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[原创] 换热器腐蚀破坏案例——重油催化水冷器腐蚀原因及解决办法

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本帖最后由 王巍2 于 2020-5-23 09:55 编辑

水冷器腐蚀原因及解决办法
1、 概况
        某重油催化轻柴油冷却器,规格型号为FB1000-240-40-6,管束材质为10#,换热管数564根。其操作条件见下表:
操作条件
介质
温度 (℃)
压力MPa
管程
壳程
管程
壳程
管程
壳程
轻柴油
循环水
120
30
2
0.3
2、使用情况
        该冷却器管束使用10个月左右,已有12根换热管泄漏。这在水冷器使用中腐蚀这么块是不多见的从管束外观看,管板(油侧)金属表面有轻微腐蚀,没有明显的点蚀坑,表面锈蚀产物不多。管束外壁(循环水侧)表面附有大量的水垢层,水垢层下面有较厚的锈垢层,锈垢层下的金属表面出现大量的点蚀坑,有一部分见不到原先的金属表面,金属表面较粗糙
3、管束腐蚀原因分析
      因为该管束使用时间为10个月左右,出现管束较多的孔蚀腐蚀速度很快,属于非正常的适用范围。因为循环水在这种操作条件下的解垢与对金属腐蚀原因如下:
3.1结垢原因分析
        对于大多数冷却器水走管程,因冷却水中含有钙、镁离子和酸式碳酸盐。当冷却水流经传热的金属表面时就发生如下反应:
                              Mg+2+HCO3-+H2O=MgCO3↓+Mg(OH)2·3MgCO3+CO2
                               Ca+2+2HCO3H2O+ CO2 +CaCO3↓
       当水中加有聚合磷酸盐作缓蚀剂时存在如下反应:
                                   3Ca+2+2PO4-2 Ca(PO4)2↓
        此外溶解在冷却水中的氧还会造成金属腐蚀,形成铁锈,反应如下:
                           2Fe+2H2O+O22Fe(OH)2  ↓
          反应的结果在传热面上逐渐结垢,同时伴随铁锈的生成。当冷却器运行时,由于垢层的影响,换热效果严重降低。有的个别管束使用不到一年换热管内已被堵死。
   3.2腐蚀原因分析
         我们知道水对金属表面的腐蚀主要为电化学腐蚀,在腐蚀电池中阴极反应主要是氧的还原,阳极反应则是铁的溶解。金属在垢下腐蚀由于本身电化学腐蚀存在自催化作用,将加速金属的腐蚀。
3.3 其他因素的影响
        因为该管束壳层走的为循环水介质,使循环水加重对管束外壁的腐蚀。其原因为,在循环水压力与流量为一常数时壳层有多道的折流板,这样循环水走壳层,从流动的形态上看是顺着折流板方向流动,相比管内走循环水增加了流速的阻力。因折流板有直角,循环水在流动过程中存在死区,在加热的状态下容易造成死角处结水垢较快。另外在管束每根管子与折流板之间存在缝隙,如果缝隙符合造成缝隙腐蚀的几何尺寸,容易产生电化学的缝隙腐蚀。另外,当循环水量减少时更加重了结水垢的速率。
        所以说从现场管束外壁腐蚀情况看,它比循环水走管程腐蚀要严重的多。
4、管束水垢及锈蚀层对传热的影响
       我们知道水垢与金属的锈蚀产物,其热导率比金属低很多,一般为0.058~5.8W/(m&#8226;℃)。金属钢管的热导率比水垢的热导率大6~10倍,也就是同样的传热面积,水垢的热阻要比金属大6~10倍。
       所以,当循环水走壳层与热介质换热时,设备投用初期确实比管层走循环水效果好一些。但是,当使用一段时间后由于壳层循环水结水垢速率较快,它的换热优势发生改变。所以一旦管束外壁结有1~2毫米厚锈垢时,它的热阻是很大的。所以说,当这样的管束在使用一周期这样时间的水平内,它的换热效果还没有管内走循环水的效果好。所以说换热效率是低下的。
5、结论
       通过以上分析,一是水冷器壳层走循环水使管束外壁金属表面加速腐蚀,使用寿命缩短。二是壳层走循环水比管层走循环水相比较易结水垢,增加热阻比管内走循环水速率要快,在一周期使用平均热效率比管内要低。
      根据以上分析综合考虑,这台水冷器工艺条件中的循环水应该改为管程,有利于延长管束的使用寿命及保持水冷器的换热效果。

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折流板的形式很重要,否则死去效应真心头大......

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天秤座牛猴龙

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发表于 6 天前 | 显示全部楼层
用不锈钢的寿命长些,也不耽误停运工期

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发表于 6 天前 | 显示全部楼层
我觉得这台水冷器真正泄漏的原因并没有被找到,单纯的循环水走壳程确实有上述效果。个人认为一个非常重要的原因是由于管壳程温差过大造成的。

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