裂解爐急冷鍋爐泄漏失效原因分析及應對措施

　　摘要：在我國乙烯化工生產過程中，乙烯裝置出現裂解爐急冷鍋爐泄漏失效的問題較為常見，導致泄露的具體原因也各不相同。為此下文將對乙烯裂解爐急冷鍋爐發生泄露的原因進行了分析，進而對相關預防措施進行了有效探討，以期能夠為提升乙烯裝置的利用效益提供有效參考。

　　關鍵詞：乙烯裝置;急冷鍋爐;腐蝕;泄露

　　隨著乙烯裝置的運行時間越來越長，裂解非計劃性停車的發生幾率不斷增多，其中平均每兩次非計劃停車就會出現一次急冷鍋爐泄露問題，嚴重影響了工廠的正常生產。因此，必須對裂解爐急冷鍋爐泄露原因進行全面的分析、總結，進而采取有效措施進行預防處理極為必要。

　　一、急冷鍋爐運行及故障分析

　　(一)急冷鍋爐總體運行情況

　　當前，不少企業的急冷鍋爐從投入使用至今都經過了較長的時間，以及受到裂解原料品質差，裂解爐切換操作頻繁等影響，急冷鍋爐出現了不同程度的腐蝕泄漏，影響了裂解爐正常運行。經普查發現，裂解爐雙套管型急冷鍋爐出現了較為嚴重的腐蝕情況。急冷鍋爐下管板扁圓管壁出現了大幅度的減薄，且難以修復。內孔焊型急冷鍋爐由于使用的是深孔焊結構難以對換熱管內部進行檢測，出現了嚴重的下管板管臺根部腐蝕泄漏。可見為確保乙烯裝置的長期穩定運行，加強對急冷鍋爐定期檢測極為關鍵。

　　(二)急冷鍋爐事故分析

　　使用裂解爐過程中，不可避免會出現管板腐蝕問題，對腐蝕引起泄露的換熱管進行更換之后運行較為穩定。途中也出現由于急冷鍋爐的突然泄露而導致了裂解爐的連鎖停車。打開急冷鍋爐之后發現20%左右的換熱管發生堵塞。可見，為避免出現嚴重的換熱管堵塞事故，必須加強對急冷鍋爐的泄露失效分析。

　　二、急冷鍋爐腐蝕情況及檢測

　　通常情況下裂解爐急冷鍋爐采用的是薄管板結構的換熱管，其管板材質為主要為15Mo3。下管板管臺采用的是整體銑出結構，利用深孔焊接對管子與管臺進行連接。由裂解爐分離出來的高溫裂解氣在急冷鍋爐中快速冷卻到450℃~550℃，產生的蒸汽壓強為12MPa左右。高溫裂解氣作為介質流動在急冷鍋爐管程中，殼程主要包括了鍋爐水以及高壓蒸汽。在宏觀檢查方面，發現換熱管泄漏部位大多在下管板管子進和管板連接的管臺位置，尤其是管板換熱管一側表面被嚴重腐蝕，呈現出凹凸不平狀，導致了管臺根部泄漏。在化學成分分析方面，通過對急冷鍋爐管臺及換熱管束采用的15Mo3鋼管材質的化學成分分析，并與相關的數據進行對比發現，急冷鍋爐出現腐蝕泄露并非所用材質不達標問題導致。

　　在金相分析方面，對管臺沿橫截面截斷的端面進行顯微金相分析可知，管外壁最先出現腐蝕，并且由外表向內擴散，沒有出現腐蝕現象的金相組織主要為鐵素體和珠光體，有輕微的珠光體球化。同等時間條件下，溫度越高，相同材質鋼的珠光體球化程度也就越嚴重。急冷鍋爐管臺及換熱管產生了輕微珠光體球化現象，表明了急冷鍋爐的運行出現了超溫現象，進而導致了管臺根部換熱管外壁出現腐蝕。在能譜分析方面，管臺表面富含O、Na、Al、Ni、Ca等元素，對換熱管內壁腐蝕物粉末分析發現了大量的Fe元素。表明鍋爐給水中存在氧氣、鈉鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽和鈣鹽等。而換熱管內壁在長時間的高溫裂解氣環境中產生了鐵的氧化物，進而腐蝕內壁。在高溫、高壓環境下，急冷鍋爐會出現氣蝕、沖擊腐蝕、高溫腐蝕、應力腐蝕等多種腐蝕現象。

　　三、裂解爐急冷鍋爐泄漏失效原因分析

　　(一)鍋爐給水系統雜質含量超標鍋爐給水在經過預處理之后含鹽量很低，不會對管線、設備造成腐蝕。而進入急冷鍋爐后受蒸發濃縮，鍋爐給水沉淀析出了SiO2、懸浮物以及其他雜質離子，使得鍋爐給水含鹽量、溶硅量等嚴重超標。下管板管臺處積液中一些SiO2、鈉鹽、鈣鹽等雜質不斷積累吸附在急冷鍋爐換熱管外壁，在高溫作用下，鍋爐給水堿性物濃度增高，進而導致堿性腐蝕。

　　(二)鍋爐給水系統的pH值控制不穩定正常情況下運行的急冷鍋爐系統設備的表面附著一層磁性的Fe3O4薄膜，起到對金屬的保護作用。然而鍋爐給水系統PH值過高或者過低都會使Fe3O4薄膜層遭到破壞，進而腐蝕設備。將鍋爐給水PH值控制在9.0~9.5，腐蝕速率較低。而在實際生產時通常需要向鍋爐給水區總加入磷酸鈉來對PH值進行控制，然而因為沒有對裂解爐汽包進行固定排污，沒有及時地調整藥劑添加量等等，使得鍋爐給水PH值出現了較大波動，進而導致爐管鈍化，以及基體金屬腐蝕，進而出現鍋爐泄漏。

　　(三)鍋爐給水系統的磷酸鹽腐蝕除了要對鍋爐給水系統中的pH值與SiO2含量進行監控之外，還應對鈉磷比(R=Na+/PO43-)進行嚴格控制，使R值控制在2.5~2.8范圍內。若是R<2.2，,鍋爐給水系統中磷酸氫二鈉含量過高，降低爐給水pH值，使急冷鍋爐發生酸性腐蝕。若是R<2.5，在鍋爐給水系統中產生“磷酸鹽隱藏”現象，進而導致爐管表面出現酸性磷酸鹽腐蝕。

　　四、結論與相關建議

　　在乙烯裂解生產過程中，若是急冷鍋爐出現腐蝕泄漏，將會對裂解爐運行周期產生較大影響。導致急冷鍋爐出現腐蝕泄漏的因素多種多樣。根據以上分析可知，由于各種原因鍋爐給水系統的堿性雜質不斷濃縮、積累，提高了溶液PH值，形成堿性環境，導致急冷鍋爐出現堿腐蝕，在長期作用下，管臺根部管束壁厚不斷被削薄，直至穿孔發生泄漏，因此堿腐蝕是引發急冷鍋爐出現腐蝕泄漏直接原因之一。鍋爐給水系統PH值控制不當、雜質含量超標、出現磷酸鹽腐蝕等，都是使急冷鍋爐出現堿腐蝕的主要源頭。相關的應對措施如下：

　　1.提高對急冷鍋爐運行情況、狀態監控力度，在停爐時對急冷鍋爐展開全面的檢測，及時對泄漏換熱管進行堵管，必要是進行換管處理，或者對急冷鍋爐熱端管板處采取加套管的方式進行保護。

　　2.結合生產的具體安排，依次對急冷鍋爐展開全面的化學清洗，以有效減緩腐蝕速度。

　　3.提高對鍋爐給水水質的監測力度，將鍋爐給水pH值嚴格控制在標準范圍之內，準確計算磷酸鈉藥劑使用量，并把鈉磷比納入水質管理體系中，確保水質合格。

　　4.對裂解爐的投料負荷、應力情況進行嚴格控制，避免出現超負荷運行情況。無論是升溫還是降溫操作，都必須嚴格安裝操作工藝執行，確保裂解爐的溫度控制在合理范圍內，避免出現超溫運行現象。

　　5.盡可能地確保裂解爐操作工況穩定，降低原料切換操作頻率，以免裂解爐熱在短時間內出現較大的負荷波動而不利于急冷鍋爐的正常運行。加強對汽包中鹽類與SiO2含量的控制，提高急冷鍋爐間斷排放頻次的合理性。

　　6.在裂解爐完全停止之后，要徹底倒空急冷鍋爐，避免急冷鍋爐水側垢物的積累形成側面腐蝕。7.做好對對急冷鍋爐的定期排污、檢修工作。

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　　化工師論文投稿刊物：《鍋爐技術》專業技術性刊物。反映鍋爐技術(電站鍋爐和工業鍋爐)的科研成果,包括鍋爐產品試驗成果,運行經驗總結,鍋爐總體及零部件的設計理論、方法、結果和計算機程序,鍋爐制造的新工藝、新技術、新材料,厚壁壓力容器的制造工藝和檢驗等。

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