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換熱設(shè)備服役的工況及管束內(nèi)外的腐蝕性介質(zhì)由設(shè)備所處工藝單元決定，是換熱設(shè)備腐蝕失效的主要影響因素。站內(nèi)換熱設(shè)備服役介質(zhì)主要分為三類：

（1）含水油氣介質(zhì)（包括含水原油、凝析油和含水天然氣）；

（2）貧胺液/富胺液；

（3）循環(huán)水介質(zhì)。

換熱設(shè)備類型、材質(zhì)和介質(zhì)環(huán)境見表1。

對(duì)于運(yùn)行介質(zhì)為油氣的換熱設(shè)備，大部分腐蝕失效發(fā)生于靠近原料氣/原油進(jìn)站位置。由于原料氣未經(jīng)氣液分離或干燥處理，原油含水率較高以及凝析油未經(jīng)穩(wěn)定處理，油氣介質(zhì)中含有一定量的油田采出水，采出水的腐蝕性較強(qiáng)，其礦化度和Cl^-含量等較高，pH值較低，并含有一定量的CO₂和H₂S等酸性氣體。此類換熱設(shè)備包括壓縮機(jī)前置空冷器、壓縮機(jī)后置空冷器、原料氣冷卻器、天然氣冰機(jī)和再生氣冷卻器等，主要分布于凝析油穩(wěn)定單元、原料氣增壓?jiǎn)卧懊撍畣卧?。?duì)于運(yùn)行介質(zhì)為貧胺液/富胺液的換熱設(shè)備，介質(zhì)中的熱穩(wěn)定性鹽以及CO₂和H₂S等酸性氣體均會(huì)導(dǎo)致管束腐蝕的發(fā)生，在拉應(yīng)力的作用下，還可能使設(shè)備發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。此類換熱設(shè)備包括再生塔底重沸器和貧富胺液換熱器等。

對(duì)于運(yùn)行介質(zhì)為循環(huán)水的換熱設(shè)備，介質(zhì)中含有一定的溶解氧，造成溶解氧腐蝕，另外隨著換熱過(guò)程的不斷進(jìn)行，介質(zhì)逐漸被濃縮，導(dǎo)致其礦化度提高，結(jié)垢可能性大大提高，垢下腐蝕風(fēng)險(xiǎn)增加。此類換熱設(shè)備包括表面蒸發(fā)式換熱器和輕烴后冷器等，主要分布于制冷單元和分餾單元。

塔河油田采出液中含有大量的CO₂，H₂S和Cl^-等腐蝕性介質(zhì)，腐蝕環(huán)境苛刻，站內(nèi)換熱設(shè)備的腐蝕失效問(wèn)題十分突出。

從圖1可以看出，換熱設(shè)備失效類型以局部腐蝕為主，腐蝕減薄和脹裂失效數(shù)量較少。受設(shè)備安裝施工與生產(chǎn)工藝的影響，含水油氣介質(zhì)中的水容易積聚于換熱設(shè)備底層或分程隔板處，導(dǎo)致其腐蝕環(huán)境更為苛刻，造成該處的管束及管束-管板焊縫位置腐蝕穿孔更為頻繁（見圖2）。

站內(nèi)換熱設(shè)備管程材質(zhì)以10號(hào)、20號(hào)和16Mn為主，少數(shù)采用304，316L和2205，管板主要材質(zhì)為16MnII，16MnIII和Q235Ｒ，部分管板堆焊不銹鋼材質(zhì)；殼程材質(zhì)以Q345Ｒ和Q245Ｒ為主。由圖3可見，換熱設(shè)備的腐蝕失效與管束材質(zhì)有關(guān)，10號(hào)、20號(hào)和16Mn等鋼材腐蝕失效數(shù)量最多，其次為316L不銹鋼。雙相不銹鋼、鋅鋁共滲及鎳磷鍍內(nèi)防腐管束應(yīng)用較少，但也有失效。

換熱設(shè)備的腐蝕失效與服役介質(zhì)密切相關(guān)。油氣介質(zhì)為未經(jīng)脫水的原油和天然氣，介質(zhì)中含有一定量的油田采出水，采出水的腐蝕性較強(qiáng)，其礦化度和Cl^-含量等普遍較高，pH值較低，并含有一定量的CO₂和H₂S酸性氣體。在通常情況下，原油對(duì)金屬的腐蝕性很弱，當(dāng)原油含水率較低時(shí)，即使采出水礦化度高，其腐蝕性仍然較弱，但隨著原油含水率的上升，其腐蝕性增強(qiáng)。當(dāng)原油含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升到85%及以上時(shí)，16Mn鋼的腐蝕速率明顯升高，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

在胺液介質(zhì)換熱設(shè)備中，富胺液中含有大量的H₂S，會(huì)對(duì)設(shè)備管束造成嚴(yán)重的腐蝕；而在設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，胺液也會(huì)發(fā)生熱降解生成熱穩(wěn)定性鹽，導(dǎo)致管束發(fā)生腐蝕失效。

循環(huán)水換熱設(shè)備的腐蝕失效多與循環(huán)水的處理有關(guān)，如采用未經(jīng)軟化的循環(huán)水以及經(jīng)過(guò)曝氧的循環(huán)水等。其中管束本體失效案例僅見于20號(hào)碳鋼管束，將管束材質(zhì)更換為316L不銹鋼后，管束服役11a未發(fā)生失效。伴隨著循環(huán)水換熱設(shè)備管束腐蝕失效，循環(huán)水結(jié)垢問(wèn)題也十分突出。采用OLIScaleChem軟件對(duì)塔河油田未經(jīng)軟化的循環(huán)水的結(jié)垢傾向進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明，未經(jīng)軟化的循環(huán)水存在嚴(yán)重的碳酸鈣、硫酸鈣、碳酸亞鐵及氫氧化鎂結(jié)垢傾向，且碳酸鈣結(jié)垢傾向尤為嚴(yán)重。隨著溫度的上升，結(jié)垢傾向迅速增大，設(shè)備結(jié)垢越來(lái)越嚴(yán)重，垢層大量沉積，從而增加了垢下腐蝕及細(xì)菌腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

管殼式換熱設(shè)備管束-管板焊接接頭的典型結(jié)構(gòu)易導(dǎo)致管束-管板焊縫處發(fā)生頻繁失效，其結(jié)構(gòu)主要為角接接頭，由于接頭處的管束會(huì)伸出管板部分長(zhǎng)度，導(dǎo)致焊接后焊縫高于管板，焊縫與管板之間形成三角區(qū)，當(dāng)換熱設(shè)備管程介質(zhì)中含有成垢離子時(shí)，該區(qū)域容易發(fā)生垢層沉積。與臥式換熱設(shè)備相比，立式換熱設(shè)備結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)更高。

管束、管板、熱影響區(qū)及焊縫區(qū)等部位的組織及化學(xué)成分由母材、焊材和焊接工藝共同決定。通常管束、管板和焊絲的選擇參照相關(guān)壓力容器焊接標(biāo)準(zhǔn)即可，但當(dāng)焊接工藝參數(shù)（焊接電流、電壓和熱輸入等）選擇不當(dāng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致某些區(qū)域的組織及化學(xué)成分不理想，特別是對(duì)于不銹鋼，焊接不當(dāng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致其晶間腐蝕的可能性增加。相對(duì)于管板及管束，焊縫處的面積要小很多，當(dāng)焊縫處電位較低時(shí)，焊縫與管束或管板形成“大陰極小陽(yáng)極”電偶，加速焊接接頭處的腐蝕，最終導(dǎo)致焊縫失效。

換熱設(shè)備安裝位置與生產(chǎn)運(yùn)行方式不當(dāng)也會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱設(shè)備發(fā)生腐蝕失效，其典型案例為輕烴站天然氣冰機(jī)蒸發(fā)器。由于該蒸發(fā)器生產(chǎn)工藝控制不當(dāng)，設(shè)備安裝位置不合理，引發(fā)積水以及單質(zhì)硫沉積，介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)，造成其管束腐蝕穿孔失效。

當(dāng)換熱設(shè)備管束接觸介質(zhì)為含水油氣時(shí)，其腐蝕主要影響因素為油氣含水率和采出水礦化度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果，若油氣含水率和采出水礦化度低，可采用碳鋼或低合金鋼作為管束材質(zhì)；若油氣含水率和采出水礦化度高，推薦選用316L作為管束材質(zhì)，并對(duì)其進(jìn)行防砂、防垢或定期除垢處理。另外，為了降低介質(zhì)的腐蝕性，油氣在進(jìn)入換熱管束前應(yīng)進(jìn)行脫水處理。

當(dāng)換熱設(shè)備管束接觸介質(zhì)為貧胺液時(shí)，其中的H₂S和CO₂含量較低，介質(zhì)腐蝕性較弱，可選擇碳鋼或低合金鋼；若介質(zhì)為富胺液，其中的H₂S和CO₂含量較高，介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)，建議選用316L，但是需要特別關(guān)注316L焊縫的應(yīng)力腐蝕開裂問(wèn)題。對(duì)于再生塔頂空冷器316L及鍍鎳層管束，均有大量的失效案例，建議采用鈦合金管束進(jìn)行替代。

在循環(huán)水介質(zhì)環(huán)境中，設(shè)備管束腐蝕主要影響因素為循環(huán)水的水質(zhì)。若循環(huán)水采用軟化水，且當(dāng)系統(tǒng)封閉、無(wú)曝氧風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，推薦采用20號(hào)鋼；但當(dāng)系統(tǒng)敞開、有曝氧風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，則需要采用除氧劑進(jìn)行除氧后選用20號(hào)鋼。若未使用軟化水，則推薦采用316L不銹鋼。

針對(duì)有一定結(jié)垢傾向和結(jié)垢歷史的臥式換熱設(shè)備以及立式換熱設(shè)備，采用內(nèi)伸式角接接頭結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度焊接的方式進(jìn)行焊接。此種接頭焊縫比較平整，焊縫與管板之間不會(huì)形成三角凹陷區(qū)，垢層不易積聚，可以有效減緩垢下腐蝕。

為了解決站內(nèi)換熱設(shè)備的腐蝕失效問(wèn)題，可以將設(shè)備材質(zhì)升級(jí)為不銹鋼，但不銹鋼價(jià)格昂貴，成本過(guò)高，導(dǎo)熱性能不如碳鋼，并且無(wú)法解決結(jié)垢問(wèn)題。因此，與材質(zhì)升級(jí)相比，采用耐高溫防腐涂料是解決換熱設(shè)備腐蝕及結(jié)垢問(wèn)題更加經(jīng)濟(jì)和可行的辦法。

酚醛樹脂類涂層堅(jiān)硬耐磨，耐非氧化性酸、酸性氣體和有機(jī)溶劑，但在高濃度的堿和濕氯氣介質(zhì)下不穩(wěn)定；改性環(huán)氧酚醛類涂層堅(jiān)硬光亮、致密性好、防垢性好，耐酸、堿、鹽和有機(jī)溶劑性能突出；有機(jī)硅類涂層成本低、耐溫效果顯著、耐氧化性好、阻垢性好、導(dǎo)熱性好，適用于防腐涂層的大面積施工工藝，目前應(yīng)用較為普遍；無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合樹脂涂層柔性好、堅(jiān)硬光亮、導(dǎo)熱性好，耐酸、堿、鹽和有機(jī)溶劑性能好；環(huán)氧胺基類涂層堅(jiān)硬光滑、附著力強(qiáng)，耐酸堿、耐油、耐水、耐溶劑和抗沖擊等性能突出。

為了確保涂層優(yōu)異的防護(hù)效果，避免因涂層性能欠佳及施工質(zhì)量較差而導(dǎo)致設(shè)備的腐蝕失效問(wèn)題，應(yīng)依據(jù)SH/T3540-2018標(biāo)準(zhǔn)附錄A中的推薦，選用適宜的涂層體系與涂覆厚度，并嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工與驗(yàn)收。

進(jìn)一步規(guī)范細(xì)化定期檢修和清理制度，并嚴(yán)格執(zhí)行，對(duì)換熱設(shè)備進(jìn)行定期檢維修，發(fā)現(xiàn)安全隱患及時(shí)處理。對(duì)換熱設(shè)備進(jìn)行定期清洗除垢，減輕垢下腐蝕，防止換熱效率下降，對(duì)服役時(shí)間較長(zhǎng)和壁厚減薄嚴(yán)重的換熱設(shè)備進(jìn)行定期更換。

①天然氣冰機(jī)蒸發(fā)器

對(duì)塔河油田輕烴站天然氣冰機(jī)蒸發(fā)器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)管束冷凝水積存處穿孔泄漏。從工藝介質(zhì)和設(shè)備安裝等角度考慮，并結(jié)合腐蝕產(chǎn)物分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)備失效的主要原因在于：冰機(jī)蒸發(fā)器安裝位置較低，且原料氣走殼程，制冷劑走管程，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部有較多冷凝水積存，同時(shí)有部分單質(zhì)硫沉積和溶解氧存在，介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)，最終使設(shè)備發(fā)生腐蝕失效?；谏鲜龇治觯扇∫韵抡拇胧?/span>

（1）將設(shè)備安裝位置從地面放置改為平臺(tái)放置，較原安裝位置升高3.6米，避免了低位積液?jiǎn)栴}；

（2）調(diào)整工藝流程，將制冷劑改走殼程，原料氣改走管程，利用高流速的原料氣攜帶走冷凝液，降低冷凝液腐蝕的可能性；

（3）定期開展原料氣中溶解氧含量檢測(cè)，減少單質(zhì)硫的析出。采取整改措施后，天然氣冰機(jī)蒸發(fā)器投用18個(gè)月后未發(fā)生腐蝕失效問(wèn)題，有效保證了天然氣冷凝效果。

②循環(huán)水系統(tǒng)換熱器

針對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)換熱器，采取以下防護(hù)措施：

（1）將管束材質(zhì)更換為316L，其耐蝕性能優(yōu)于碳鋼；

（2）將循環(huán)水系統(tǒng)改造為密閉流程，并增設(shè)膨脹罐，隔絕氧氣進(jìn)入系統(tǒng)，解決了溶解氧帶來(lái)的腐蝕問(wèn)題；

（3）保障水質(zhì)，循環(huán)冷卻水采用軟化水，降低其結(jié)垢可能性，減輕了管束表面在高溫環(huán)境下的結(jié)垢沉積和垢下腐蝕；

（4）在循環(huán)冷卻水進(jìn)口安裝防垢裝置，進(jìn)一步解決了管束表面的結(jié)垢問(wèn)題。

采取防護(hù)措施后，減輕了管束表面的結(jié)垢沉積和垢下腐蝕，提高了管束換熱效率，僅半年換熱能耗下降5.3%，設(shè)備制冷效果得到大幅度提升，出口溫度下降0.5℃，日均增產(chǎn)輕烴0.1t和液化氣0.3t，減少了設(shè)備異常停機(jī)次數(shù)。

（1）塔河油田換熱設(shè)備的腐蝕失效問(wèn)題集中在管束本體以及管束與管板的焊縫位置，服役介質(zhì)多為含水油氣介質(zhì)和循環(huán)水介質(zhì)。

（2）塔河油田換熱設(shè)備的失效不僅與換熱設(shè)備材質(zhì)、服役介質(zhì)有關(guān)，而且與換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工過(guò)程的焊接工藝、現(xiàn)場(chǎng)安裝及管理等有關(guān)。

（3）從換熱設(shè)備選材、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、涂層防護(hù)以及安裝施工和現(xiàn)場(chǎng)管理等方面形成了換熱設(shè)備防護(hù)技術(shù)方案。

（4）防護(hù)技術(shù)成果在塔河油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，有效抑制了換熱設(shè)備管束腐蝕，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，保障了生產(chǎn)裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行。