硫磺回收冷凝冷却器腐蚀原因分析及防腐对李文戈1,尹莉2,金华峰3(1.石油大学机电工程学院,山东东营257061;2.石油大学储运与建筑工程学院,山东东营257061;3.陕西安康师范专科学校化学系,陕西安康725000)摘要:对某炼厂硫磺回收装置中冷凝冷却器的腐蚀状况进行了分析,其腐蚀原因包括应力腐蚀、疲劳腐蚀、缝隙腐蚀、孔蚀、露点腐蚀、酸腐蚀、硫化腐蚀等。由此应采取相应的防腐对策,例如:改进换热管与管板的连接结构,进行不锈钢焊后处理,进行合理的防腐设计,选用耐蚀性能好的材料,进行工艺防腐。关键词:硫磺回收装置;冷凝冷却器;腐蚀;防腐对策:TG174.44文献标识码:A的水吸收热量,蒸发后经位于换热器筒体上方的汽包将蒸气从水中分离出来,其中冷101和冷102产生013MPa的蒸气,处理后用于设备及管线的保温。硫磺回收冷凝冷却器概况某炼油厂硫磺装置由两套2×104t/a硫磺回收装置和与之配套的尾气处理装置组成,采用改进的克劳斯直流法工艺。该工艺特点为部分燃烧、两级转化,并用高温掺合法控制转化反应温度。该厂硫磺回收装置共有6台冷凝冷却器,设备位号分别为冷101、冷102、冷103、冷201、冷202、冷203。冷却器管程为含H2S,S,SO2,CO2,O2,H2O的过程气,壳程为013MPa蒸气,冷101和冷201的入口温度350℃,出口温度160℃;H2S含量为118%～515%,SO2含量为015%～418%。冷102和冷202的入口温度为320℃,出口温度为160℃,H2S含量为0125%～415%,SO2含量为013%～211%。冷103和冷203的入口温度为310℃,出口温度为130℃;H2S含量为014%～019%,SO2含量为013%～016%。6台硫磺回收冷凝冷却器的结构形式和设计参数基本相同。冷凝冷却器的结构为带蒸发空间(汽包)的单程卧式固定管板换热器,壳程筒体上设有2个膨胀节。壳体材质为Q2352A,换热管材质为1Cr18Ni9Ti,规格为Φ38mm×215mm×6m,共有219根;管板材质为0Cr19Ni9Ti,厚60mm。结构简图见图1。在操作过程中,3个冷凝冷却器管程内均通入酸性反应过程气,壳程内均通以除氧水。通过热量交换后,管程中的硫磺蒸气冷凝为液态硫,而壳程中1图1硫磺回收冷凝冷却器结构简图该装置的冷凝冷却器投入使用一年多后,便分别发生了不同程度的腐蚀。通常腐蚀形态为出口端焊口泄漏和列管减薄甚至穿孔,此外还出现了应力腐蚀开裂。具体腐蚀情况实例如下:①冷101:硫酸露点腐蚀,胀口焊肉腐蚀漏2根,管子内漏7根;②冷102:管束焊口腐蚀泄漏,2个拉筋焊口裂;③冷203:出、入口焊口腐蚀严重,漏15根,管子内漏1根,1根拉筋焊口裂。从以上腐蚀的情况可以看出,腐蚀的主要破坏形式为焊缝裂纹和管束穿孔。2腐蚀原因分析2.1应力腐蚀2.1.1热应力在设计冷凝冷却器的管板时采用的是平管板,平管板虽然制造容易,但其受力状况较差。在操作条件下管板两面受热不均匀,会产生温度差,并随管收稿日期:2001206215作者简介:李文戈(1966-),男(汉族),陕西城固人,清华大学博士研究生,从事化工设备腐蚀与防护研究。·70·石油大学学报(自然科学版)2001年10月板的厚度增加而增加,由此而产生的热应力非常明显。管孔周围的管板除了接受过程气体的辐射热外,还要吸收换热管对流交换来的热量,管子与管板的结合部所受的热负荷是辐射和对流两部分热量的叠加,因而此处所受的热负荷最大,受热不均匀也将会产生较大的热应力。管子与管板焊接时,焊缝及热影响区对管子与管板结合部的破坏倾向都会大于其他部位。2.1.2焊接应力换热管与管板连接的加工方法对列管头部残余应力和裂纹有较大的影响。胀管后焊接,管端根部残余应力的分布如图2所示。在管端焊缝根部轴向、径向均为拉伸应力,而且径向残余拉伸应力比材料的屈服应力大(1Cr18Ni9Ti的屈服极限为200MPa),这些是发生应力腐蚀的主要条件1。由于径向拉伸应力的作用,裂纹沿轴向伸展。表面的钝化膜局部发生点蚀。这些点蚀不仅会导致管壁穿孔,同时也是应力腐蚀裂纹的起点。通常溶液中含微量的Cl-即可能引起应力腐蚀破裂,Cl-浓度越高,奥氏体不锈钢应力腐蚀破裂的敏感性越强3,4。在冷凝冷却器中,换热管距出口端管孔一定范围内有冷却水的停滞区。该区域的存在使此处局部过热,造成冷却水中Cl-浓缩,导致奥氏体不锈钢发生氯化物应力腐蚀破裂。在冷凝冷却器的入口管端,由于换热管温度较高,同样存在氯化物应力...