纏繞管式換熱器在國內(nèi)煉化行業(yè)有近二十年的應(yīng)用經(jīng)驗，其制造技術(shù)已趨近成熟，具有結(jié)構(gòu)緊湊，換熱效率高，耐高壓，抗結(jié)垢能力強等特點，但其易腐蝕且不利于維修的缺點也很突出[1]。國內(nèi)某煉化企業(yè)柴油加氫裝置有三臺纏繞管式換熱器，2015年6月投用，其中一臺E107出現(xiàn)管束內(nèi)漏的異常情況。
1、內(nèi)漏換熱器工藝簡介
纏繞管式換熱器的參數(shù)見表1。
E107于2018年、2020年兩次進行殼程清洗，2020年清洗后查漏，堵管90根，投用后操作曲線顯示：2021年下半年開始，管程壓降大幅波動，原料流量與產(chǎn)品流量偏差增大，推測管程介質(zhì)已開始竄入殼程。E107換熱器經(jīng)過查漏，確認有600多根新漏，不具備再使用條件。
2、內(nèi)漏原因分析及措施
2.1?宏觀分析
為了分析泄漏原因，分別對換熱器高溫段、中間段、低溫段換熱管進行取樣分析。
換熱管1#樣（高溫段）進行宏觀檢查發(fā)現(xiàn)外表面存在結(jié)垢且局部有點蝕坑，最大點蝕坑深度約0.3?mm，換熱管內(nèi)壁呈金屬光澤，未見明顯腐蝕。?換熱管2#樣（中間段）進行宏觀檢查發(fā)現(xiàn)外表面有結(jié)垢且有點蝕坑，最大點蝕坑深度約0.2?mm，且局部區(qū)域有密集點蝕坑，換熱管內(nèi)壁呈金屬光澤，未見明顯腐蝕；部分外壁發(fā)現(xiàn)裂紋，見圖1。
換熱管3#樣（低溫段）進行宏觀檢查發(fā)現(xiàn)外表面有結(jié)垢且局部區(qū)域有密集點蝕坑，最大點蝕坑深度約0.3?mm?，換熱管內(nèi)壁呈金屬光澤，未見明顯腐蝕；部分外壁發(fā)現(xiàn)裂紋。
2.2?檢驗分析
2.2.1?壓扁實驗按GB/T?246—2017要求對1#樣壓扁至6.95?mm，試樣表面未發(fā)現(xiàn)裂紋，符合要求。
2.2.2?成分分析
對試樣1進行成分分析，結(jié)果如表2。換熱管成分符合GB/T13296—2013標準中S30403牌號要求，換熱管所使用材質(zhì)無問題。
2.2.3?金相分析
試樣1、2和3進行金相分析，母材均為單相奧氏體組織，平均晶粒度約6.0級，未發(fā)現(xiàn)明顯異常組織。試驗2裂紋處金相分析發(fā)現(xiàn)有多條起裂于外壁的微小裂紋，裂紋呈穿晶開裂，管內(nèi)壁光滑，未發(fā)現(xiàn)缺陷，見圖2。
試樣3多條裂紋起源于管外壁并向管內(nèi)壁穿晶擴展，少量已穿透并呈樹枝狀形貌，符合應(yīng)力腐蝕特征，見圖3。
2.2.4?電鏡和能譜分析
試樣1進行電鏡分析和能譜分析，結(jié)果見圖4和表3。圖中可見點蝕坑部位有較高含量的S（5.8%）元素，少量的Cl（0.4%）元素和Na（0.9%）元素。表3為點蝕坑附近能譜結(jié)果，結(jié)果顯示在點蝕坑內(nèi)部S元素的含量遠高于外表面其它部位，點蝕坑內(nèi)部Cl元素的含量也比外表面其它部位高。試樣2裂紋部位進行電鏡和能譜分析，在裂紋內(nèi)部還存在部分沿晶微小裂紋，能譜結(jié)果見表4，圖5為能譜面掃結(jié)果，裂紋部位S（9.1%）元素含量很高且有少量的Cl（0.2%）元素和Na（0.2%）元素。表4為裂紋部位及附近能譜，結(jié)果顯示裂紋部位同時存在高含量S元素。
試樣3裂紋部位進行電鏡和能譜分析，對裂紋斷口進行能譜分析，結(jié)果見圖6。結(jié)果表明，在裂紋斷口處有裂紋部位有著高含量的S（6.3%）元素。
3、結(jié)論與措施
綜上所述，E107內(nèi)漏的可能原因如下：
1）點蝕部位均出現(xiàn)在管子外壁，且點蝕坑底部有較高含量的?S?元素和少量的?cl?、Na元素，這與殼程介質(zhì)（原料混合柴油）可能有關(guān)，帶有?S、Cl?等元素的腐蝕介質(zhì)，在管子外壁結(jié)垢、點蝕等。
2）裂紋主要起源于管子外壁，呈樹枝狀穿晶向內(nèi)壁擴展，符合應(yīng)力腐蝕特征形貌。裂紋表面腐蝕產(chǎn)物能譜分析存在S元素、F元素與少量Cl元素，含S、Cl元素介質(zhì)是換熱管應(yīng)力腐蝕開裂的主要腐蝕介質(zhì)。
針對以上的可能原因，可以采取以下措施消除或延緩腐蝕：
1）換熱管材質(zhì)由S30403升級至S22053以上，降低S、Cl元素的應(yīng)力腐蝕開裂傾向。
2）殼程與管程流程對調(diào)。殼程介質(zhì)為原料混合柴油，含有常減壓直供柴油、催化柴油、焦化柴油等，油內(nèi)可能含有焦粉等雜質(zhì)，殼程相對于管程流速偏慢，更易形成垢下積聚，引起S、Cl元素的聚集從而形成腐蝕環(huán)境，流程對調(diào)，原料走管程，傾向于不易形成垢下環(huán)境。
參考文獻?
[1]王輝.纏繞管式換熱器內(nèi)漏故障分析[J].全面腐蝕控制，2015，29（2）：75-81.
相關(guān)鏈接
