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磐蚀案例库案例分享 | 酸性水汽提装置侧线抽氨系统——碱式酸性水腐蚀

2026-04-29

背景

某企业酸性水汽提装置的二级冷凝冷却器、三级冷凝冷却器发生泄漏，二级冷凝冷却器已泄漏7次、三级冷凝冷却器已泄漏5次，故将两台冷却器管束换热管材质由10#升级为S22053。运行8个月后，三级冷凝冷却器再次发生泄漏。设备基本信息如下：

装置名称	酸性水汽提装置	装置投用时间	2017年
设备/管道名称	三级冷凝冷却器	设备/管道编号	略
规格尺寸	筒体:φ100012mm 换热管:φ252.5mm	操作介质	管程：循环水壳程：分凝液
主体材质	管束：S22053 壳体：Q245R	投用日期	2017年
操作温度℃	管程：25-35℃ 壳程：90-40℃	操作压力MPa	管程：0.5MPa 壳程：0.65MPa

腐蚀检查检测情况

1.管程侧腐蚀检查情况

设备检修打开后检查发现西侧上半管程管板、管口有明显结垢现象（粘稠、灰色），部分管口已积垢近三分之一横截面，下半管程及东侧管板、管口结垢轻微，见图2-1。

图2-1 清洗前管板、管口循环水结垢形貌

简单的冲洗后检查未发现管板、管口有明显腐蚀现象，见图2-2。

图 2-2 清洗后管板形貌

管箱内附着一层白色垢物，见图2-3。

图2-3 管箱内形貌图

检查、试压共计发现6根换热管泄漏，第一、第二管程各3根。从泄漏形貌看，穿孔主要由换热管外表面腐蚀引起。已发现的换热管穿孔位置有靠近西侧管板，也有靠近东侧管板，距离管板410-2050mm不等，穿孔大小不一，见图2-4。

图2-4 泄漏换热管穿孔位置及形貌图

2.壳程侧腐蚀检查情况

三级冷凝冷却器管束外表面局部有黑色垢物附着，靠底部垢层较厚，另外管束表面局部还有白色点状物。管束外表面检查未发现明显腐蚀现象，见图2-5。对换热管测厚，数据在2.3-2.5mm（设计壁厚2.5mm）,未发现明显减薄现象。

图2-5管束外表面形貌图

壳体两端入口侧的中下部有明显均匀腐蚀减薄，有多道竖向沟槽并伴有坑蚀现象，表面有黑色垢物堆积，沟槽较深处约3-8mm，两端向内腐蚀减薄减缓，顶部入口无明显腐蚀，详见图2-6。

图2-6壳体腐蚀形貌图

3.管束涡流检测情况

根据本次三级冷凝冷却器的涡流检测结果，共计检测582根（总588根）换热管，壁厚损失大于 60%的换热管共 110 根，壁厚损失 40%～60%的换热管共 51 根，壁厚损失 30%～40%的换热管共 22 根，其余换热管壁厚损失小于 30%。壁厚损失大于40%、穿孔的换热管占总换热管的28.4%，但绝大部分位于下半管程，占下半管程总换热管的55.1%，详见图2-7。

图2-7三级冷凝冷却器涡流检测结果分布图及部分图谱

4 宏观及低倍形貌观察

从三级冷凝冷却器中切取了一根1700mm长的管束进行检查，并由左至右划分了17个区域（即100mm长度为一个区域）；送检管束外壁表面的不同区域呈现着不同的形态（损坏状态），见图2-8。

1区管束外壁基本呈光滑状态，未见明显的蚀坑、裂纹存在，见图2-9。

3区管束外壁出现些小蚀坑，使得管束外壁出现高度（壁厚）的变化，见图2-10。

7区管束外壁出现了明显的环形沟槽和外壁的高度变化，见图2-11。

9区管束外壁出现明显的麻坑状，有流体冲刷的痕迹，见图2-12。

10区、15区管束外壁出现蜂窝状的蚀坑和管壁减薄状况，见图2-13和2-14。

整体来看，管束的损坏发生在其外壁表面，呈现出管束外壁各个不同部位的蚀坑，蚀坑有密集分布的，也有分散分布的；蚀坑的形态有垢下腐蚀特征的，有冲刷腐蚀特征的。蚀坑的发生和发展，造成管束管壁由外向内不同程度的减薄（直至穿孔泄漏）。

图2-8 送检管束外壁表面的宏观形貌

图2-9 管束外壁表面的低倍形貌（1区）

图2-10 管束外壁表面的低倍形貌（3区）

图2-11 管束外壁表面的低倍形貌（7区）

图2-12 管束外壁表面的低倍形貌（9区）

图2-13管束外壁表面的低倍形貌（10区）

图2-14 管束外壁表面的低倍形貌（15区）

工艺流程情况

酸性水汽提塔侧线气由主汽提塔第 18、20、22 层塔盘抽出，经过三级冷凝冷却（第一级为与原料水换热冷却、第二级为净化水冷却、第三级为循环水冷却）和三级分凝后，得到高浓度的粗氨气，流程详见图3-1。

图3-1三级冷凝冷却器E-0207所在工艺流程图

腐蚀分析

管束的失效性质为壳程介质的H2S+NH3+H2O腐蚀、铵盐垢下腐蚀，从腐蚀形貌看主要由管束外表面点、坑引起，穿孔后壳程介质向管程泄漏、冲刷。

冷凝器壳程进料为温度90℃左右的富氨气，出料为40℃左右的富氨气和冷凝液，富氨气中气相氨质量分数达到70%以上。在有氨和硫化氢共存的体系中，气相中硫化氢质量分数很低，生成腐蚀酸性水汽提装置的硫氢化铵(NH4HS)。NH4HS水溶液的浓度和流速影响腐蚀速率，流速增大不仅会增大腐蚀速率，还会发生铵盐的冲刷腐蚀。在温度低于120℃时，硫氢化铵会析出结晶，流速较低的部位容易结垢导致设备堵塞，还会造成垢下腐蚀。

装置内富氨气-液两相存在，腐蚀主要位于初凝区、液相流经（特别是流向变化）和积垢部位，当NH4HS浓度高，流体流速也高时，即使是较为耐蚀的材料也会发生高的腐蚀率。铵盐溶液的冲刷造成腐蚀产物脱落，冲刷越大，脱落越大，露出新鲜的活性表面后又促进了新的腐蚀，循环交替，加快了设备腐蚀，使设备不断腐蚀、脱落、壁厚变薄，最后穿孔破坏。

尽管冷凝冷却器管束使用了耐蚀性很高的2205双相不锈钢，但是凝液中H2S的浓度增加以及流速升高都加剧了腐蚀，并且pH值、温度、Cl-、CO2、氰化物等也会对腐蚀造成一定的影响。而壳程结构复杂，流速不足时，滞留、积垢部位Cl⁻可高度浓缩，也会超过S2205耐点蚀极限。经业内专家参考国外文献，结合试验结果分析表明：在以NH3为主导的高浓度NH4HS腐蚀模式下（pH值>9），常用金属材料的耐蚀性能呈现如下排序：2205<316<碳钢<825<C276，因此S2205抵抗不住冷凝冷却器内酸性水介质的腐蚀。这与升级双相不锈钢管束后，管束寿命降低的现象一致。