行期间，使得气液混合物直接进入套管，杜绝气液混合物接触碳钢管板，从而杜绝气液混合物对管板的冲刷腐蚀。国内一台同类设备已采取在管板孔内加衬管的方法防止该设备的管板孔继续扩大，效果明显。根据池式冷凝器运行状况，设备内介质有强腐蚀性介质甲铵等，综合考虑在管板出液管内安装双相不锈钢（2205）衬管（规格为准23mm×2.5mm）的方法，来防止蒸汽冷凝液和蒸汽继续对碳钢管板孔的表面产生冲蚀。

3.3加强检修维护

池式冷凝器管板即便采取了相应的防护管控措施也不能完全避免设备隔离相应的腐蚀影响，因此在使用管控的过程中，应当选取经济适用的管理方式，强化对人员的管理，落实对设备高质量、高效率的管控。坚持定期对设备进行检查、检测。利用装置大修、中修等机会，对设备进行全面的检查，特别是对冲刷腐蚀的检查、检测，发现问题及时处理，可避免因冲刷腐蚀扩大而发生设备安全事故和系统突发的停车损失。相关工程师以及技术人员需要开展常态化的设备检修保养工作，结合精益化、精细化的检修技术，借助丰富的检修工作经验，在日常生产管理活动中对池式冷凝器管板进行有效养护处理，尽可能降低冲刷腐蚀的影响。

3.4全面落实腐蚀调查管控

工程师应当落实定点调查，对池式冷凝器进行评估，结合常态化的检验工作，建立完善的腐蚀档案资料，在检查过程中通过宏观检测，借助放大镜对设备本体进行初步观察检验，对当前设备的腐蚀现象进行评估，对腐蚀点位、腐蚀程度进行考量。其次，在现场检验工作中还需要实施厚度测算，从而计算出池式冷凝器的腐蚀速度，进而推断出当前设备可能存在的使用寿命，此外，在检查工作中也需要结合探伤检测，对腐蚀开裂部位借助相应的探伤设备来分析导致腐蚀的原因。除此之外，工程师还需要对腐蚀环境进行调查分析，对腐蚀事故进行调查管理的过程中所涉及的工作面相对较为宽广，调查人员应当入微细致找出腐蚀原因，避免相关腐蚀事故再次发生。

结语

总体来说，尿素生产过程中需要加强对池式冷凝器管板孔冲刷腐蚀原因的分析，并从锅炉水质管理、设备技术改造、检修维护、腐蚀调查管控等方面入手，尽可能降低冲刷腐蚀的影响和风险，确保池式冷凝器管设备能够正常稳定地运行，提高设备的运行效率。

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