Примеры коррозионного разрушения теплообменников — причины коррозии каталитического водяного охладителя для тяжелой нефти и способы ее устранения

Thread Content

Последнее изменение в этом посте было сделано Ван Вэй2 23.05.2020 в 09:55. Причины коррозии каталитического водяного охладителя для тяжелого нефтяного топлива и способы их устранения. 1. Общая информация. Речь идет о каталитическом охладителе для дизельного топлива, предназначенном для использования с тяжелым нефтяным топливом; модель – FB1000-240-40-6. Материал трубчатого аппарата – 10#, количество теплообменных труб – 564 штуки. Условия эксплуатации приведены в таблице ниже: Условия эксплуатации Температура среды (°C) Давление, МПа Внутренняя часть трубопровода Внешняя часть трубопровода Внутренняя часть трубопровода Внешняя часть трубопровода Легкий дизельное топливо Вода для охлаждения 120 30 20,3 2. Условия использования: Трубчатый аппарат этого охладителя используется уже около 10 месяцев; за это время 12 теплообменных труб протекли. Такая коррозия при использовании водяного охладителя — редкость. Судя по внешнему виду трубопровода, на металлической поверхности трубной пластины (с нефтяной стороны) наблюдается слабая коррозия; отчетливых участков коррозии нет, а количество продуктов ржавчины на поверхности незначительно. На внешней поверхности трубопровода (с стороны циркулирующей воды) имеется толстый слой известняка. Под этим слоем находится ещё более толстый слой ржавчины. На металлической поверхности под слоем ржавчины образовалось множество ям от коррозии; в некоторых местах уже не видно первоначальной металлической поверхности. Поверхность металла крайне шероховатая. 3. Анализ причин коррозии трубчатого агрегата. Поскольку трубчатый агрегат эксплуатировался около 10 месяцев, наблюдалась быстрая коррозия труб в результате поровой коррозии; это соответствует не нормальным условиям эксплуатации. При таких условиях работы причины образования налета и коррозии металла в системе циркуляционной воды следующие: 3.1 Анализ причин образования налета У большинства охладителей вода циркулирует внутри труб; в этой воде содержатся ионы кальция и магния, а также бикарбонаты. Когда охлаждающая вода проходит по металлической поверхности, происходят следующие реакции:
Mg²⁺ + HCO₃⁻ + H₂O → MgCO₃↓ + Mg(OH)₂
3MgCO₃ + CO₂ → …
Ca²⁺ + 2HCO₃⁻ → H₂O + CO₂ + CaCO₃↓

Когда в воду добавляют полифосфаты в качестве ингибиторов коррозии, происходит следующая реакция:
3Ca²⁺ + 2PO₄³⁻ → Ca(PO₄)₂↓

Кроме того, кислород, растворенный в охлаждающей воде, также способствует коррозии металла и образованию ржавчины. Реакция выглядит следующим образом:
2Fe + 2H₂O + O₂ → 2Fe(OH)₂↓

В результате этих реакций на поверхности для теплообмена постепенно образуется налет, а также выделяется ржавчина. Когда охлаждач работает, из-за наличия налета эффективность теплообмена существенно снижается. В некоторых отдельных установках уже через менее чем год трубы для теплообмена забивались. 3.2 Анализ причин коррозии Мы знаем, что коррозия металлических поверхностей под действием воды происходит в основном в результате электрохимического процесса. В коррозионной батарее катодным процессом является восстановление кислорода, а анодным — растворение железа. Коррозия металла под налетом ускоряется из-за самокаталитического эффекта, присущего самой процедуре электрохимической коррозии. 3.3 Влияние других факторов Поскольку в качестве среды в оболочке трубчатого агрегата используется циркулирующая вода, это усиливает коррозию внешней поверхности трубчатого агрегата. Причина в том, что при постоянном давлении и расходе циркулирующей воды в корпусе имеется множество перегородок, которые заставляют воду течь вдоль них. С точки зрения характера потока, это приводит к увеличению сопротивления движению воды по сравнению с случаем, когда вода циркулирует внутри труб. Из-за прямых углов перегородок при циркуляции воды образуются зоны с низкой скоростью потока, что в условиях нагрева способствует быстрому образованию известняковых отложений в этих зонах. Кроме того, между каждой трубкой в пакете и перегородками существуют зазоры. Если размеры этих зазоров соответствуют условиям, способствующим возникновению коррозии в зазорах, то может произойти электрохимическая коррозия в таких зазорах. Кроме того, снижение объема воды в циркуляции усиливает скорость образования накипи. Следовательно, судя по состоянию коррозии внешней стенки на месте эксплуатации, она намного серьезнее, чем коррозия в трубопроводах с циркулирующей водой. 4. Влияние накипи и ржавчины на процесс теплопередачи. Как известно, теплопроводность накипи и продуктов коррозии металла значительно ниже, чем у самого металла; она составляет обычно от 0,058 до 5,8 Вт/(м•°C). Теплопроводность металлических труб в 6–10 раз выше, чем у накипи; то есть при одинаковой площади теплообмена сопротивление теплопередаче у накипи в 6–10 раз больше, чем у металла. Поэтому на начальном этапе эксплуатации оборудования обмен теплом при прохождении циркулирующей воды через внешний слой действительно эффективнее, чем при прохождении её через внутренний слой труб. Однако после некоторого времени использования преимущества в обмене тепла снижаются из-за быстрого образования известняковых отложений в циркулирующей воде корпуса. Поэтому, когда на внешней стенке трубы образуется ржавчина толщиной 1–2 мм, её теплопроницаемость сильно снижается. Следовательно, когда такая труба используется в течение одного цикла, её эффективность теплообмена всё ещё ниже, чем у трубы с циркулирующей внутри неё водой. Поэтому эффективность теплообмена низкая. 5. Заключение. На основании вышеизложенного анализа можно сделать вывод, что циркуляция воды в корпусе водяного охлаждача приводит к ускоренной коррозии металлической поверхности наружных стенок трубчатого аппарата, в результате чего сокращается срок его службы. Во-вторых, при использовании циркулирующей воды в оболочке возникает более высокий риск образования известнякового налета по сравнению с случаем использования циркулирующей воды внутри труб. Это приводит к увеличению теплового сопротивления; кроме того, средний коэффициент тепловой эффективности за один цикл использования оказывается ниже, чем при использовании воды внутри труб. Исходя из вышеизложенного анализа, в условиях эксплуатации этого водяного охладителя циркулирующая вода должна течь по внутренней стороне труб. Это способствует увеличению срока службы трубной сети и сохранению эффективности теплообмена в охладителе.