绕管换热器内漏原因分析及解决措施

缠绕管式换热器在国内炼化行业有近二十年的应用经验，其制造技术已趋近成熟，具有结构紧凑，换热效率高，耐高压，抗结垢能力强等特点，但其易腐蚀且不利于维修的缺点也很突出[1]。国内某炼化企业柴油加氢装置有三台缠绕管式换热器，2015年6月投用，其中一台E107出现管束内漏的异常情况。

1、内漏换热器工艺简介

缠绕管式换热器的参数见表1。

E107于2018年、2020年两次进行壳程清洗，2020年清洗后查漏，堵管90根，投用后操作曲线显示：2021年下半年开始，管程压降大幅波动，原料流量与产品流量偏差增大，推测管程介质已开始窜入壳程。E107换热器经过查漏，确认有600多根新漏，不具备再使用条件。

2、内漏原因分析及措施

2.1 宏观分析

为了分析泄漏原因，分别对换热器高温段、中间段、低温段换热管进行取样分析。

换热管1#样（高温段）进行宏观检查发现外表面存在结垢且局部有点蚀坑，最大点蚀坑深度约0.3 mm，换热管内壁呈金属光泽，未见明显腐蚀。 换热管2#样（中间段）进行宏观检查发现外表面有结垢且有点蚀坑，最大点蚀坑深度约0.2 mm，且局部区域有密集点蚀坑，换热管内壁呈金属光泽，未见明显腐蚀；部分外壁发现裂纹，见图1。

换热管3#样（低温段）进行宏观检查发现外表面有结垢且局部区域有密集点蚀坑，最大点蚀坑深度约0.3 mm ，换热管内壁呈金属光泽，未见明显腐蚀；部分外壁发现裂纹。

2.2 检验分析

2.2.1 压扁实验按GB/T 246—2017要求对1#样压扁至6.95 mm，试样表面未发现裂纹，符合要求。

2.2.2 成分分析

对试样1进行成分分析，结果如表2。换热管成分符合GB/T13296—2013标准中S30403牌号要求，换热管所使用材质无问题。

2.2.3 金相分析

试样1、2和3进行金相分析，母材均为单相奥氏体组织，平均晶粒度约6.0级，未发现明显异常组织。试验2裂纹处金相分析发现有多条起裂于外壁的微小裂纹，裂纹呈穿晶开裂，管内壁光滑，未发现缺陷，见图2。

试样3多条裂纹起源于管外壁并向管内壁穿晶扩展，少量已穿透并呈树枝状形貌，符合应力腐蚀特征，见图3。

2.2.4 电镜和能谱分析

试样1进行电镜分析和能谱分析，结果见图4和表3。图中可见点蚀坑部位有较高含量的S（5.8%）元素，少量的Cl（0.4%）元素和Na（0.9%）元素。表3为点蚀坑附近能谱结果，结果显示在点蚀坑内部S元素的含量远高于外表面其它部位，点蚀坑内部Cl元素的含量也比外表面其它部位高。试样2裂纹部位进行电镜和能谱分析，在裂纹内部还存在部分沿晶微小裂纹，能谱结果见表4，图5为能谱面扫结果，裂纹部位S（9.1%）元素含量很高且有少量的Cl（0.2%）元素和Na（0.2%）元素。表4为裂纹部位及附近能谱，结果显示裂纹部位同时存在高含量S元素。

试样3裂纹部位进行电镜和能谱分析，对裂纹断口进行能谱分析，结果见图6。结果表明，在裂纹断口处有裂纹部位有着高含量的S（6.3%）元素。

3、结论与措施

综上所述，E107内漏的可能原因如下：

1）点蚀部位均出现在管子外壁，且点蚀坑底部有较高含量的 S 元素和少量的 cl 、Na元素，这与壳程介质（原料混合柴油）可能有关，带有 S、Cl 等元素的腐蚀介质，在管子外壁结垢、点蚀等。

2）裂纹主要起源于管子外壁，呈树枝状穿晶向内壁扩展，符合应力腐蚀特征形貌。裂纹表面腐蚀产物能谱分析存在S元素、F元素与少量Cl元素，含S、Cl元素介质是换热管应力腐蚀开裂的主要腐蚀介质。

针对以上的可能原因，可以采取以下措施消除或延缓腐蚀：

1）换热管材质由S30403升级至S22053以上，降低S、Cl元素的应力腐蚀开裂倾向。

2）壳程与管程流程对调。壳程介质为原料混合柴油，含有常减压直供柴油、催化柴油、焦化柴油等，油内可能含有焦粉等杂质，壳程相对于管程流速偏慢，更易形成垢下积聚，引起S、Cl元素的聚集从而形成腐蚀环境，流程对调，原料走管程，倾向于不易形成垢下环境。

参考文献 

[1]王辉.缠绕管式换热器内漏故障分析[J].全面腐蚀控制，2015，29（2）：75-81.

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