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板式空冷器泄漏原因分析及防护措施

文档作者：宋俊霞１２侯霄艳１２张向南１２侯岩１２高　杰１２文档来源：１．甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司２．上海蓝滨石化设备有限责任公司，		点击数：	更新时间： 2021年10月14日
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文章编号： １０００‐７４６６（２０１６）增刊１‐００６０‐０４ 　　①
板式空冷器泄漏原因分析及防护措施
宋俊霞１ ，２ ， 侯霄艳１ ，２ ， 张向南１ ，２ ， 侯　岩１ ，２ ， 高　杰１ ，２
（１ ．甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，甘肃兰州　７３００７０ ；
２ ．上海蓝滨石化设备有限责任公司， 上海　２０１５１８）
摘要：通过对３ 个不同石化公司的板式空冷器泄漏原因进行分析，认为腐蚀泄漏是造成板式空冷器
失效的主要原因。根据其腐蚀机理，提出了相应的防护措施。
关键词： 板式空冷器；泄漏；腐蚀；防护措施
中图分类号： TQ０５０ ．９ ； TE ９６５ 　文献标志码：B 　doi ：１０ ．３９６９／j ．issn ．１０００‐７４６６ ．２０１６ ．S１ ．０１４
Plate Type Air Cooler Leakage Reasons Analysis and Protection Measures
SONG Jun‐xia1 ，2 ，HOU Xiao‐yan1 ，2 ，ZHANG Xiang‐nan1 ，2 ，HOU Yan1 ，2 ，GAO Jie1 ，2
（１ ．Lanpec Technologies Limited ，Lanzhou ７３００７０ ，China ；
２ ．Shanghai Lanbin Petrochemical Equipment Co ．Ltd ．，Shanghai ２０１５１８ ，China）
Abstract ： Leakage reasons of plate type air cooler in three different petrochemical companies
were analyzed ．The opinion that corrosion leakage is the main reason to negate the plate type air
cooler was put forward ．According to the corrosion theory ，the appropriate protection measures
were raised to ensure safe operation of chemical plant ．
Key words ： plate type air cooler ；leakage ；corrosion ；protection measures
　　板式空冷器采用波纹板作为换热元件，以环境
空气作为冷却介质横掠波纹板外，使板束内高温工
艺流体得到冷却或冷凝。产品类型主要包括板式干
空冷器、板式湿空冷器及板式蒸发空冷器等。由于
板式空冷器具有传热效率高、压降低、结构紧凑、不
易结垢、检修方便等优点，在常减压蒸馏装置、二甲
苯装置、加氢装置、芳烃抽提等装置中占据越来越重
要的地位，具有良好的发展前景［１ ，２ ］ 。
近年来，板式空冷器的应用范围越来越广，投运
装置由最初的常减压装置逐渐向催化、蜡油、焦化、
苯酮脱蜡等装置扩展，工艺介质物性也越来越复杂
严苛，这些变化都对板式空冷器的设计及其安全运
行提出了更高的要求。
此外，随着我国高质量原油资源存量日益减小，
大量低质量原油特别是高酸、高硫原油的加工量日
渐增加，原油中较高的酸值、硫和盐分，常常导致板
式空冷器腐蚀失效，给炼油、化工装置的安全和稳定
生产造成了极大的威胁［３ ，４ ］ 。因此，板式空冷器在
石化行业冷凝冷却系统中的防腐蚀研究得到越来越
多的重视。
1 　板式空冷器泄漏案例
1 ．1 　案例一——— 局部腐蚀
华北地区某石化公司８００ 万t／a 常减压装置采
用减顶预冷板式湿空冷器１０ 台、一级湿空冷器
６ 台、二级湿空冷器２ 台，共计１８ 台，板束材质均为
３１６L 。２００６‐０８ 投用以来，部分设备板束相继发生
泄漏，主要腐蚀部位为塔顶空冷器、水冷器等，其中
处于相变部位（初凝区）的空冷器入口腐蚀最为严重
（图１） ，严重影响装置正常运行。
板式空冷器在石化装置的应用中多次出现因板
片局部腐蚀而发生板束泄漏的情况，尤其在常减压
　第４５ 卷　增刊１ 　　　　　　　　　　　　石　油　化　工　设　备　　　　　　　　　　　　Vol畅４５ 　Supplement １ 　
　２０１６ 年８ 月　　　　　　　　　　　　PETRO‐CHEMICAL EQUIPMENT 　　　　　　　　　　　　　　　Aug畅２０１６ 　
① 　收稿日期： ２０１６‐０２‐２４
　作者简介： 宋俊霞（１９８０‐） ，女，河南许昌人，工程师，硕士，从事压力容器设计工作。
塔顶工位中泄漏情况尤为严重。局部腐蚀是工艺流
体中含有腐蚀性介质，导致板片发生局部穿孔泄漏
的现象，其中腐蚀性介质主要由原油中的氯化物水
解以及有机氯高温分解生成HCl 引起，若原油脱盐
后的总氯含量较高，就会引起此部位的腐蚀。此时
由于初凝区水量极少，盐酸浓度可达１％ ～ ２％ ，成
为一个腐蚀性十分强烈的稀盐酸腐蚀环境。此外，
国内炼油厂大多采用国外高含硫原油，分解后容易
产生H２ S ，使冷凝冷却系统的腐蚀环境为HCl ＋
H２ S ＋ H２ O ，从而加速了对该部位的腐蚀，最终导致
板片穿孔发生泄漏［１‐４ ］ 。
图１ 　板程入口及板片腐蚀情况
通过对设备的运行情况以及对装置的工艺参数
进行分析，认为导致设备腐蚀泄漏的主要因素是在
常减压条件下，原油中的氯化物水解以及有机氯高
温分解成了HCl 。同时原油中所含的硫元素在一定
条件下生成了H２ S ，使该减顶工位的运行环境为
HCl ＋ H２ S ＋ H２ O 。不论原油含硫及酸值的高低，
只要原油脱盐后的总氯含量高，就会引起该部位的
腐蚀［５ ］ 。
分析原因后，石化公司和设备制造厂将全部空
冷器（１８ 台）的板束材质由３１６L 升级为２２０５ 双相
钢，并对冷凝液的pH 值和注水水质提出控制要求，
目前运行状况良好。
1 ．2 　案例二——— 水侧垢下腐蚀
华东地区某石化公司３０ 万t／a 润滑油加氢装
置减压塔顶采用一级湿空冷器４ 台、二级湿空冷器
１ 台和三级湿空冷器１ 台，共计６ 台，板束材质均采
用３０４L 。设备自２００３ 年投用后运行情况良好。装
置运行８ a 后，减顶三级湿空冷器出现泄漏。
经检查分析，泄漏原因为板束空气侧出现结垢，
发生垢下腐蚀导致泄漏（图２） 。根据泄漏原因采取
更换泄漏板束的维修方法，并将材质升级为３１６L 。
定期检查、更换喷淋水，检查板束空气侧及其他部位
结垢情况，发生结垢采用高压水及时清除，目前运行
状况良好。
图２ 　湿空冷板束垢块
　　水侧垢下腐蚀是指在板式湿空冷器和蒸发空冷
器的板束喷淋水侧产生水垢，造成板束出现腐蚀泄
漏现象。通常板式湿空冷器和板式蒸发空冷器在投
用时补充水为软化水，但随着装置长周期运行，喷淋
水经多次循环使用后，其中悬浮物含量显著增加，
Ca２ ＋ 、Mg２ ＋ 以及Cl－ 质量浓度也会明显上升，导致
喷淋水质下降［６］ 。如果对其监测、处理不及时，则喷
淋水从喷头喷出后容易在喷淋水侧板束的表面发生
　 增刊 １ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　宋俊霞 ，等 ：板式空冷器泄漏原因分析及防护措施 · ６１ ·
结垢，若不及时处理结垢，易形成垢下腐蚀，最终导
致板束发生腐蚀泄漏［６‐９ ］ 。
1 ．3 　案例三——— 应力腐蚀
华东地区某石化公司８００ 万t／a 含硫原油改扩
建项目硫磺回收装置３ 台塔顶湿空冷器板片材质选
用３１６L ，管箱材料为３０４ 。２００４‐１２A 台板束、２００５‐
０２ C 台板束相继出现泄漏现象。
经过对设备与实际现场工况的研究分析，板束
泄漏原因为：板束入口管线布置不合理，其中三通和
弯头的阻力降当量长度约为４０ mm ，造成非常严重
的偏流，引起各板片之间热强度不同。现实运行工
况与设计工况偏离较大，使３ 台设备负荷、流速不同
引起板片与板片、板片与压板之间热膨胀不一致，入
口管箱流体分布能力不均，引起各板片之间热强度
不同［１０ ］ 。
更换板束材质为２２０５ 双相钢并对管线布置及
工艺参数进行调整后，该硫磺回收装置运行良好，满
足设计要求。
应力腐蚀开裂是指由于设备相连管线布置不合
理或者装置频繁开停工造成板束在腐蚀环境中受到
应力作用而出现开裂［７ ］ 。例如在空冷器现场布置过
程中，若板束入口管线布置不合理，容易造成工艺介
质偏流，入口管箱流体分布能力不均，导致各板片之
间热强度不同，引起板片与板片、板片与压板之间热
膨胀不一致，从而发生应力开裂［１１‐１２ ］ 。
2 　防护措施
2 ．1 　工艺防腐
工艺防腐主要通过对进入空冷器之前的工艺介
质的pH 值进行控制，及时对介质中各腐蚀离子质
量浓度进行监测。中国石化炼油事业部在工艺防腐
管理规定中规定，原油电脱盐后的盐质量浓度不大
于３ mg／L 。国内炼油厂经“一脱四注”后，控制冷凝
液的pH 值为７ ．５ ～ ８ ．５ ，以减少设备的腐蚀［８］ 。
除此之外，还需对注水水质提出相应要求，例如
控制冷凝液的pH 值，并在设备出入口设置腐蚀监
测点。
2 ．2 　材质优化
在工艺防腐的基础上，根据实际工况的不同，结
合工艺操作条件和技术经济性，设备材料按照碳钢
→ ３０４L → ３１６L → ２２０５ → ２５４SMO → C２７６ → TA１ 的
防腐级别选择合适的材料。
在上述可供选择的设备材料中，２２０５ 型双相不
锈钢具有优异的抗氯化物应力腐蚀和点蚀性能，可
以有效解决长期困扰常减压系统装置中的应力腐蚀
和局部腐蚀问题，设备寿命将显著提高，满足装置
的长周期运行要求［１３ ］ 。
2 ．3 　水质监测
对板式湿空冷器和板式蒸发空冷器所用的喷淋
水水质进行检测，优化喷淋水水质控制方案，并要求
定期监测、清理、更换软化水，监测的项目主要有
pH 值、硬度、碱度、钾离子、电导率、悬浮物、游离氯
等指标。
空冷器使用水质推荐指标见表１ 。
建议每季度对空冷器所用循环水进行如表１ 所
示水质指标分析。若发现空冷器喷淋水侧发生结垢
现象，应及时清理（如用高压水冲洗板束） ，以杜绝设
备出现垢下腐蚀。对水质和腐蚀控制参数的检测和
分析方法须符合相关的标准［１４ ］ 。
表1 　空冷器使用水质推荐指标
项目补充水喷淋循环水
悬浮物／mg · L － １ ≤ ５ ＜ １０ 总硬度／mmol · L － １ ≤ ０ ．０２ ≤ １ 总碱度／mg · L － １ － １ ．２ ～ ６ ．０ pH（２５ ℃ ） ７ ６ ．５ ～ ７ ．５ 含油量／mg · L － １ ≤ ２ － 溶解固形物／mg · L － １ ＜ １ ０００ ＜ ３ ０００ 氯离子／ mg · L － １ － ＜ ３０ 2 ．4 　避免或消除局部残余应力
在设备设计与制造过程中通过优化设计方案和
制造工艺，避免由于残余应力造成设备失效，同时在
设备运行过程中应维持工况的稳定，避免由于工况
的变化导致设备出现应力开裂而失效。为防止空冷
器板束发生应力开裂，特对其安装和配管布置提出
下列要求。
（１）在设备入口管线阀后设置弹性支撑，取消阀
前支撑，减小管线作用于设备上的重力载荷。
（２）建议将靠近板式空冷器的管线支点改为死
点，只允许沿设备宽度方向移动而限制长度方向热
膨胀，主管长度方向的热膨胀由塔顶出口的立管吸
收，避免向空冷器方向产生热位移。
（３）工艺运行应根据系统负荷条件及时调整设
备投运台数，使单台设备两组板束流量分布均衡，避
免单台设备负荷过小造成设备入口管箱分布不均。
2 ．5 　设备及时检修维护
空冷器在运行过程中应按时进行检修维修，及
时观察设备是否发生腐蚀、泄漏、换热效率下降以及
配套设备不合理等问题。对于腐蚀、泄漏等问题应
及时查找原因，采取相应措施对设备进行维护。当
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发现空冷器换热效率下降时，表明空冷器板束介质
侧或空气侧已结垢，为防止垢下腐蚀，须立即进行清
理。如介质侧出现铵盐结垢，应加大注水量，溶解铵
盐。如空气侧发生结垢，应用高压水冲洗板束［１５ ］ 。
3 　结语
通过对板式空冷器泄漏原因的分析可知，在进
行板式空冷器设计前应明确工艺介质的性质，合理
选择传热元件材质及空冷器型式，以满足装置工艺
要求。在板式空冷器的运行过程中应及时地进行设
备维护，可有效缓解其腐蚀泄漏问题，保证装置长周
期安全可靠运行。
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（杜编）
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