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（111003 中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司生产监测部）
摘要：冷却器E303在运行中发现传热效果下降，停车检验发现多根换热管鼓包泄漏、管箱底部腐蚀减薄。分析腐蚀原因主要是壳程介质（重整油氢气）中含有H2S、Cl-酸性杂质超标，形成了湿H2S、Cl-腐蚀环境从而引起设备腐蚀。作者提出了相应处理方法和防腐蚀措施。
关键字：冷却器;检验;腐蚀;原因分析;防护措施
1.概况
冷却器E303为浮头式换热器，其技术参数，管程：工作压力为0.405 MPa，工作温度为40℃，介质为冷却水;壳程：工作压力为1.307 MPa，工作温度为50℃，介质为HC+H2（含H2S、Cl-杂质）。材质及规格：壳体材质为16MnR，内径ф737mm，公称壁厚10mm;管箱材质为16MnR，内径ф737mm，公称壁厚10mm;换热管材质为10#，外径ф19mm，公称壁厚2mm;接管材质为20#。该设备在2007年上半年用户发现传热效果下降，化验管程出口冷却水中有物料成分存在，说明有的换热管发生泄漏，因此用户在当年8月置换下来进行全面检验。
2.全面检验
（一）换热器管束检验
当拆开换热器抽出管束时，发现管束外表面锈蚀严重，有较多腐蚀物，有很多换热管存在鼓包变形现象，其中部分鼓包变形处已发生开裂;在换热管鼓包处截取一段管子用26MG超声波测厚仪对其管壁进行测厚，数值分别为： 1.95mm、1.90mm、1.68mm、1.52mm、1.55mm、1.76mm、1.91mm、1.97mm 1.96mm（中间数据是鼓包部位）。从检测数据看，未鼓包部位壁厚减薄不明显，而鼓包部位则存在明显的壁厚减薄现象，说明鼓包部位是腐蚀严重部位。
（二） 换热器壳体检验
用型号为26MG的超声波测厚仪对换热器壳体进行测厚，发现在小浮头一侧管箱的底部有一腐蚀区域，面积为126500mm2（230mm*550mm），实测厚度在8.64mm～9.26mm之间。
对接管角焊缝进行渗透检测，对管箱底部的内表面及其内表面焊缝100%用湿荧光磁粉检查均未发现裂纹。
3.腐蚀原因分析及处理方法
（一）腐蚀环境
由于在壳程物料中含有H2S、Cl-等杂质，形成了含湿H2S及 Cl-的酸性腐蚀环境。影响腐蚀的环境因素主要是硫化氢浓度、氯离子浓度、液体流速等。
（二）换热管鼓包泄漏原因及处理方法
换热管外壁处于湿硫化氢、Cl-腐蚀环境中，材料晶内和晶界有夹杂物存在以及局部应力的增大，使换热管在运行过程中极易在此处发生电化学腐蚀而使管壁减薄，当管壁减薄到一定程度时，在管内压力波动的作用下形成鼓包，随着腐蚀的加剧和压力波动的继续作用，导致在鼓包处产生裂纹，进而发生泄漏，故对泄漏的换热管进行更换。
（三）管箱内表面腐蚀减薄原因分析及处理方法
管箱的内表面属于换热器的壳程，处于湿硫化氢、Cl-腐蚀环境中，管箱底部设有排净口，如果排放不及时，物料中的油污、水及各种腐蚀杂质很容易在此处滞留形成死角，随着腐蚀物质滞留、浓缩而在管箱底部发生垢下腐蚀，造成了管箱底部的大面积腐蚀减薄以及出现孔蚀。
管箱底部的腐蚀主要是由于电化学腐蚀和反应产生的氢原子扩散至钢中引起的，电化学腐蚀反应如下：①料中的H2S→H++HS-;②腐蚀反应中阳极反应为Fe+ HS-→Fe S↓+H++2e-;③阴极反应为2H++2e-→2Had→H2↑（向钢中扩散）→2Hab
式中 Had—吸附氢;Hab吸收氢
从反应过程可知有FeS生成，FeS可以沉积在金属表面上形成保护膜，但是高浓度的FeS会加速腐蚀。因为FeS膜并非完全是缓蚀剂膜，当过量的硫化氢溶于水，膜的厚度增加，系统内流速使膜从金属表面剥离，这样，金属又暴露在腐蚀介质中，加速腐蚀。使金属重新暴露，去硫化亚铁保护膜的金属可被硫化氢再次腐蚀生成FeS膜，FeS又再次被破坏，促进了钢的均匀腐蚀。腐蚀反应过程如下：④2HCl + Fe→ FeCl2+H2;⑤FeCl2+H2S → FeS +2HCl;⑥Fe+H2S→ FeS+H2;⑦FeS +2HCl→FeCl2+H2S。
此外，由于H原子的渗透作用，还可以发生局部应力腐蚀开裂。湿H2S腐蚀对碳钢、低合金钢设备的应力腐蚀开裂主要发生在焊缝和热影响区部位。
管箱壁厚校核
按原设计规范GB150-89《钢制压力容器》进行校核
PDi 1.306*737
δ校= + 2C2= +2*1.36 =5.68mm<δ测=8.64mm
2[σ]tф-P
2*163*1-1.306
式中 δ校——— 强度校核壁厚，mm
P—— 壳程工作压力，为1.306 MPa;
Di—— 管箱内径，为ф737mm;
ф—— 焊缝系数，为1;
[σ]t—— 最高工作温度下材料许用应力，为163 MPa;
摘要：冷却器E303在运行中发现传热效果下降，停车检验发现多根换热管鼓包泄漏、管箱底部腐蚀减薄。分析腐蚀原因主要是壳程介质（重整油氢气）中含有H2S、Cl-酸性杂质超标，形成了湿H2S、Cl-腐蚀环境从而引起设备腐蚀。作者提出了相应处理方法和防腐蚀措施。
关键字：冷却器;检验;腐蚀;原因分析;防护措施
1.概况
冷却器E303为浮头式换热器，其技术参数，管程：工作压力为0.405 MPa，工作温度为40℃，介质为冷却水;壳程：工作压力为1.307 MPa，工作温度为50℃，介质为HC+H2（含H2S、Cl-杂质）。材质及规格：壳体材质为16MnR，内径ф737mm，公称壁厚10mm;管箱材质为16MnR，内径ф737mm，公称壁厚10mm;换热管材质为10#，外径ф19mm，公称壁厚2mm;接管材质为20#。该设备在2007年上半年用户发现传热效果下降，化验管程出口冷却水中有物料成分存在，说明有的换热管发生泄漏，因此用户在当年8月置换下来进行全面检验。
2.全面检验
（一）换热器管束检验
当拆开换热器抽出管束时，发现管束外表面锈蚀严重，有较多腐蚀物，有很多换热管存在鼓包变形现象，其中部分鼓包变形处已发生开裂;在换热管鼓包处截取一段管子用26MG超声波测厚仪对其管壁进行测厚，数值分别为： 1.95mm、1.90mm、1.68mm、1.52mm、1.55mm、1.76mm、1.91mm、1.97mm 1.96mm（中间数据是鼓包部位）。从检测数据看，未鼓包部位壁厚减薄不明显，而鼓包部位则存在明显的壁厚减薄现象，说明鼓包部位是腐蚀严重部位。
（二） 换热器壳体检验
用型号为26MG的超声波测厚仪对换热器壳体进行测厚，发现在小浮头一侧管箱的底部有一腐蚀区域，面积为126500mm2（230mm*550mm），实测厚度在8.64mm～9.26mm之间。
对接管角焊缝进行渗透检测，对管箱底部的内表面及其内表面焊缝100%用湿荧光磁粉检查均未发现裂纹。
3.腐蚀原因分析及处理方法
（一）腐蚀环境
由于在壳程物料中含有H2S、Cl-等杂质，形成了含湿H2S及 Cl-的酸性腐蚀环境。影响腐蚀的环境因素主要是硫化氢浓度、氯离子浓度、液体流速等。
（二）换热管鼓包泄漏原因及处理方法
换热管外壁处于湿硫化氢、Cl-腐蚀环境中，材料晶内和晶界有夹杂物存在以及局部应力的增大，使换热管在运行过程中极易在此处发生电化学腐蚀而使管壁减薄，当管壁减薄到一定程度时，在管内压力波动的作用下形成鼓包，随着腐蚀的加剧和压力波动的继续作用，导致在鼓包处产生裂纹，进而发生泄漏，故对泄漏的换热管进行更换。
（三）管箱内表面腐蚀减薄原因分析及处理方法
管箱的内表面属于换热器的壳程，处于湿硫化氢、Cl-腐蚀环境中，管箱底部设有排净口，如果排放不及时，物料中的油污、水及各种腐蚀杂质很容易在此处滞留形成死角，随着腐蚀物质滞留、浓缩而在管箱底部发生垢下腐蚀，造成了管箱底部的大面积腐蚀减薄以及出现孔蚀。
管箱底部的腐蚀主要是由于电化学腐蚀和反应产生的氢原子扩散至钢中引起的，电化学腐蚀反应如下：①料中的H2S→H++HS-;②腐蚀反应中阳极反应为Fe+ HS-→Fe S↓+H++2e-;③阴极反应为2H++2e-→2Had→H2↑（向钢中扩散）→2Hab
式中 Had—吸附氢;Hab吸收氢
从反应过程可知有FeS生成，FeS可以沉积在金属表面上形成保护膜，但是高浓度的FeS会加速腐蚀。因为FeS膜并非完全是缓蚀剂膜，当过量的硫化氢溶于水，膜的厚度增加，系统内流速使膜从金属表面剥离，这样，金属又暴露在腐蚀介质中，加速腐蚀。使金属重新暴露，去硫化亚铁保护膜的金属可被硫化氢再次腐蚀生成FeS膜，FeS又再次被破坏，促进了钢的均匀腐蚀。腐蚀反应过程如下：④2HCl + Fe→ FeCl2+H2;⑤FeCl2+H2S → FeS +2HCl;⑥Fe+H2S→ FeS+H2;⑦FeS +2HCl→FeCl2+H2S。
此外，由于H原子的渗透作用，还可以发生局部应力腐蚀开裂。湿H2S腐蚀对碳钢、低合金钢设备的应力腐蚀开裂主要发生在焊缝和热影响区部位。
管箱壁厚校核
按原设计规范GB150-89《钢制压力容器》进行校核
PDi 1.306*737
δ校= + 2C2= +2*1.36 =5.68mm<δ测=8.64mm
2[σ]tф-P
2*163*1-1.306
式中 δ校——— 强度校核壁厚，mm
P—— 壳程工作压力，为1.306 MPa;
Di—— 管箱内径，为ф737mm;
ф—— 焊缝系数，为1;
[σ]t—— 最高工作温度下材料许用应力，为163 MPa;
C2—— 腐蚀裕量 C2=6*0.23=1.36mm （下一检验周期为6年，腐蚀速率为（10-8.64）/6=0.23mm/年）
现实测的最小壁厚为8.64mm，满足强度要求。故管箱底部腐蚀减薄不影响安全使用和定级，不需要处理。
4.结论
此冷却器换热管鼓包泄漏，管箱底部腐蚀减薄，其主要原因是壳程介质（重整油氢气）中含有H2S、Cl-酸性杂质超标，形成了湿H2S、Cl-腐蚀环境，加之材料本身存在夹杂物部位，局部应力集中部位以及腐蚀物质在设备底部的滞留浓缩，在这些部位发生了电化学腐蚀和反应产生的氢原子向钢中扩散使壁厚减薄，当减薄到一定程度在操作压力的异常波动时就发生了腐蚀泄漏。
5.防腐蚀措施
①严格控制壳程物料中H2S、Cl-的含量;②平稳操作，控制好物料流速及压力;③管箱底部的排净口要及时排放，防止腐蚀物质在此处滞留及浓缩;④加入缓蚀剂;⑤对冷却器定期清洗，防止管束外壁结垢、腐蚀，影响换热效果。
参考文献：
[1]强天鹏.压力容器检验.（中国锅炉压力容器检验协会）
[2]田亚团.燃料气换热器管束鼓包开裂分析.理化检验（物理分册），2010.10
作者简介：韩冬录（1967～），女，汉族，辽宁辽阳人，工程师，工学学士，单位：中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司，研究方向：石油化工设备的腐蚀情况。