垢下腐蚀引起的管束穿孔案例

1 概述

某石化公司MTBE 装置萃取水冷却器，用于冷却甲醇回收塔经泵送来的萃取水，管程的循环水冷却壳程的萃取水。管束规格为Φ25×2.5mm,材质10＃钢，数量120根。装置投产运行以来，该水冷器管束泄露严重，多次腐蚀穿孔，影响了装置的正常运行，装置多次对管束进行了更换，对泄漏穿孔的旧管束穿孔换热管进行失效分析。

2 分析过程

2.1、宏观检验：

换热管样品见图1。外壁表面附着黑色、红锈色垢物；局部减薄穿孔，孔径约1mm～2mm；沿管纵向剖开，可见管内壁堆积褐色垢物，见图2。垢物松散易清理，清理后的表面无金属光泽，凹凸不平，局部呈不均匀减薄特征，腐蚀穿孔。

图1 外壁表面腐蚀穿孔

图2 内壁腐蚀特征

2.2、成份分析：

弯头材料为10钢，化学成分符合GB/T 9948标准，组织正常；换热管为正火态，组织为铁素体+珠光体。

2.3、金相检验：

取样部位：腐蚀穿孔部位、正常部位。换热管为正火状态，组织正常；腐蚀发生在内壁表面，呈局部不均匀减薄特征，为垢下腐蚀特征。

图3 金相组织图

图4内壁腐蚀坑金相组织图

2.4、腐蚀产物：

宏观特性：内壁堆积褐色垢物，垢物呈褐色松散，见图5；

图5 管内腐蚀产物

图6  内壁腐蚀形貌及穿孔特征

清理后的表面无金属光泽，凹凸不平，局部不均匀减薄穿孔，见图6。

微观形貌:换热管内壁表面腐蚀形貌主要表现为腐蚀产物和基体金属组织显现以及蚀坑，见图7，图8，图9，图10，图11，图12。

图7  穿孔部位

图8腐蚀产物

图9基体金属+蚀坑

图10腐蚀产物

图11 基体金属+蚀坑

图12  基体金属+蚀坑

分析结果：垢物中主要是含有Si、S、Ca元素的钙化合物和二氧化硅；腐蚀产物主要是氧化铁Fe2.964O4 、Fe2O3 、Fe2O3 ·H2O等。

2.5、水样分析：

水质分析结果：水冷器使用的循环水水质较差，氯离子、镁离子、钙离子含量都很高；循环水中悬浮物也较多，这些都是造成换热管束内壁附着结垢，形成垢下腐蚀的主要原因。

3 结论

从分析检验结果可知：管束材质合格，换热管腐蚀失效是因为冷却水管内壁结垢严重，垢下产生了腐蚀，并产生穿透性蚀孔造成。从试样的内表面上出现局部减薄但还未穿透的现象,证实蚀孔产生于材料的内表面并向外扩展,即冷却水管内流入的水是引起该材料的主要腐蚀性介质，冷却水管外流动的甲醇萃取水对此影响不大。冷却水的测试结果表明,水中钙、镁离子含量过高,直接造成了冷却水在管中的严重结垢,给垢下腐蚀提供了必要条件，在Cl- 的作用下,腐蚀加速,最终导致管束穿孔失效。

4 建议

A、严格控制材料的加工、热处理等工艺过程，使材料理化性能更高，或着选用更好的材质。

B、增大循环水流速，改进水质,降低循环水中的钙、镁和氯离子浓度,以减少材料产生垢下腐蚀,，同时尽量降低水中沉积物，降低冷却水中的O2, Cl- 和SO42－等含量,从而降低循环水管的腐蚀速率。

C、在水中加入药剂（如缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂等）,控制水中的微生物含量,在管束内外表面涂上防腐涂料等措施来降低冷却水管的腐蚀破坏。

D、定期或者在检修期间对管束进行物理（机械外力方式）、化学（酸、碱、络合剂、表面活性剂、聚电解质等）的清洗。