第４７卷第４期 ２０１０年８月 化工设备与管道 Ｖｏ１．４７ Ｎｏ ４ ＰＲＯＣＥＳＳ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ＆ＰＩＰＩＮＧ Ａｕｇ．２０１０ ・材料与防腐・ 制氢站冷却器换热管泄漏原因分析 毛华群 （宝钢工业检测公司，上海２０１９００） 摘要：针对某公司制氢站一台冷却器换热管多处腐蚀穿孔泄漏现象，通过对其换热管化学成分分析、管子表面腐 蚀产物形貌分析、腐蚀产物成分能谱分析、管子金相组织分析和水质分析，结果发现换热管失效原因是与循环冷却 水质和流速缓慢有关． 关键词：换热管； 失效； 点腐蚀 中图分类号：ＴＱ ０５０．９ １ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—３２８１（２０１０）０４－００５５—０３ Ｃａｕｓｅｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｌｅａｋａｇｅ Ｏｃｃｕｒｒｅｄ ｉｎ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｔｕｂｅ ｉｎ Ｃｏｏｌｅｒ Ｕｓｅｄ ｉｎ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｓｔａｔｉｏｎ ＭＡＯ Ｈｕａ－ｑｕｎ （Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｃｏ．，Ｂａｏ Ｓｔｅｅｌ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１９００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｒｅｓｐｅｃｔ ｔｏ ｔｈｅ ｌｅａｋａｇｅ ｄｕｅ ｔｏ ＣＯ／ＴＯＳｌＯｎ ｏｅｅｔｌｒｌ’ｅｄ ｉｎ ｓｅｖｅｒａｌ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｕｂｅｓ ｉｎ ａ ｃｏｏｌｅｒ ｕｓｅｄ ｉｎ ａ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｂｅｓ，ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｏｒｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ＂ｓｐｅｅ— ｔｒｕｍ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｆｌｏｗｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｔｕｂｅｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｂｅｓ ｗａｓ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｙｃｌｉｎｇ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｕｂｅ； ｆａｉｌｕｒｅ；ｄｏｔ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ 某公司制氢站焦炉煤气冷却器使用２０个月就 出现４根换热管子局部腐蚀穿孔现象。该换热器自 ２００４年７月制造，２００５年５月功能考核结束投用， 而且非满负荷运行。换热器结构为卧式固定管板式 靠近一些折流板附近都有这种腐蚀情况，但折流板 的其他部位无此现象，内表面也未发现腐蚀，说明腐 蚀是从外表面开始向内表面发展，腐蚀有可能与折 流板位置有关，也可能与管外的循环水质有关。 换热器型式，管内走焦炉原料煤气，管外走冷冻循环 水。冷却器外观主要技术参数见表１。 表１ 冷却器主要技术参数 ２化学成分分析 对取样换热管子材料的化学成分进行分析，判 断材料是否有异常，表２为管子化学成分测试结果， 符合２０钢标准。 表２换热管化学成分 项目 Ｃ Ｓｉ Ｍｎ Ｐ Ｓ ％ 实测值 标准值 供货值 ３金相分析 １ 宏观形貌观察 失效换热管外表面覆盖一层厚薄不均匀的沉积 物，靠近折流板的部位分布着一些大小不一的蚀坑， 对取样的换热管子腐蚀穿孑Ｌ处的剖面进行金相 分析，图１为换热管子蚀坑处金相组织，为铁素体和 收稿日期：２０ｌＯ＿０ｌ＿Ｏ４ 作者简介：毛华群（１９６１一），女，江苏靖江人，高级工程师，国家注册 承压特种设备高级检验师。长期从事压力容器压力管道 检验技术工作： 呈溃疡状，出现腐蚀减薄现象，腐蚀严重的部位已经 穿透，蚀孔径约５ ｍｍ。从抽出的多根管子来看，在 ・５６・ 化工设备与管道 第４７卷第４期 珠光体，金相组织正常，管外表面蚀孔口大于内表面 孔口，整个穿孔具有点腐蚀坑的形貌特征。另外，从 外表面剖面金相看，没有裂纹和其他沿晶腐蚀情况。 化合物的结构类型，如图３所示，腐蚀产物主要为铁 的氧化物和铁锈（Ｆｅ ０ ，Ｆｅ＋３０（ＯＨ）；其中Ｆｅ＋ ３０（ＯＨ）可能是由于ＦｅＯ（ＯＨ）＋ｎＨ ０和烘干失去 水分造成的）。 管子材料金相显示为铁素体和珠光体组织。以上说 明腐蚀不是材料本身造成的，需要找介质中的原因。 １ ００ ２ ０Ｏ ３ ０Ｏ ４ ０Ｏ ５ ００ ６ ０Ｏ ７ ００ ８ ０Ｏ ９ ００ ｌ０ ００ 图２腐蚀坑内的腐蚀产物能谱分析结果 图１ 换热管蚀坑处金相组织 ４腐蚀产物分析 ４．１ 表面沉积物和腐蚀产物成分的能谱分析 对点蚀坑的形貌和点蚀坑内的成分分析有助于 了解点腐蚀产生的原因。从能谱结果（图２）可以看 出，ｃ为１．８４％，０为２１．９１％，Ｓｉ为０．６１％，Ｃ１为 ０．８６％，Ｃａ为０．７０％，Ｆｅ为７３．３６％ 图３×射线衍射结果 从表面沉积物能谱分析结果可以看出，沉积物 成分除Ｆｅ外，还有Ｃａ（０．７０％）等是２０钢中不具备 的，因此判定它们来自循环冷却水。 能谱分析结果还看出，腐蚀产物中主要为铁的 氧化物，另外还有少量的碳酸钙垢层，还有氯离子。 铁的氧化物是腐蚀产物，而碳酸钙垢层和氯离子是 导致腐蚀的原因。 ４．２腐蚀产物的结构分析（Ｘ－射线衍射法） 从循环水产物可以看出，主要是铁的腐蚀产物， 没有发现碳酸盐类等水垢的存在，属于正常的氧腐 蚀造成的铁锈。 该ｘ射线衍射的粉取自壳程的整体腐蚀产物， 而不代表点腐蚀坑的腐蚀产物。因为点腐蚀只是局 部，和壳程整体腐蚀产物相比非常微小。另外，取样 的部位也不同，因此，该结果不说明点腐蚀坑内的腐 蚀产物是正常的。 从换热器的出口取部分壳程腐蚀产物（即换热 管外表面腐蚀产物）进行分析，根据腐蚀产物的类 型可以了解腐蚀的原因。由于取的产物含很多水 分，进行烘干后分析。利用ｘ一射线衍射可以分析出 ５循环水质分析 表３是冷却器运行期间的壳程循环水质分析报 告，从表中可以看出各项指标基本正常。 表３ 制氢站循环水系统水质分析 毛华群．制氢站冷却器换热管泄漏原因分析 ・５７・ ６失效原因分析 腐蚀示意图见图４。 缘形成了富氧的阴极区，富氧区域电位高，为阴极， 贫氧区域电位低，为阳极，进而形成浓差电池，结果 是阳极区的坑愈来愈深，阴极区的腐蚀产物愈积愈 多，而半径小、容易迁移的ｃｌ离子的存在和在沉积 物下积聚也加速了点腐蚀坑的发展。 ７结论及建议 （１）该碳钢换热管的腐蚀失效形式属于点腐蚀 图４孑Ｌ蚀示意 （可称沉积物下点腐蚀或称垢下腐蚀），换热器的换 热管的腐蚀均发生在折流板的边界处，腐蚀在管子 外壁冷却水侧发生，腐蚀与周围环境条件即循环水 质有关，与碳钢材质无关。 （２）该换热器仅运行２０个月时间就有４根管 子发生点腐蚀穿孔，应引起对冷却水水质的重视，并 加以严格控制，需要从工艺上和水处理上进行预防。 根据以上各项分析，循环水整体上指标良好，所 以换热管子整体上外表面没有大面积腐蚀现象，仅 在折流板部位出现点腐蚀，折流板造成了壳程循环 水在该部位的管外壁流速减慢，水中的垢物和表面 腐蚀产物在该处堆积，形成点腐蚀，而ｃｌ离子的存 在和在堆积处积聚也加速了点腐蚀的发展（图４）。 点腐蚀是冷却水系统中破坏性和隐患最大的腐 蚀形态之一，容易导致容器穿孑Ｌ损坏。该碳钢换热 管的腐蚀形态属于点腐蚀，主要原因是由于局部地 区有沉积物形成的沉积物下点腐蚀（或称垢下腐 蚀）。腐蚀机理为沉积物下的氧浓差和ｃｌ离子集聚 所引起的。 从工艺上主要是流速的合理优化，将折流板处流速 提高，可减少沉积物停滞在管子外壁，减轻了溶解氧 的局部差异；从水处理上，冷却水系统通用有效的防 腐方法就是采用合适的缓蚀剂和阻垢剂，防止沉积 物的积聚 （３）上述两方面严加控制后仍旧可以使用碳钢 换热管。 参考文献 ：１］ 中国情蚀与防护学会主编．腐蚀与防护全十｝～金属的局部腐 蚀ｆＭ］．北京：化学丁１ 出版社． 沉积物形成的主要原因是因换热器管外壁的折 流板造成了循环水在该部位流速减慢，水中的沉积 物容易在该处堆积，形成点腐蚀；在沉积物（或腐蚀 产物）下面供氧不足，形成了贫氧的阳极区，在其边 凯士比（ＫＳＢ）首次推出传热系统新型循环泵 ２０１０年４月，ＫＳＢ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅ１ｌｓｃｈａｆｆ，Ｆｒａｎｋｅｎｔｈａｌ首次推出其最新的Ｅｔａｎｏｒｍ ＳＹＴ系列，凯士比（ＫＳＢ）最 新一代单级蜗壳泵专门开发用于现代传热系统和热水循环系统。 Ｅｔａｎｏｒｍ ＳＹＴ泵可处理热水以及温度高达３５０摄氏度的矿物质流体和热导油，特别适合传热系统的恶劣 条件，泵的新型稳定骨架设计和强化轴承可以承受外部受力 由于在新开发的泵技术中特别采用了高效的合成油料，Ｅｔａｎｏｒｍ ＳＹＴ进行了很大的技术创新，例如采用 新型的排气设计，在运行过程中。能够可靠地排除气体。对于很关键的流体，已经采用了双端面密封，客户可 以在碳钢轴承（标准轴承）或ｚｇ，４Ｌｚ￣（ＳｉＣ）滑动轴承之间选择。 凯士比（ＫＳＢ）Ｅｔａｎｏｒｍ ＳＹＴ泵经过水力模型优化，且具有高能效，泵的叶轮直径可以分别匹配实际系统 的负载点。通过从较大范围系列的产品样本中选择最佳的叶轮直径和泵的规格，可以进行最佳的组合，满足 绝大多数负载点的要求 泵始终在或接近其最佳效率点运行，具有极佳的经济性。作为标准配置，所有的泵 装有高效率的ＩＥ２马达，速度控制系统作为选项供货。 （凯士比中国供稿）
