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摘 要

扬子石化芳烃厂EA7503水冷器管束发生泄漏，针对这种情况进行失效分析。水冷器管束内为循环水，外部为反应器经冷凝后的氢气及烃类，压力控制在0.78MPa，温度为125℃，管束材料为20R。针对此次管束失效，分析水冷器管束泄漏的原因，并且提出相应的解决对策。对管束进行宏观分析、无损检测、断口分析、微观分析、垢样分析、金相分析、硬度分析和腐蚀机理分析。结果表明失效的主要原因是由于管束材料元素分布不均匀，在富氧环境下产生Fe₃O₄ 等腐蚀物，腐蚀物沉积在管壁内侧形成垢下腐蚀。规范生产过程；定期清洗设备；添加缓蚀剂；涂防腐涂料等都可以缓解管束的腐蚀。

关键词：管束；泄漏；垢下腐蚀

Cause Analysis and Countermeasure of Tube Leakage Failure of EA7503 Water Cooler

Abstract

Yangzi Petrochemical aromatic plant EA7503 water cooler tube bundle leakage, for this situation for failure analysis. The inside of the water cooler tube is circulating water, the outside is the condensed hydrogen gas and the hydrocarbon, the pressure is controlled at 0.78MPa, the temperature is 125 ℃, the tube material is 20R. In view of the failure of the tube bundle, the reason of the leakage of the water cooler tube bundle is analyzed, and the corresponding countermeasures are put forward. The macroscopic analysis, non - destructive testing, fracture analysis, microscopic analysis, scale analysis, metallographic analysis, hardness analysis and corrosion mechanism analysis of the tube bundle were carried out by professional means. The results show that the main reason for failure is due to the uneven distribution of elements in the tube bundle, the formation of Fe₃O₄ and other corrosive substances in the oxygen-rich environment, corrosive deposition in the tube wall inside the formation of scale corrosion. Standardize the production process; regular cleaning equipment; add corrosion inhibitor; coated anti-corrosion coatings, etc., can ease the corrosion of the tube bundle.

Key words: Tube bundle; leakage;scale corrosion

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1换热器的研究背景及意义 1

1.2换热器的研究现状和发展趋势 1

1.3本文主要研究内容 2

第二章U形管式换热器的结构特点以及应用 3

2.1 U形管式换热器的结构 3

2.2 U形管式换热器的特点 3

2.3 U形管式换热器的应用 3

第三章 循环水对管束造成的腐蚀 5

3.2循环水中存在的腐蚀类型 5

3.2.1电偶腐蚀：异种金属接触产生 5

3.2.2氯离子导致的腐蚀 5

3.3解决的措施 6

第四章 水冷器管束泄漏失效分析 7

4.1无损检测 7

4.2管束材料化学成分和金相组织检测分析 9

4.2.1材料化学成分 9

4.2.2金相组织分析 10

4.3材料硬度分析 15

4.4管束壁面微观腐蚀形貌的分析 15

4.5管束壁面腐蚀产物的分析 17

4.6垢样分析 19

4.7 EDS分析 19

4.8 XRD分析 23

4.9断口分析 25

4.10小结 28

第五章 管束泄漏失效的原因及对策 30

5.1管束泄漏的原因 30

5.2处理对策 30

参考文献 32

致 谢 34

第一章 绪论

1.1换热器的研究背景及意义

换热设备是石油化工、医药、冶金、制冷等工业中使用最普遍的工艺设备，在实际生产过程中，为了满足工艺的需求，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、冷凝、蒸发等。换热器是在不同温度下实现两种或多种流体之间实现物料之间热量传递的节能设备，热量从较高温度的流体转移到较低温度的流体^[1]，使流体温度达到过程要求的指定标准。同时，换热器也是提高能源效率的主要设备之一，换热器行业涉及范围广，并且相互形成产业链条。一般换热器需要满足以下的基本条件：能够合理地实现所规定的工艺条件；安全可靠；便于安装；易于操作；方便维修；经济合理等。

1.2换热器的研究现状和发展趋势

换热器作为节能环保的重要工业产品，是国家政策鼓励和支持的行业，包括板式换热器、管式换热器等在石化、冶金、造船、环保等领域得到广泛的应用^[2]。国内外热交换器市场潜力十分巨大，换热器行业充分响应了节能减排的号召。随着中国工业化和城镇化的加速以及全球发展中国家的增长，国内市场和出口市场对热交换器的需求将得到持续增长，中国换热器行业的快速发展扩大了市场空间。近年来，国家加大了特种设备行业和特种材料应用产业的扶持力度，并制定出台了一系列相关扶持政策^[3]。国内换热器行业在节能、提高传热效率、降低传热面积、降低压降、提高装置热强度等方面取得了显著成绩。基于石油化工、电力、机械、食品、制药等行业对换热器长期稳定的需求，我国换热器行业在未来将保持稳定增长，2011年至2020年期间，我国换热器产业增长速度将继续保持年均10-15%左右^[4]，到2020年我国换热器行业规模有望达到1500亿人民币。

根据国外换热器市场的调查表明，管壳式换热器占64%。虽然各种板式换热器的竞争力在不断上升，但管壳式换热器仍将占主导地位，随着石油化工产业的发展，设备也在向着高温、高压、大型化方向发展。自20世纪70年代世界爆发能源危机以来，对传统换热设备的强化传热研究逐渐兴起^[5]，并主要集中在两大方向上：一是开发新品种的换热器，如板式、螺旋板式、振动盘式、板翅式等，提高换热器的紧凑度和换热效率；二是对传统的管壳式换热器采取强化传热措施，也就是用各种异型强化管取代原来的光管，如螺纹管、横纹管、缩放管、翅片管^[6]，或者在管内插入扰流物，如螺旋扭带、静态混合器等。

1.3本文主要研究内容

水冷器在化工装置中的应用十分广泛,其重要性也是显而易见的，水冷器大概占石化所有企业投资的五分之一，占工艺设备总数量的百分之四十^[7]。影响化工装置水冷设备的腐蚀性因素有很多，如：水冷器进出口温差、高温沉降、循环水中溶解的氧气、微生物的存在。腐蚀产物不断沉积附着在金属表面上形成垢下腐蚀，从而使得管束发生泄漏。水冷器最为普遍的破坏形式就是腐蚀问题，能够有效地延缓水冷器的腐蚀速率，是延长水冷器使用寿命的关键^[8]。一般说来，水冷器更换的经济费用都比较高，并且水冷设备管束腐蚀穿孔和泄漏而造成介质互窜的经济损失更大。

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