根據(jù)常一線油冷卻器的腐蝕結(jié)垢情況，分別采用離子色譜分析、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析、X射線衍射分析和能譜分析等方法對(duì)腐蝕垢樣進(jìn)行了綜合分析。分析結(jié)果表明：腐蝕結(jié)垢的原因在于循環(huán)水中的泥沙和水垢沉積、腐蝕產(chǎn)物堆積以及陽(yáng)極塊溶解形成的沉淀。為了抑制腐蝕結(jié)垢，應(yīng)控制循環(huán)冷卻水的出口溫度及流速和采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)等阻垢措施。
關(guān)鍵詞：冷卻器; 腐蝕; 結(jié)垢; 犧牲陽(yáng)極保護(hù); 循環(huán)冷卻水
1.冷卻器基本情況
在裝置的冷換設(shè)備中，結(jié)垢和腐蝕問(wèn)題是兩個(gè)突出難題，由于垢物的附著阻礙了介質(zhì)的流動(dòng)和傳熱，導(dǎo)致冷卻器出入口壓力差增大，換熱效果下降，同時(shí)易導(dǎo)致垢下腐蝕的發(fā)生，縮短冷卻器的使用壽命[1-2]。2019年5月，對(duì)塔河煉化1號(hào)常壓-焦化聯(lián)合裝置常一線油冷卻器E1006進(jìn)行清洗時(shí)發(fā)現(xiàn)，管箱封頭及管板上存在大量灰白色垢物，管束入口處存在堵塞現(xiàn)象，且有銹蝕痕跡。為減緩循環(huán)水的腐蝕，管箱內(nèi)設(shè)置有鎂合金犧牲陽(yáng)極塊，規(guī)格為60 mm×60 mm×250 mm。E1006操作條件和材質(zhì)情況見(jiàn)表1。為了查明腐蝕結(jié)垢的原因，提出針對(duì)性的抑制腐蝕結(jié)垢的措施，采集了腐蝕垢樣，委托洛陽(yáng)技術(shù)研發(fā)中心開(kāi)展綜合分析。
表1 E1006冷卻器操作條件和材質(zhì)
2.試驗(yàn)方法
2.1 離子色譜分析
采用超聲波振蕩的方法將定量的垢樣充分溶解于定量的蒸餾水中，然后取上層清液過(guò)濾，利用離子色譜法(HPIC)測(cè)定水中的可溶性陰離子，并取蒸餾水進(jìn)行空白對(duì)照。
2.2 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析
將垢樣溶于有機(jī)溶劑中，萃取出其中的有機(jī)物，利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)對(duì)垢樣中有機(jī)物的組成及含量進(jìn)行分析。
2.3 能譜分析及X射線衍射分析
將垢樣在200 ℃和400 ℃下烘干去除水分和揮發(fā)性介質(zhì)后，采用能譜分析(EDS)測(cè)定其主要元素含量，采用X射線衍射(XRD)分析確定其化合物的主要存在形式。
3.分析結(jié)果與討論
3.1 陰離子測(cè)定
垢樣難溶于水，主要由不溶于水的無(wú)機(jī)物組成。表2為垢樣水溶液和蒸餾水中的陰離子測(cè)定結(jié)果。由表2可以看出，垢樣中可溶性陰離子主要為
表2 陰離子測(cè)定結(jié)果
3.2 有機(jī)物組成及含量分析
分別利用環(huán)戊烷和二氯乙烷對(duì)垢樣進(jìn)行萃取，采用GC-MS法對(duì)萃取液進(jìn)行分析，經(jīng)檢測(cè)，萃取液中未發(fā)現(xiàn)其他有機(jī)物。
3.3 腐蝕垢樣分析
表3為垢樣的EDS分析結(jié)果。
表3 樣品EDS分析結(jié)果 w,%
由表3可知，垢樣主要由O，Si，Ca，F(xiàn)e和Mg元素組成，且Al和Zn含量也較高，S含量則較低。此外，垢樣熱穩(wěn)性較好，烘干到400 ℃后其組成與200 ℃下基本保持一致。根據(jù)EDS分析結(jié)果，可以初步推測(cè)垢樣主要來(lái)自于泥沙、水垢、腐蝕產(chǎn)物的沉積以及犧牲陽(yáng)極的溶解，其中，Si元素和Ca元素主要來(lái)自于泥沙和水垢，F(xiàn)e元素主要來(lái)自于腐蝕產(chǎn)物，Mg，Al及Zn等元素主要由犧牲陽(yáng)極的溶解產(chǎn)生，S元素的存在通常與硫酸鹽還原菌(SRB)和H2S環(huán)境有關(guān)。
XRD分析結(jié)果表明，垢樣的主要物相為SiO2和CaCO3。其中，SiO2來(lái)自于水中的泥沙，CaCO3為典型的水垢成分。結(jié)合EDS分析結(jié)果來(lái)看，導(dǎo)致腐蝕結(jié)垢的主要原因是水中的泥沙和水垢沉積。
4.腐蝕結(jié)垢的原因分析
(1)泥沙由循環(huán)水引入，在流速較低處，易發(fā)生泥沙沉積，而水垢主要由水中可溶的Ca(HCO3)2在傳熱面上受熱分解產(chǎn)生。
(2)碳鋼材質(zhì)的設(shè)備和管道易發(fā)生腐蝕，部分腐蝕產(chǎn)物進(jìn)入循環(huán)水中，與泥沙、水垢等一起在冷卻器表面沉積是導(dǎo)致結(jié)垢的另一個(gè)原因。
(3)犧牲陽(yáng)極溶解產(chǎn)生的Mg2+，Al3+及Zn2+等陽(yáng)離子，會(huì)與水中存在的
5.結(jié)論與建議
(1)常一線油冷卻器E1006腐蝕結(jié)垢的原因在于循環(huán)水中的泥沙和水垢沉積、腐蝕產(chǎn)物堆積以及陽(yáng)極塊溶解形成的沉淀。
(2)為抑制冷卻器腐蝕結(jié)垢，建議嚴(yán)格控制循環(huán)水出口溫度不超過(guò)50 ℃；控制循環(huán)冷卻水的流速不低于1 m/s；增強(qiáng)管束內(nèi)防腐涂層與基體的附著力，提高涂層的防腐蝕性能，避免涂層被刮擦破壞；采用定期反向沖洗等措施減少污垢沉積。
(3)在冷卻器管箱內(nèi)安裝犧牲陽(yáng)極時(shí)應(yīng)充分考慮不同部位循環(huán)水垢下腐蝕的特點(diǎn)以及內(nèi)防腐涂層的作用，再結(jié)合其對(duì)流體流速流態(tài)的影響，對(duì)犧牲陽(yáng)極進(jìn)行選型、用量核算及效果評(píng)估。
作者：甄鵬飛 (中國(guó)石化塔河煉化公司）
