油气加工装置冷换设备腐蚀、结垢与泄漏的探讨

李作峰（大庆油田有限责任公司天然气分公司）

油气加工装置冷换设备腐蚀、结垢与泄漏的探讨

李作峰（大庆油田有限责任公司天然气分公司）

随着油气加工装置运行时间的延长，天然气加工设备的腐蚀情况越来越严重。在油气加工装置中，冷换设备是其中一种重要的设备，它的腐蚀、结垢和泄漏直接影响了油气加工生产装置的安全、平稳、长周期的运行。通过对油气加工装置运行情况的分析，重点阐述了冷换设备的腐蚀、结垢与泄漏的原因及危害，并提出了一些相关的防护措施，确保油气加工装置冷换设备正常运行，降低生产成本，提高产品的质量。

冷换设备；泄漏；腐蚀；结垢

天然气分公司在运8座循环水场，担负着生产装置循环水的供给任务，每年用水量达760×104t。由于循环冷却水水质的影响，冷换设备表面经常出现腐蚀、结垢和泄漏的现象，使冷换设备的使用寿命缩短。要保证生产装置的冷换设备能够长周期运行，从水处理及用水方面都应予以重视。目前，从检修期间打开的冷换设备来看，均有不同程度的腐蚀与结垢现象，尤其是污垢较多，使换热效率下降，工艺参数控制受到影响，无法保证设备及装置的正常运行，而且用水量上升，增加了生产成本，降低了企业的经济效益。

1 设备腐蚀、结垢与泄漏的影响因素

1.1 主要工艺指标

主要工艺指标控制见表1。

表1 主要工艺指标控制

1）循环水浓缩倍数。浓缩倍数是指循环冷却水系统在运行的过程中，由于水分的蒸发，风吹损失等情况使循环水不断浓缩的倍率（以补充水作基准进行比较）。它是衡量水质控制好坏的一个重要的综合指标。浓缩倍数的高低不仅体现了水的重复利用水平，也是影响循环水水质的重要因素。一般浓缩倍数低，耗水量就大，排污量也就大；浓缩倍数高虽然可以减少用水量，降低新水补充量和排污水量，但过高会使循环冷却水中的硬度、碱度和浊度升得太高，水的结垢倾向增大很多，从而使结垢、腐蚀控制的难度变大，使水处理药剂在冷却水系统内的停留时间增长而水解。目前我国的循环水浓缩倍数[1]一般控制在2.5～5。

大庆油田天然气红压、萨南、北1-1、南压等水场补水均为新鲜水，补水的碱度、硬度相对较高，以碳酸钙计，碱度基本在400 mg/L，硬度基本在200 mg/L，总溶解固形物除喇压外基本在700 mg/L左右，水质属于高碱高硬水。虽然实施了加药，但对系统的浓缩倍数没有明确的控制范围，这对有效控制水质，减缓系统腐蚀结垢趋势都极为不利。因此，将循环水浓缩倍数根据系统的实际情况控制在一个科学合理的范围之内，使系统的腐蚀、结垢倾向处于一个动态平衡的状态，对生产装置的稳定运行有着重要意义。此外，在浓缩倍数控制范围内，尽量提高循环水系统的浓缩倍数，可以减少排污水量，节约水资源。同时，排污水量的减少，也节约了药剂消耗量。

2）pH值。各种水稳剂都有其适用的pH值范围，当循环水的pH值低于这一范围时，水的腐蚀性将增加，造成设备的腐蚀[2]；循环水的pH值高于这一范围时，则水的结垢倾向增大，容易引起换热器结垢，采用的是连续加酸调节pH值。

3）阻垢剂浓度。为降低循环水的结垢倾向，需要向水中添加的一种药剂，即阻垢剂。阻垢剂可分为正磷酸盐、聚磷酸盐和酸盐。其中有机磷酸盐类使用较多，它既具有缓蚀作用，又有阻垢作用。磷酸盐虽不易水解，但会被活性氯降解为正磷酸盐。正磷酸盐虽然具有一定的缓蚀作用，但它易于与水中的钙离子生成磷酸钙垢。因此，控制好加药浓度是十分重要。

4）悬浮物和浊度。循环水中的悬浮物通常由沙子、尘埃、淤泥、黏土、微生物和腐蚀产物等组成。它们往往是由补充水带入的，但也可以由空气或风沙带入，而有些则是在循环水运行过程中生成的。它们往往聚集在循环水流速较慢或流速突然降低的部位，例如冷却塔集水池的底部、换热器的水室和壳程一侧的折流板的下部，形成淤泥，从而影响换热器的冷却效果和造成垢下腐蚀。

5）游离余氯浓度。循环水每日进行2次冲击式加氯，加氯时间一般为2 h，加氯量控制在50 kg，系统处于正常状态时，余氯很容易就能达到控制指标。当余氯出现的时间较正常时间多或余氯量始终达不到规定的指标时，就要密切注意循环冷却水中微生物的动向，因为微生物繁殖严重时，会使循环冷却水中耗氯量大大地增加。

6）氯离子浓度。氯离子是腐蚀性离子，它能破坏碳钢、不锈钢和铝等金属或合金表面的钝化膜，引起金属点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀破裂。在加氯控制微生物生长的同时，会使循环水中的氯离子浓度升高。

7）挂片腐蚀率。在管道处各安装了一个挂片架，由于腐蚀挂片是安装在透明的有机玻璃里，因此能观察到挂片外观。当微生物危害或系统腐蚀严重时，挂片上常有黑色的铁锈或黏泥。在系统预处理后挂入一些挂片，系统转入正常运行后，每月取出一组挂片进行年腐蚀率的测定，同时补充一定数量的挂片。从系统不同部位取出的挂片测定出的年腐蚀率，基本上能客观直接地反映出循环水系统的运行状况。

1.2 设备清洗周期

随着生产装置运转时间的延长以及不恰当的浓缩倍数的采用，致使冷换设备管束结垢速度加快，在冷换设备换热面集结污垢层，造成传热面热阻增加，设备管道堵塞以及垢下腐蚀，严重影响了油气加工设备的正常运行，因此需要及时对冷换设备进行定期清洗。每年的检修期一般采用高压水射流清洗，但在清洗管束表面杂质时，由于高压水流大力冲刷，在清除污垢的同时，也对管束本体造成损害，其结果是冷换设备抗腐蚀和结垢能力越来越差，最终导致频繁发生泄漏，只能堵住多根管束，维持冷换作用。

另外，在清洗过后，金属表面有裂缝、伤痕等损伤时，这些损伤部分的金属相对于未损伤的部分来说，电极电位较负，成为微电池的阳极，因此腐蚀常从这里开始。

1.3 循环冷却水

循环冷却水的腐蚀只要是溶解氧的腐蚀，腐蚀现象为管道厚度均匀减薄，冷却水中有大量的黏泥，金属表面容易结垢，造成垢下腐蚀，管道出现穿孔、蚀坑等。为了有效地防腐，就要定期进行化学清洗。同时，循环水系统中存在一定量的氯离子，对不锈钢管造成点腐蚀，严重者会引起不锈钢管开裂。

2 设备腐蚀、结垢与泄漏造成的危害

2.1 设备腐蚀、泄漏

冷换设备一旦发生腐蚀或泄漏，循环水将受到严重污染，并给其它冷换设备造成严重的后果，具体如下：

◇与循环水中泥沙、铁的氧化物结合，生成污垢；

◇促进厌氧菌的生长，创造了点蚀的环境；

◇为循环水中的微生物提供营养，促进菌藻滋生，引起垢下腐蚀和微生物腐蚀；

◇增加水的耗氧量，影响加氯的效果；

◇给循环水场造成严重冲击，加重了污水处理负担。

2.2 冷换设备结垢

冷换设备如果轻微结垢，会降低冷换设备的传热效果，增加动力消耗，加工成本上升；如果严重结垢，会部分或全部堵塞管束，使循环水流量降低甚至堵塞，轻者通过不停工清洗可以解决堵塞问题，重者必须停工检修，进行高压清洗，造成更大的经济损失。

3 预防及处理措施

由于腐蚀是各种综合因素造成的结果，因此，必须全面监控循环水运行的各项指标，才能有效地抑制冷换设备的腐蚀。同时针对循环水厂循环水运行的实际情况进行预防和处理。

3.1 浓缩倍数最佳检测方案的确定

循环水场浓缩倍数的检测方法有很多种，由于各厂补充水质及循环水运行的差异，不同方法测出的结果都不同，所以对不同的循环水浓缩倍数的检测方法进行比较是很有必要的[3]。

通过对各水场补水全分析、不同浓缩倍数下的循环水全分析、不同方法测定的浓缩倍数分析、不同浓缩倍数下的腐蚀速率监测分析，确定各水场的浓缩倍数以钾离子测定最为稳定，数据波动不大，但测定钾离子需要专用仪器，如火焰光度计或离子色谱等贵重仪器，投资较大，不宜实施；采用溶固测定操作比较繁琐，加大了岗位工人的工作量，实施难度较大；采用氯离子测定，方法有比色法和仪器法，比色法由于个人对颜色的判断不同，测量的结果也不一样，采用仪器测量也需要投资。同时采用软化水做补水的水场，由于用氯化钠做再生剂，会人为引入氯离子，导致测定结果不准确，如中七、喇压、北压等水场，因此该方法也不可取；采用钠离子测定相对较为稳定，但也需要设备投资。目前各水场已经配备了电导率仪，该仪器操作简单，不再需要仪器投资，可以立即实施，尽管该方法有一定的偏差，但也基本满足生产要求，如果在生产中需要确切数据，可以采用钾离子方法进一步测定，以确保数据准确。因此，各水场的浓缩倍数可采用电导率仪测定即可。

通过改变有机磷、pH值等，测定阻垢率和腐蚀率，从而确定浓缩倍数的最佳控制范围[4]。

3.2 调整水处理方案

完善监测项目，及时分析指标变化，统一规定各水场的水质分析项目及分析频次，技术人员要根据水质指标的变化，分析变化的原因，并采取有效的技术措施，保证水质处理方案的科学性，确保检测指标在控制范围之内，药剂配方兼顾防垢和缓蚀，并合理控制水场的浓缩倍数，达到节能减排的效果。

3.3 充分利用水质现场监测技术

冷换设备的内部情况只有等到每年检修打开时才能知道，为了避免这种滞后，及时调整水处理药剂配方，设监测换热器及监测挂片或腐蚀、污垢监测仪，及时了解化学处理的效果，掌握冷却水系统腐蚀、沉积与微生物情况，为了保证循环冷却水系统的优质运行，了解每种药剂配方的效果，指导冷却系统的日常运行是非常必要的[5]。在循环水装置上可以安装循环冷却水在线监测系统，监测其pH值及电导率，并根据其输出信号实现自动加酸、自动排污、自动补水及连续加药。从本质上提高循环冷却水工艺指标控制合格率，降低新鲜水及水质稳定药剂的消耗。

3.4 加强现场管理

作为公用工程系统的循环冷却水系统，必须有一个良好的管理氛围，才能达到供水和用水双方要求，任何一方忽视管理，都会使整个循环水系统陷入僵局，最终受损的将是大量的冷换设备。在被冷却介质泄漏不断的循环水系统，任何一种优秀的药剂配方都不能充分发挥其缓蚀与阻垢的功能，若想使冷换设备少发生或不发生泄漏、腐蚀与结垢的现象，优选药剂只是该工作的一小部分，更多的是需要作好水质管理工作[6]。

1）现场监测。对现场主要的冷换设备都应建立温度、端差等监测记录，并应从换热器新投用时就开始记录冷却水的进出口温度、工艺介质的进出口温度；建立并完善化学处理的技术档案。在易漏换热器出口可以就地安装排污阀；当出现泄漏不能及时切换时，可就地排放，减轻水系统污染。

2）控制温度。装置的回水温度不能高于40℃，回水温度过高，药剂就会逐渐分解，最终导致药剂的缓蚀与阻垢功能下降，使冷换设备发生结垢[7]。

3）调节冷却水流速。水流速高，腐蚀加速，如果流速过缓，杂质容易沉积，尤其是水走壳程的冷换设备。一般来说，水流速度在0.6～1 m/s时，腐蚀速度最小[8]。循环水的流速选择不能只从腐蚀角度出发，还要考虑到传热要求[9]。另外，有些装置为了节能降耗，关小循环水阀门，最终造成冷换设备堵塞。

4）及时处理泄漏。有时为了确保装置的加工量，已经泄漏的冷换设备带病坚持运转，任循环水受到污染，不但冷换设备的操作受到影响，其它在用的冷却器也同样受到牵连。如果连续、反复泄漏，不可避免地造成其它冷换设备发生泄漏、腐蚀或者结垢。因此，及时处理泄漏的冷却器非常重要，避免事态扩大，形成恶性循环，尽早给循环水场提供补救处理的环境和条件，

5）完善管理制度。供水和用水是全员问题，无论何时发现泄漏迹象，都要及时查切冷换设备，不能消极等待，必须制定出合理有效的管理制度。

4 结束语

冷换设备是循环水系统的重要组成部分，它的腐蚀、结垢与泄漏直接导致循环水的水质严重恶化，进而威胁企业的安全生产。因此为了减少意外停机，稳定生产，延长设备的使用寿命，节约用水，减少环境污染，提高经济效益，我们必须要高度重视循环冷却水的水质处理，科学管理，完善检测项目，加强现场监测，合理调整药剂配方，减少冷却水对换热设备的腐蚀。

[1]叶晓林.复杂补水循环水系统浓缩倍数的计算[J].石油化工腐蚀与防护，2008，25（6）：26-28.

[2]卞建华，张建民.石油化工设备腐蚀问题的探讨[J].山东化工，2008，37（6）：28-31.

[3]李晋萍.循环水浓缩倍数的涵义及控制方法探讨[J].企业技术开发，2012，31（28）：61-62.

[4]杨洋.提高循环冷却水系统浓缩倍数的措施[J].资源开发与市场，2012，28（6）：489-491.

[5]刘莉.循环水日常监测及防范处理[J].大氮肥，2002，25（1）：39-41.

[6]陈晓峰，孔庆义.循环水系统腐蚀原因对比分析[J].全面腐蚀控制，2003，17（2）：18-19.

[7]张明，唐成军.冷换设备结垢原因分析及其预防[J].石油和化工设备，2011，14（10）：68-70.

[8]张艳丽.冷换设备管束的腐蚀与防护[J].化学工程师，2004（10）：31-32.

[9]郭强.冷换设备的腐蚀原因及防护措施[J].国外油田工程，2001（12）：45-48.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.01.011

2016-09-06

（编辑 巩亚清）

李作峰：高级工程师，2003年毕业于北京理工大学（材料学专业），从事检定检测技术及管理工作，E-mail：dalizf@petrochina.com.cn，地址：黑龙江省大庆油田有限责任公司天然气分公司检测中心让胡路区玉门街131号，163311。