顺丁橡胶装置密封油冷却器管束腐蚀原因分析及对策

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【摘 要】本文通过对密封油冷却器管束腐蚀形貌及腐蚀产物进行多方面分析，认为换热器管束的腐蚀泄漏是氧腐蚀导致。通过用宏观和低倍分析、材质成份及金相分析、扫描电镜分析和X射线衍射仪等方法，分析密封油冷却器管束腐蚀减薄并穿孔的原因，并提出相应对策以尽可能减缓腐蚀。

【关键字】顺丁橡胶；腐蚀；换热器；氧腐蚀

一、前言

E-103密封油冷却器位于聚合釜密封油冷却流程中。作用是给聚合反应釜用双端面机械密封密封油冷却降温。换热器操作工况如表1所示。换热管束材质为15钢，管板材质为16MnR钢，壳体材质为16MnR钢，管子外径φ17mm。2010年7月大检修时发现换热器管板产生明显腐蚀，65根换热管中已管壁穿孔泄漏20根，少数管子管板焊道处发生泄漏。

二、材质及金相分析

1.宏观成分分析

使用德国斯派克直读光谱仪对换热管进行化学成分分析，结果与国家标准（GB/T699-1999）中15钢的成分比较可知，换热管材料符合15钢的国家标准。

2.金相分析

选取换热管腐蚀部位制备金相试样，腐蚀后用光学显微镜进行观察。

通过对金相组织进行晶粒度和夹杂物评定，可知晶粒度大约为5.0-6.0级，组织中无明显夹杂物，组织未见异常。这说明换热管的腐蚀并非由组织变化引起。

三、微观分析

1.腐蚀形貌

将换热管切开，加工成电镜试样，用超声波清洗机去除表面悬浮腐蚀产物，用扫描电镜（SEM）从低倍到高倍对换热管内表面进行观察。

由SEM像可以看出以下特点：（1）在低倍下内表面腐蚀产物分布不均匀，表面呈龟裂状，部分腐蚀产物呈颗粒状；（2）在高倍下腐蚀产物间的龟裂纹清晰可见，部分裂纹的深度很大，可直达管的内表面。

2. 能谱仪微区成分分析

在内表面腐蚀区选取3个点进行能谱分析。由能谱分析结果可知，腐蚀区的主要元素包括C、O、Fe、Ca，主要成分为Fe和O，在局部区域检测到典型腐蚀性元素Cl，但含量极少。此外在微区成分分析中检测出了较多的Zn，怀疑为循环水从其它流程中携带而来。

四、腐蚀机理分析

结合光学显微镜、扫描电镜、能谱仪及X射线衍射仪的测试结果，可以得出结论：腐蚀主要发生在管程介质中，并且在管内表面产生腐蚀污垢的大量堆积，产生垢下腐蚀，这是造成换热管堵管和泄漏的主要原因。内表面腐蚀产物均来源于铁的氧化物。换热管内表面的腐蚀过程分析如下：

管程介质为循环水，水中溶解一定量的氧，氧与换热管内表面材料发生电化学相互作用，产生腐蚀；循环水中含有一定量的成垢离子，在一定条件下形成垢，垢沉积在管壁上，与腐蚀产物及泥沙一起形成污垢层；大部分污垢层与基体金属结合比较致密，在内表面形成较厚的污垢层，使管内通过性下降，最后造成堵管。局部污垢层存在较大的缝隙，不能很好的覆盖基体金属，导致介质渗入金属表面，使管内局部区域腐蚀速度较快，最终发生泄漏。

1.垢下腐蚀机理

由电镜形貌可知，腐蚀产物不够致密，有较大的裂纹和缝隙。这些裂纹和缝隙构成介质渗入污垢层的通道，也是污垢层最容易脱落的区域。在局部区域腐蚀产物与基体剥离后，将露出面积很小的基体金属，很容易造成大阴极小阳极的结构，一旦形成这种结构，腐蚀将在小阳极区集中产生，造成该区域腐蚀加剧，这是在换热管发生腐蚀泄漏穿孔的主要原因。

2.氧腐蚀机理

在E-103换热器的管程中，介质循环水中溶解有一定量的氧，换热管内壁金属容易受到电化学腐蚀。与介质接触的不同金属或者同一金属的不同部位之间，由于材质、介质浓度、温度等的不均匀性将产生电位差，可形成宏观或微观电池，在电极上发生原电池反应，从而造成金属的腐蚀。对低碳钢换热管来说，由于表面没有防护层，基体中的Fe电极电位较负，将作为阳极，发生氧化反应，形成阳离子进入溶液中，放出的电子通过阳极自身的导电作用进入阴极区，与水中的O发生作用，生成氢氧根离子，电极反应如下：

阳极反应：FeFe2++2e （1）

阴极反应：2H2O+O2+4e4OH- （2）

阳极反应形成的亚铁离子和阴极反应形成氢氧根离子进一步结合形成Fe（OH）2，在一定条件下，Fe（OH）2可与水中的O继续作用，形成中间产物羟基氧化铁：

4Fe（OH）2+O24FeOOH+2H2O （3）

FeOOH在一定条件下失水将形成Fe2O3：

2FeOOHFe2O3+H2O （4）

在上述腐蚀过程中，O去极化形成的氢氧根离子极易与亚铁离子结合生成氢氧化亚铁。随着腐蚀的不断进行，氢氧化亚铁含量逐渐增加，这将促进FeOOH的形成。形成的FeOOH则不断失水形成Fe2O3，最后在换热管内表面形成以Fe2O3为主的腐蚀产物。

五、防腐蚀措施和建议

结合上述腐蚀机理的分析，建议采用如下防腐蚀措施：

（1） 严格控制水质，尤其是循环水中的含氧量必须达标，对成垢离子含量要定期进行检测，进行必要的除氧和除垢处理，其它杂质含量也要进行严格限制。

（2） 换热管内侧污垢层很厚，防止污垢沉积可防止介质浓缩，从而防止垢下腐蚀的发生，因此定期对换热管进行清洗十分必要。

（3） 管程介质的防腐蚀处理

对管程循环水介质进行缓蚀剂处理，并进行必要的缓蚀剂优化，以防止缓蚀剂选取不当造成加速腐蚀现象。

（4） 使用耐蚀材料或进行必要的电化学保护。