氯化精制冷却器防腐蚀技术改进

氯化精制冷却器防腐蚀技术改进

祝彪

攀钢集团工程技术有限公司 四川攀枝花  617062

1、设备现状

海绵钛氯化精制系统中的过程气冷却器采用螺旋管式换热器，主要由集箱、换热管组和壳体三部分组成，共有两组换热管，每组换热管由12根螺旋换热管组成，呈S行排列固定在管板上，由两个集箱汇集所有换热管首、尾两端。壳层的过程气（425℃）与管层的氯化炉尾气（265℃）进行热交换，过程气温度冷却到280℃，氯化炉尾气由265℃加热到300℃，达到换热的目的。

2、设备及检修存在的问题

2.1  腐蚀严重

(1)换热管腐蚀

自2019年初以来因为冷却器换热管腐蚀穿孔造成过程气冷却器泄漏频繁发生。如图1、图2，过程气冷却器共2组24根换热管，已经堵掉18根，换热面积从原来的61m2减少到12m2左右，已经不能满足生产要求。

图1                         图2

(2)壳体腐蚀

  从过程气冷却器数次检修表明，过程气冷却器壳体出现大面积腐蚀现象：一是壳体内表面局部点蚀；二是壳体内表面局部氧化脱层，三是底部沉积有大量的固液混合物（废酸泥）。

2.2 维护检修困难

判断过程气冷却器的换热管腐蚀穿孔，主要通过以下方法判断：一是过程气冷却器到WS冷凝器中间的交通管的温度下降；二是WS冷凝器后的废水槽液位突然升高，废酸浓度下降。

当发现过程气冷却器存在以上两种现象后，即可判断为过程气冷却器的换热管泄漏，解决换热管泄漏的方法存在如下难点：

（1）从过程气冷却器的结构可以看出，检修换热管必须将集箱与集箱之间的壳体切割开，露出局部换热管组，同时将集箱一端切割开，才能对换热管进行检修。

（2）查漏困难。当集箱与集箱之间的壳体和集箱一端切割开后，用试压泵对每根换热管进行试压检漏，确定泄漏的换热管。

（3）由于换热管是螺旋结构，无法采取更换换热管的方式进行检修，只能采取堵塞泄漏的换热管的方式进行检修（将泄漏的换热管两端管口用堵头封堵并满焊）。采取这种方式处理后每封堵一根换热管减少2.5m2的换热面积。

2.3 露点温度变化对过程气冷却器产生影响

所谓露点，就是烟气中酸性气体冷凝成露珠时的温度。酸气的露点温度是影响氯化炉尾气系统连续稳定长周期运行的重要因素，因此频繁开、停工对露点温度产生影响。

（1）由于过程气冷却器频繁泄漏，导致系统频繁开、停工，过程气冷却器换热管及壳体频繁跨越露点温度临界点。

（2）由于系统堵塞、其他设备故障等原因，造成系统频繁开、停工，过程气冷却器换热管及壳体频繁跨越露点温度临界点。

3、腐蚀原因分析

3.1 尾气硫酸气腐蚀

(1)露点腐蚀

由于系统频繁开、停工，过程气冷却器换热管及壳体频繁跨越露点温度临界点，使露点温度下产生的酸气露珠附着在换热管和壳体上，对换热管和壳体产生点蚀，形成恶性循环，最终导致换热管和壳体被腐蚀穿孔。

(2)稀酸腐蚀

当换热管被腐蚀穿孔后，由于过程气冷却器管程的尾汽压力比壳程高，泄漏出来的大量水蒸汽与壳程的酸气反应生成稀硫酸，进一步对换热管和壳体造成腐蚀。

(3)沉积物的产生

    由于烟气中除SO2、SO3外还存在其它杂质及粉尘，与水和硫酸混合形成沉积物（酸泥），附着在换热管及壳体上，由于没有排除装置，导致换热管及壳体受其浸蚀。

3.2 过程气冷却器材质抗腐蚀性能差

冷却器的材质为碳钢Q235-B材质，主要含碳、锰、硅、硫、磷等元素，其含量C ≤0.20%、Mn ≤1.4%、Si ≤0.35%、 S ≤0.045% 、P ≤0.045%。由于含碳量较高，钢的耐腐蚀能力较低；Si有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，但Q235-B材质中的硅含量较低，其耐腐蚀能力也较低；Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，锰含量越高，其抗腐蚀能力越差。

3.3 氯化炉尾气对换热管的汽蚀

由于过程气冷却器管程内的氯化炉尾汽的汽蚀现象，对换热管内壁造成破坏，剥蚀换热管内壁表面保护膜。

4、检修改进措施

4.1 材质的改进

(1)几种常用不锈钢材质元素含量对比

                       表1几种常用不锈钢材质元素含量对比

(2)材质分析

不锈钢的防腐蚀性能主要是由C、S、Si、Ni、Cr、Mo等元素的含量多少决定了抗腐蚀能力的强弱，由上表我们可以看出双相不锈钢的性能比其他不锈钢的性能更优越，其Si、Ni和Cr的含量越高抗腐蚀性能就越优越。Si主要是抗腐蚀和抗氧化的作用；Ni主要是对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力；而Mo则是提高淬透性和热强性能力，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力；C的含量越多，其抗腐蚀性能就越差，S和P通常情况下都是钢中的有害元素，P是增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，S使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时易造成裂纹。

    综上所述，022Cr23Ni5Mo3N双相不锈钢的S、P含量都比316L等不锈钢的含量低，而Cr、Mo等元素含量明显高于其他材质的钢，因此，022Cr23Ni5Mo3N双相不锈钢符合过程器冷却器的应用环境。

4.2过程冷却器结构优化

(1)换热管组的改进

增加了管热管的组数，将原来的两组换热管改成四组，即将换热管根数由24根变成48根，单根换热管的长度减少，总换热面积不变。这样保证换热面积不变的同时，当换热管发生泄漏后，被堵塞的换热管面积减小一半。

(2) 集箱的改进

将集箱的两端改成法兰式连接，当换热管出现泄漏后，将两端的法兰拆卸下来，即可进行检漏，较改进前避免集箱切割工序。或者将集箱改为封头式连接，设计时考虑封头及法兰的抗压能力，这样能够有效的解决检修繁琐的问题，但封头与法兰密封要求较高。

(3)增加放空管和观察孔

在过程气冷却器的底部安装一个放空管，当壳程底部出现沉积物（酸泥），可以定期将放空管打开，排除壳程底部沉积物，减少对壳程的腐蚀。同时，在过程器冷却器的侧面开设一个观察孔，可以直接观察底部的沉积物的情况，这样就能更好的掌握冷却器的运行状态。

4.3 减少露点温度变化对过程气冷却器影响的措施

（1）加强系统设备点检、维护与检修，降低故障率，减少系统停机次数。

（2）合理设置工序定修模型，减少频繁开、停机造成的露点温度变化。

（3）每次系统开工前，对过程气冷却器管程和壳程进行预热，防止因设备表面温度低导致酸气温度急剧降低至露点温度以下，确保过程气超过酸露点32～35℃。

5效益

(1)节约了人工、机械、材料浪费；

(2)确保了设备正常运转，赢得了用户满意。

参考文献

1、《焊接工艺实用手册》周文军 、张能武主编   化学工业出版社

2、《管壳式换热器流体诱发振动》 聂清德、谭蔚 著    中国石化出版社