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張雅新  余剛  李崇勇

(1．中國石油遼陽石化公司機(jī)動設(shè)備處  遼陽  111003)

（2．遼陽石化公司機(jī)械廠  遼陽  111003）

  摘要硫磺水冷器是煉化行業(yè)凈化排空氣體的硫磺回收裝置中重要設(shè)備之一，其內(nèi)漏直接影響裝置的“安穩(wěn)長滿優(yōu)”運(yùn)行。從腐蝕環(huán)境、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、材料選用、質(zhì)量計(jì)劃、使用管理以及定期檢驗(yàn)等方面對硫磺水冷器的管接頭泄漏進(jìn)行了分析，建議硫磺水冷器的設(shè)計(jì)應(yīng)兼顧管／殼程介質(zhì)的雙重腐蝕性，完善管端防腐結(jié)構(gòu)、制造應(yīng)保證管接頭連接的可靠性、使用管理在保證正常運(yùn)行的同時尚應(yīng)注重停工吹掃的腐蝕防護(hù)、定期檢驗(yàn)更應(yīng)關(guān)注管接頭的安全狀況等級評定。

  關(guān)鍵詞：硫磺水冷器管接頭泄漏

一臺硫磺冷凝冷卻器（簡稱硫磺水冷器），大檢修后開工運(yùn)行2個多月發(fā)生內(nèi)漏（見圖1）。被迫停工搶修發(fā)現(xiàn)：管箱底部存有泥狀沉積物；管板及管接頭焊腳均有明顯腐蝕減薄，以出口端下部為嚴(yán)重；殼程水壓試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)下部8根管接頭處泄漏；修理補(bǔ)焊則產(chǎn)生多處管頭開裂；只能將泄漏的管接頭作堵管冷焊膠+防腐涂膠（見圖2）處理，試壓合格后監(jiān)控使用，并立即制造備臺。

查設(shè)備檔案：這臺硫磺水冷器為臥式固定管板NQN1800-0.28／0.53-412-6.06/38-2型，其技術(shù)參數(shù)見表1，于2010年制造并投用，經(jīng)過近3年使用隨裝置大檢修后繼續(xù)運(yùn)行。

1腐蝕環(huán)境

  硫磺水冷器除殼程的熱水蒸汽腐蝕外，尚存在管程過程氣的下列腐蝕。

  1)高溫硫化腐蝕：碳鋼在300℃以上、不銹鋼在600℃以上易發(fā)生硫化，產(chǎn)生大量松疏的銹垢剝落，而使金屬不斷減薄。硫磺水冷器的管程過程氣進(jìn)口溫度高達(dá)350℃，而管板為Q245R，并且管箱下部的泥狀腐蝕垢物以及管板表面明顯腐蝕減薄證實(shí)了高溫硫化的存在。

  2)低溫露點(diǎn)腐蝕：亞硫酸和硫酸露點(diǎn)腐蝕主要發(fā)生在硫磺回收單元的過程氣管道及硫凝器中。來自脫硫單元的酸性氣在克勞斯?fàn)t內(nèi)和O2完全燃燒產(chǎn)生的S02，S02易溶于水，其水溶液(H2S03)比H2S的水溶液更容易腐蝕金屬，腐蝕產(chǎn)物為FeS03;當(dāng)系統(tǒng)中02過剩時，過程氣中的少量S02會被氧化成S03，當(dāng)溫度低于露點(diǎn)時，S03與水蒸氣結(jié)合生成稀H2S04，稀H2S04對設(shè)備的腐蝕更強(qiáng)于H2S03，腐蝕產(chǎn)物為FeS04。這種露點(diǎn)腐蝕可能發(fā)生在工藝過程氣流量偏小或殼程的熱水溫度偏低時，過程氣因溫度低于露點(diǎn)而凝結(jié)為酸液。這種現(xiàn)象在裝置停工過程吹掃處理不當(dāng)時更為明顯，尤其是檢修時直接用水或蒸汽沖洗或運(yùn)行時管接頭漏水等情況。而硫磺水冷器的換熱管選用的09CrCuSb(ND)正是耐硫酸露點(diǎn)腐蝕用鋼。

  3)濕硫化氫腐蝕：H2S在有水分存在的環(huán)境中對鋼材具有很強(qiáng)的腐蝕性，是一種很強(qiáng)的滲氫介質(zhì)，H2S主要有兩類腐蝕形態(tài)。一類是電化學(xué)腐蝕過程產(chǎn)生的全面或局部腐蝕，表現(xiàn)為金屬的壁厚減薄或點(diǎn)蝕穿孔；另一類是H2S導(dǎo)致的器壁開裂，由于陰極還原過程產(chǎn)生的H原子擴(kuò)散至鋼中，從而可能誘發(fā)氫鼓泡(HB)，氫誘發(fā)裂紋(HIC)，硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SSCC)，應(yīng)力導(dǎo)向氫誘發(fā)裂紋(SOHIC)等腐蝕形態(tài)。盡管硫磺水冷器在正常的操作工況下，管程的過程氣難以形成濕H，S腐蝕環(huán)境，但在裝置停工檢修時，可能因（設(shè)備與管道）系統(tǒng)處理不當(dāng)，沒有嚴(yán)格執(zhí)行裝置停工吹掃操作規(guī)程（先用煙氣吹掃后再氮?dú)獯祾吒蓛舨⒈３指稍铮�，致使腐蝕性氣體滯留并隨降溫而產(chǎn)生濕氣冷凝，或直接用水或蒸汽沖洗腐蝕垢物，造成濕硫化氫腐蝕。當(dāng)裝置開工運(yùn)行時，管／殼溫差應(yīng)力加劇了管接頭的開裂，導(dǎo)致殼程的水汽進(jìn)入管程，促進(jìn)露點(diǎn)腐蝕的發(fā)生，同時水汽與過程氣結(jié)合形成濕H2S腐蝕環(huán)境。

  值得注意的是，殼程的熱水蒸汽對碳鋼為均勻腐蝕，而對不銹鋼則為局部腐蝕。對于奧氏體不銹鋼水冷器的腐蝕案例以Cl的應(yīng)力腐蝕(SCC)居多，并大多發(fā)生在傳熱面上的水側(cè)。由Cl產(chǎn)生的不銹鋼SCC相當(dāng)普遍，究其原因，一是奧氏體不銹鋼對Cl的SCC敏感；二是Cl-不僅能破壞不銹鋼的鈍化膜產(chǎn)生孔蝕，而且尚能由孔蝕誘發(fā)SCC。這可能是硫磺水冷器原設(shè)計(jì)選用管接頭材料為管板Q245R／換熱管09CrCuSb，而不選用奧氏體不銹鋼的原因。

2結(jié)構(gòu)材料

  合理選擇硫磺水冷器的結(jié)構(gòu)型式與材料應(yīng)對管／殼程介質(zhì)的全面與局部腐蝕至關(guān)重要。這臺硫磺水冷器則采用了硫磺回收裝置中通用慣例的硫冷凝器結(jié)構(gòu)形式，較為合理，具有如下特點(diǎn)。

  1)這種通用慣例的結(jié)構(gòu)形式大多為NQN型臥置固定管板式換熱器且不帶膨脹節(jié)，而材料多為碳鋼（尤其是引進(jìn)裝置），所不同的是它采用了撓性薄管板結(jié)構(gòu)形式，管板分別與殼體及管箱圓筒對接焊接，而換熱管與管板采用強(qiáng)度焊加貼脹。

  2)介質(zhì)流程選擇合理，高溫腐蝕過程氣走管程且換熱管選用≯38mm×3mm，而冷卻水走殼程并設(shè)置了蒸發(fā)空間。

  3)管／殼程的進(jìn)／出口溫度設(shè)定合理，管程過程氣的進(jìn)／出口溫度為350/170℃，而殼程冷卻水（熱水／蒸汽）的進(jìn)／出口溫度為95／148℃，即能達(dá)到硫氣冷凝冷卻為液硫，又不至于使酸性水汽低于露點(diǎn)凝結(jié)為亞硫酸或硫酸或硫化氫的腐蝕環(huán)境。

  但從硫磺水冷器連續(xù)運(yùn)行近3年后經(jīng)過裝置大檢修再次開工使用2個多月因泄漏開箱檢修看，由于管端設(shè)計(jì)未采取高溫硫化防護(hù)防腐措施，盡管換熱管選用了耐硫酸露點(diǎn)腐蝕用鋼09CrCuSb，可是Q245R管板及管接頭仍然受到了過程氣的高溫硫化和低溫露點(diǎn)及濕硫化氫的腐蝕以至開裂泄漏。

3使用管理

  從設(shè)備檔案資料顯示，該設(shè)備系2010年制造并投用，經(jīng)過近3年連續(xù)運(yùn)行隨裝置大檢修后繼續(xù)使用，但在運(yùn)行2個多月發(fā)生管接頭泄漏。從這次被迫停工搶修所發(fā)現(xiàn)的狀況看，“管箱底部存有泥狀沉積物；管板及管接頭焊腳均有明顯腐蝕減薄，以出口端下部為嚴(yán)重；殼程水壓試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)下部8根管接頭處泄漏等”，使用管理值得探討。

  1)硫磺水冷器只要連續(xù)運(yùn)行，并按正常工況操作，雖處于高溫硫化腐蝕，但卻很少發(fā)生露點(diǎn)和濕硫化氫腐蝕。所以，日常巡檢應(yīng)嚴(yán)格控制水冷器的工藝參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。否則，若管程過程氣出口溫度過低或殼程進(jìn)水溫度過低都會發(fā)生露點(diǎn)和濕硫化氫腐蝕的可能。

  2)在裝置停工時，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行吹掃操作規(guī)程，先用煙氣吹掃，再氮?dú)獯祾吒蓛舨⒈３指稍�，杜絕系統(tǒng)內(nèi)殘留腐蝕性氣體，切不可用水或蒸汽清洗管束，避免露點(diǎn)和濕硫化氫腐蝕發(fā)生。

  3)定期檢驗(yàn)報告中，只有壓力容器宏觀檢查報告、殼體測厚報告及殼體接管焊縫PT報告，而沒有針對管板及管接頭的檢驗(yàn)報告。所有報告的檢驗(yàn)結(jié)果均為合格，檢驗(yàn)結(jié)論：設(shè)備的安全狀況等級評定為3級。可見，定期檢驗(yàn)時應(yīng)關(guān)注管接頭這個薄弱點(diǎn)。

4措施建議

  從硫磺水冷器管接頭泄漏原因分析可見，控制水冷器管接頭泄漏要從設(shè)計(jì)制造、使用管理以及定期檢驗(yàn)等共同做起。

  1)水冷器的選材要兼顧管／殼程介質(zhì)的雙重腐蝕性，盡管09CrCuSb換熱管對耐管程過程氣的高溫硫化、低溫露點(diǎn)及濕硫化氫腐蝕和殼程的水汽腐蝕是一種較為理想的材料，但由于沒有相應(yīng)的板材或鍛件標(biāo)準(zhǔn)，管板須選用不耐高溫硫化等腐蝕的Q245R。對此建議設(shè)計(jì)應(yīng)對管端采取防護(hù)防腐措施，而不一味進(jìn)行選材升級如316L。由于管接頭所處工況苛刻，所以，制造應(yīng)嚴(yán)格質(zhì)量計(jì)劃，保證管接頭的強(qiáng)度焊焊腳高度和貼脹到位。

  2)水冷器的安穩(wěn)長周期運(yùn)行，不僅利好裝置系統(tǒng)而且更利于防腐蝕，所以使用管理應(yīng)注重水冷器的操作規(guī)程尤其是管程出口溫度的控制；并且在裝置停工時，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行吹掃規(guī)程，杜絕系統(tǒng)內(nèi)殘留腐蝕性氣體，嚴(yán)禁用水或蒸汽清洗管束。

  3)管接頭是水冷器的薄弱點(diǎn)，定期檢驗(yàn)應(yīng)注重管接頭的檢查，并將管接頭的可靠性作為評定安全狀況等級的必要判據(jù)。

5結(jié)束語

  作為煉化行業(yè)凈化排空氣體H2S的硫磺回收裝置，硫磺水冷器至關(guān)重要，其內(nèi)漏不僅影響裝置的“安穩(wěn)長滿優(yōu)”運(yùn)行，而且更關(guān)乎石化公司對社會的HSE責(zé)任。而實(shí)現(xiàn)水冷器的安穩(wěn)長周期運(yùn)行，需要設(shè)計(jì)制造和使用管理及定期檢驗(yàn)共同進(jìn)行內(nèi)漏的風(fēng)險控制。