乙烯装置急冷油换热器穿孔失效分析.doc

乙烯装置急冷油换热器穿孔失效分析24化工装备技术第32卷第2期2011年4月乙烯装置急冷油换热器穿孔失效分析王胜辉顾福明杨字清(上海市特种设备监督检验技术研究院)摘要某换热器的换热管柬在换上不到1年就发生腐蚀穿孔失效.采用化学成分和宏观,微观形貌检测方法对失效原因进行了分析.分析结果表明.局部碱脆是引起腐蚀穿孔的主要原因.提出了预防换热管失效的建议关键词换热管腐蚀碱脆换热器中图分类号tq051.5failureanalysisfortheperforationoftheheatexchangetubeinethyleneplantwangshenghuigufumingyangyuqingabstract:thecorrosionandperforationphenomenonofthebundleofheatexchangertubeturnedupwithusinglessthanayear.thereasonsofthefailurehavebeenstudiedbychemicalcompositionanalysisandmacro-andmicro-morphologytestingmethod.theresultsshowthatcausticembittermentwasthemainreasoncausedcorrosionandper-forationphenomenon.providedsomeproposestopreventthefailureofheatexchangetube.keywords:heatexchangetube;corrosion;causticembrittlement;heatexchangero前言乙烯装置中.工艺水汽提系统是急冷系统的重要组成部分之一.利用从裂解气中分离出的急冷油和工艺水进行热交换制得稀释蒸汽,再用稀释蒸汽把热量带回裂解炉或送出系统实现热循环,可达到节能的目的【1j.其中.急冷油/稀释蒸汽换热器是该系统中实现热交换最关键的设备之一,其安全,稳定,高效的运行对确保乙烯装置的正常运转具有重要的意义和经济价值.某急冷油/稀释蒸汽换热器的换热管在使用不到1年后发生了局部腐蚀穿孔失效.该换热器为圆筒形的卧式结构.筒体内由下往上共布置四排换热管束,见图1,前端为固定管板,后端为浮头,尺图1简体内四排换热器管束寸024009000lllln,材质16mnm,内置管束5925根,换热面积3005m2.换热器利用管程内的高温急冷油来加热壳程的工艺水稀释蒸汽.管程王胜辉,男,1982年11月生,硕士.上海市,200062.2011年4月王胜辉等:乙烯装置急冷油换热器穿孔失效分析25通急冷油,管子规格o19x2nlnl,材质10号钢,进口温度195,出口温度175.6,操作压力0.725mpa;壳程走工艺水稀释蒸汽,进口和出口温度分别为170.2.c和170.8,操作压力0.706mpa.1理化检验1.1工艺水分析工艺水本身含有酸性介质,工艺水汽提系统采用中和胺与naoh的混合溶液(原仅为中和胺)对酸性工艺水进行加碱处理,使其保持弱碱性,维持ph值在7.59.5的合适范围.据厂方介绍,当前的工艺是使换热器壳程中工艺水的ph值保持在9.2左右.但根据现场监测发现,工艺水的ph值波动剧烈,波动频繁,ph值有较长时间超出7.59.5的范围,甚至超过11.对工艺水中的阳离子进行成分分析,结果显示,其中主要含有na,含量高达28.54mg/l,fe离子含量则不高,只有0.16mg/l.这一结果说明,因调节l_丁艺水ph值而加人大量naoh.结果导致碱液浓度过大.从而引起腐蚀.但fe元素含量低,说明这一腐蚀不属于均匀腐蚀.只是在材料表面个别位置出现局部腐蚀.1.2宏观检验失效换热管子的腐蚀形貌如图2所示.由图2(a),(b)可见,失效的换热管表面距换热器浮头约1.9nl处有三个相邻的腐蚀凹坑,直径在48mm不等.其中左边与中间的2个凹坑未穿孔,中间的凹坑呈放射性条状凹陷形貌;最右边的一个凹坑已穿孑l,孔径约2rnltl,见图2(c).发现管子内表面穿孑l直径小于外表面.因此判断管子的腐蚀穿孑l是从外壁开始的.我们分析的是该凹坑的右侧部分,即半个凹坑.1.3化学成分分析对失效换热管子进行化学成分分析.结果详见表1.由表1可知,失效管的化学成分符合相关标准要求l.1.4金相分析换热管为块状铁素体+珠光体组织结构,铁素体中的夹杂物分布均匀,但珠光体含量偏高且发生了一定程度的溶解,易成为腐蚀发生的起始点.换热管的晶粒度评定等级为6级,其金相组织照片见图3.(a)腐蚀孔洞形貌(b)腐蚀孑l洞局部放大形貌(c)腐蚀孑l洞断口图2换热器失效换热管宏观形貌表1失效换热管的化学成分(%)一一(a)60(h】300图3换热器失效管子金相组织1.5扫描电镜与能谱分析对换热管凹坑处进行扫描电镜分析.其腐蚀形貌见图4.图4(a)所示为破口剖面的整体形貌,剖面上可见大面积的蚀坑群,图40,)即为蚀坑的局部放大形貌.同时可见剖面上存在大块的腐蚀产物,见图4(c).对破口剖面另一位置观察发现,剖面上同时还存在较为明显的显微裂纹,见图4(d).对裂纹进一步放大可见.裂纹周围还有更小的裂纹,见图4(e),而裂纹内部也有层层相叠的小裂纹,见图4(0.这两个现象都较为明显地验证了剖面上的2011年4月蔡丽萍等:板壳式换热器的应用和进展31优势相当明显,传热系数高,压降小,不易结垢,结构紧凑.同时有效降低装置能耗.在很多高温高压的场合.可以替代管壳式换热器.国内板壳式换热器经过近年来的发展,结构多种多样,应用范围也从催化重整延伸到常减压蒸馏,甲醇,芳烃和合成氨等装置.但板壳式换热器的开发方面与国外相比仍有差距.且板壳式换热器的实际推广和应用仍然有限.尚需针对高温,高压,易腐蚀,易结垢等恶劣的工况条件.研制对抗特性的不同材质的新型换热器,来满足大型化石油化工装置的不同工艺要求.采用高分子材料制造换热器,也是一种有益的尝试参考文献【1】李含苹.全焊接板壳式换热器在传热中的应用.船舶.2004.【2】熊摘.传热传质技术及设备进展点滴j1.石油化工设备.2009.【3】张迎恺.大型轧制焊接板壳式换热器的研制【j.催化重整通讯.2001.【4】魏兆藩,王丕宏,张延峰,等.大型板壳式换热器的研制j1.石油化工设备,2000.【5】汪光胜,周建新.板壳式换热器在歧化装置中的选用j.石油化工设备,2008.【10】【12】【13】【l41【l5】【l6】王光.板壳式换热器在燕山石化重整装置中的应用j.石油化工设备,2009.朱迪珠.国产大型板壳式换热器在重整装置应用j.石油化工设备.2000.赵建春,王志坤,张昕,等.大型焊接板壳式换热器在重整装置中的应用j】.石油化工设备,2003.陈亚平,徐礼华,周强泰.一种新型板壳式换热器【j】.石油化工设备.2o00.周夏.臧安华,孙新华.板壳式换热器在大型合成氨装置上的应用fj】.大氮肥,2006.张建.沈建明.李亮.全焊接板壳式热交换器在热水伴热中的应用j.石油化工设备,2007.陈亚平.板壳式换热器对冷凝过程的强化传热研究d】.南京:东南大学,2000.周建新,宋秉棠,陈韶范,等.钛板壳式换热器及其在常减压塔顶的应用【j】.石油化工设备,2006.姚田绪,毕开斌.板壳式换热器在甲醇装置中的应用j】.石油化工设备,2009.钱伯章.国产超大型板壳式换热器通过验收j.炼油技术与工程.2009.patrickluekow,avrambar-cohen,peterrodgem,eta1.energyefficientpolymersforgasliquidheatexchangersjj.journalofenergyresourcestechnology,2010.(收稿日期:2011-0l一31)(上接第26页)了条件.根据失效换热管腐蚀破口与凹坑的宏微观形貌观察可知,腐蚀凹坑内存在大量的局部腐蚀微孑l.并且从微孑l底部萌生出脆性裂纹.根据裂纹形貌判断,部分具有沿晶开裂的特征且有明显的主裂纹.同时,在腐蚀微孑l内还测得含有na,0,fe等元素,这与碱脆产物的成分相符.因此,所观察到的腐蚀形态都证明了换热器管束曾经历局部碱脆的腐蚀过程.3结论与建议(1)naoh碱液的加料方式不当及其加料量过多,是导致管子表面发生局部碱脆,引发腐蚀穿孑l的主要原因.(2)失效管上有放射性条状凹坑,这是安装时引入的机械割伤或是在壳程内有某种刚性异物对管壁产生的撞击刮伤所形成的.(3)为防止碱脆的发生,应严格控制碱液比例和加料方式,确保ph值在合理的范围之内.(4)更换管束时要确保管束质量;严防管子被异物划伤.检修后必须把可能遗留在壳程内的异物