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摘要：针对某石油企业焦化车间换热器管束泄漏问题，完成了泄漏管束的检测分析工作，结果表明，引起换热器管束泄漏的主要原因是管束内壁防腐涂层质量较差，致使管束内壁出现点蚀穿孔。之后提出了换热器的改进策略，以期指导企业换热器的改进工作，提高换热器的使用寿命，为企业创造更多的经济效益。
关键词：换热器管束;泄漏问题;原因分析;改进策略;研究
引言
換热器作为石油生产系统中极为重要的设备，其应用范围越来越广泛。石油生产过程中，换热器主要承担着热量的交换和传递任务，确保石油生产工艺中相关介质的温度恒定，达到石油稳定高效炼制的目的[1]。换热器运行过程中出现问题，不仅威胁工作人员的生命安全，还会给企业带来不可估量的经济损失[2]。换热器管束作为换热器的关键部件，其服役条件极为苛刻，处于高温、高压、腐蚀等条件下工作，极易出现泄漏，导致石油生产停滞[3，4]。因此，结合笔者的工作经验和换热器管束泄漏事故，开展换热器管束泄漏失效分析与改进策略研究具有重要的意义。
1.失效换热器概述
失效换热器来源于某石油企业的焦化车间，是1台低温水-顶循环换热器，于2019年3月份投产使用。换热器工作过程中壳程内通顶循油，管程内夏季时通循环水，冬季时通采暖水。换热器管束的材料使用的是10#钢，截面尺寸为Φ20×2mm。管束内壁进行了防腐处理，使用的涂层材料牌号为TH901。2020年3月份进行年度检修时，发现换热器管束存在明显的泄漏问题，至此统计得到换热器的服役时间为364天，其中夏季工作时间为181天，管程操作压力为0.97MPa，壳程操作压力为1.06MPa;冬季工作时间为183天，管程操作压力为0.35MPa，壳程操作压力为1.06MPa。
2.换热器管束分析检测
2.1外壁沉积物检测分析
为了更好地了解管束外壁的腐蚀状态，对其表面的沉积物进行取样，借助离子溅射仪完成样品的制备，之后在扫描电镜上进行微观组织观察，并对沉积物进行能谱分析。微观组织观察结果表明管束外围附着近1mm厚的沉积物，呈现出表面致密，靠近管壁处较为松软的状态。能谱分析结果表明管束外围附着的沉积物成分是硫化亚铁，掺杂微量的氧化铁。硫化亚铁组织结构疏松，可能来自管束内介质附带的铁锈，也可能来自于顶循油内硫元素与管束的化学反应，均匀附着于管束外围。
2.2外壁腐蚀状况检测分析
为了更清晰的观察管束外围的腐蚀情况，在换热器中取长度为30mm的管束，将其外围的沉淀物清理干净，之后在扫描电镜上进行微观组织观察，并对表面存在的腐蚀物进行能谱分析。微观组织观察结果表明管束表面的腐蚀程度较轻，呈现出均匀腐蚀的状态，腐蚀物质分布极为致密。能谱分析结果表明管束表面的腐蚀物质为含铁元素和氯元素的化合物。由换热器管束表面即使出现了腐蚀状况，但是并不严重，不是管束泄露的主要原因，极有可能是管束内壁的严重腐蚀所致。
2.3内壁沉积物检测分析
为了进行管束内壁腐蚀情况的观察，截取长度为50mm的管束，将其刨切为两半。首先在管束内壁位置取沉积物样品，目测管束内壁包含铁锈和水垢两种沉积物。之后在扫描电镜上进行微观组织观察，并对沉积物进行能谱分析。微观组织观察结果表明管束内壁存在较多的水垢，水垢表面存在大量裂纹，并未紧紧附着与管束内壁;铁锈本身的致密性较差，极易破损成粉状，但是紧紧附着于管束表面，不易清理。能谱分析结果表明水垢的主要组成包括铁锈、碳酸盐等;铁锈的主要成分为铁的氧化物。
2.4内壁腐蚀状况检测分析
对于管束内壁腐蚀状态的观察，需要在泄漏管束中截取长度为30mm管段，刨开之后清除管束内壁上附着的沉积物，取出腐蚀程度较大的位置制备分析样品，之后在扫描电镜上进行微观组织观察，并对腐蚀物进行能谱分析。微观组织观察结果表明管束未泄漏位置存在较多的点蚀坑，直径尺寸在2.5～3mm之间，深度尺寸在1.5mm左右，继续腐蚀将会穿透管束，导致管束泄漏。能谱分析结果表明腐蚀坑内部的腐蚀物质成分组成为铁的氧化物，同时夹杂微量的氯化物及硫化物。综合以上检测结果可以得出管束出现泄漏是由内壁腐蚀出现的点蚀坑深度不断增加导致的。
2.5管束金相组织检测分析
为了确定管束内壁出现点蚀是否与管束本身材料的内部缺陷有关，对管束的材料进行金相试样磨制，用硝酸酒精溶液进行腐蚀，之后在扫描电镜上进行微观组织观察。微观组织观察结果表明管束材料的微观组织均匀，与标准10#钢的组织图片基本吻合，组织主要由铁素体和珠光体两相构成。统计组织中的晶粒等级，结果为8.5级，沿着管束的轴线方向呈现出了轻微的带状分布趋势，并未出现混晶现象，不存在夹杂物。综上所述管束材料的内部组织均匀，无夹杂物以及其他缺陷，并不存在点蚀源，因此点蚀的出现与材料本身没有直接关系。
2.6内壁涂层状态检测分析
由上述管束材料金相组织检测分析结果可以得出管束内壁出现点蚀与材质无关，为了提高管束的抗腐蚀性能其内壁涂刷了一层TH901防腐涂层，有必要对涂层质量进行检测分析。取长度为30mm的管束管段，刨开之后清除表面的沉淀物，在涂层完整的位置取出观察样品，之后在扫描电镜上进行微观组织观察。微观组织观察结果表明管束内壁涂层表面粗糙、起伏不定，同时，个别位置已经出现了鼓包剥离的情况，较大面积涂层鼓包破损，导致管束内壁点蚀问题的出现。进一步观察涂层脱落位置，可以发现较为严重的垢下腐蚀现象。
3.换热器管束泄漏原因
综合以上管束外壁、内壁和涂层的检测分析结果可得，换热器管束的腐蚀分为3种形式，第一是管束外壁的均匀腐蚀;第二是管束内壁的点蚀;第三是管束内壁的垢下腐蚀。管束均匀腐蚀并不会导致管道泄漏，管束内壁出现点蚀才是导致管束泄漏的直接原因，分析结果表明管束内壁防腐涂层存在明显的鼓包脱落问题，是引起管束内壁出现点蚀的主要原因。换热器投入使用初期，管束内壁防腐涂层因其具有质量问题，将会产生微小区域的鼓包脱落，与此同时，管束内部的流体介质中存在较高含量的氧以及氯离子，使无防腐涂层位置极易出现点蚀。因点蚀出现的周围涂层仍然完整无损，随即形成了阴阳极电化学腐蚀，进一步提高了点蚀坑向管束内壁深入的速度，很快就会出现点蚀穿孔，导致管束泄漏。综上所述，换热器管束出现泄漏的原因是管束内壁防腐涂层的质量较差，导致管束内壁出现了点蚀穿孔。
4.换热器管束改进策略
为了改进换热器管束的抗腐蚀性能，提高换热器的使用寿命，基于管束泄漏问题的原因，提出以下几点改进策略。对于新装的换热器，严格检测其管束防腐涂层的质量，应用之前必须进行涂层质量的检测分析，合格之后方可投入使用;管束防腐涂层优先选用热浸铝等工艺涂制;管束制备材料优先选用不锈钢材质，提高其耐氯离子腐蚀的能力。对于换热器应用工艺，严格控制循环冷却水中所含氧含量、氯离子的浓度等，降低冷却水对于管束的腐蚀;为了避免铁锈附着于管束内外壁，在换热器前端设置磁性吸附设备，以便清除铁锈;定期对换热器进行污垢清理，减小管束内壁的垢下腐蚀，进而提高换热器的工作效率。
5.结论
管束作为换热器的重要组成部分，对于换热器的安全可靠工作至关重要。针对某石油企业焦化车间换热器管束泄漏问题，展开了泄漏管束的检测分析工作，结果表明，引起换热器管束泄漏的主要原因是管束内壁防腐涂层的质量较差，导致管束内壁出现了点蚀穿孔。基于此提出了换热器的改进策略，以期指导企业换热器的改进工作，保证换热器的安全稳定运行，提高企业的经济效益。
参考文献：
[1]周葆红，李言浩，王志亮，等.U形管式换热器管束失效分析及防范[J].化工设备与管道，2003，40（006）：48-52.
[2]吴威，柏影，张丽，等.E-3408不锈钢换热器管束失效分析[J].炼油与化工，2012，023（003）：26-28.
[3]韩长军，郭超，辛敏东.TP405换热器管束失效分析及对策[J].腐蚀科学与防护技术，2011，023（003）：277-280.
[4]曹凤玲，杨林，郑秀芳，等.管壳式换热器失效分析及解决措施[J].辽宁化工，2010，39（011）：1142-1143，1165.
关键词：换热器管束;泄漏问题;原因分析;改进策略;研究
引言
換热器作为石油生产系统中极为重要的设备，其应用范围越来越广泛。石油生产过程中，换热器主要承担着热量的交换和传递任务，确保石油生产工艺中相关介质的温度恒定，达到石油稳定高效炼制的目的[1]。换热器运行过程中出现问题，不仅威胁工作人员的生命安全，还会给企业带来不可估量的经济损失[2]。换热器管束作为换热器的关键部件，其服役条件极为苛刻，处于高温、高压、腐蚀等条件下工作，极易出现泄漏，导致石油生产停滞[3，4]。因此，结合笔者的工作经验和换热器管束泄漏事故，开展换热器管束泄漏失效分析与改进策略研究具有重要的意义。
1.失效换热器概述
失效换热器来源于某石油企业的焦化车间，是1台低温水-顶循环换热器，于2019年3月份投产使用。换热器工作过程中壳程内通顶循油，管程内夏季时通循环水，冬季时通采暖水。换热器管束的材料使用的是10#钢，截面尺寸为Φ20×2mm。管束内壁进行了防腐处理，使用的涂层材料牌号为TH901。2020年3月份进行年度检修时，发现换热器管束存在明显的泄漏问题，至此统计得到换热器的服役时间为364天，其中夏季工作时间为181天，管程操作压力为0.97MPa，壳程操作压力为1.06MPa;冬季工作时间为183天，管程操作压力为0.35MPa，壳程操作压力为1.06MPa。
2.换热器管束分析检测
2.1外壁沉积物检测分析
为了更好地了解管束外壁的腐蚀状态，对其表面的沉积物进行取样，借助离子溅射仪完成样品的制备，之后在扫描电镜上进行微观组织观察，并对沉积物进行能谱分析。微观组织观察结果表明管束外围附着近1mm厚的沉积物，呈现出表面致密，靠近管壁处较为松软的状态。能谱分析结果表明管束外围附着的沉积物成分是硫化亚铁，掺杂微量的氧化铁。硫化亚铁组织结构疏松，可能来自管束内介质附带的铁锈，也可能来自于顶循油内硫元素与管束的化学反应，均匀附着于管束外围。
2.2外壁腐蚀状况检测分析
为了更清晰的观察管束外围的腐蚀情况，在换热器中取长度为30mm的管束，将其外围的沉淀物清理干净，之后在扫描电镜上进行微观组织观察，并对表面存在的腐蚀物进行能谱分析。微观组织观察结果表明管束表面的腐蚀程度较轻，呈现出均匀腐蚀的状态，腐蚀物质分布极为致密。能谱分析结果表明管束表面的腐蚀物质为含铁元素和氯元素的化合物。由换热器管束表面即使出现了腐蚀状况，但是并不严重，不是管束泄露的主要原因，极有可能是管束内壁的严重腐蚀所致。
2.3内壁沉积物检测分析
为了进行管束内壁腐蚀情况的观察，截取长度为50mm的管束，将其刨切为两半。首先在管束内壁位置取沉积物样品，目测管束内壁包含铁锈和水垢两种沉积物。之后在扫描电镜上进行微观组织观察，并对沉积物进行能谱分析。微观组织观察结果表明管束内壁存在较多的水垢，水垢表面存在大量裂纹，并未紧紧附着与管束内壁;铁锈本身的致密性较差，极易破损成粉状，但是紧紧附着于管束表面，不易清理。能谱分析结果表明水垢的主要组成包括铁锈、碳酸盐等;铁锈的主要成分为铁的氧化物。
2.4内壁腐蚀状况检测分析
对于管束内壁腐蚀状态的观察，需要在泄漏管束中截取长度为30mm管段，刨开之后清除管束内壁上附着的沉积物，取出腐蚀程度较大的位置制备分析样品，之后在扫描电镜上进行微观组织观察，并对腐蚀物进行能谱分析。微观组织观察结果表明管束未泄漏位置存在较多的点蚀坑，直径尺寸在2.5～3mm之间，深度尺寸在1.5mm左右，继续腐蚀将会穿透管束，导致管束泄漏。能谱分析结果表明腐蚀坑内部的腐蚀物质成分组成为铁的氧化物，同时夹杂微量的氯化物及硫化物。综合以上检测结果可以得出管束出现泄漏是由内壁腐蚀出现的点蚀坑深度不断增加导致的。
2.5管束金相组织检测分析
为了确定管束内壁出现点蚀是否与管束本身材料的内部缺陷有关，对管束的材料进行金相试样磨制，用硝酸酒精溶液进行腐蚀，之后在扫描电镜上进行微观组织观察。微观组织观察结果表明管束材料的微观组织均匀，与标准10#钢的组织图片基本吻合，组织主要由铁素体和珠光体两相构成。统计组织中的晶粒等级，结果为8.5级，沿着管束的轴线方向呈现出了轻微的带状分布趋势，并未出现混晶现象，不存在夹杂物。综上所述管束材料的内部组织均匀，无夹杂物以及其他缺陷，并不存在点蚀源，因此点蚀的出现与材料本身没有直接关系。
2.6内壁涂层状态检测分析
由上述管束材料金相组织检测分析结果可以得出管束内壁出现点蚀与材质无关，为了提高管束的抗腐蚀性能其内壁涂刷了一层TH901防腐涂层，有必要对涂层质量进行检测分析。取长度为30mm的管束管段，刨开之后清除表面的沉淀物，在涂层完整的位置取出观察样品，之后在扫描电镜上进行微观组织观察。微观组织观察结果表明管束内壁涂层表面粗糙、起伏不定，同时，个别位置已经出现了鼓包剥离的情况，较大面积涂层鼓包破损，导致管束内壁点蚀问题的出现。进一步观察涂层脱落位置，可以发现较为严重的垢下腐蚀现象。
3.换热器管束泄漏原因
综合以上管束外壁、内壁和涂层的检测分析结果可得，换热器管束的腐蚀分为3种形式，第一是管束外壁的均匀腐蚀;第二是管束内壁的点蚀;第三是管束内壁的垢下腐蚀。管束均匀腐蚀并不会导致管道泄漏，管束内壁出现点蚀才是导致管束泄漏的直接原因，分析结果表明管束内壁防腐涂层存在明显的鼓包脱落问题，是引起管束内壁出现点蚀的主要原因。换热器投入使用初期，管束内壁防腐涂层因其具有质量问题，将会产生微小区域的鼓包脱落，与此同时，管束内部的流体介质中存在较高含量的氧以及氯离子，使无防腐涂层位置极易出现点蚀。因点蚀出现的周围涂层仍然完整无损，随即形成了阴阳极电化学腐蚀，进一步提高了点蚀坑向管束内壁深入的速度，很快就会出现点蚀穿孔，导致管束泄漏。综上所述，换热器管束出现泄漏的原因是管束内壁防腐涂层的质量较差，导致管束内壁出现了点蚀穿孔。
4.换热器管束改进策略
为了改进换热器管束的抗腐蚀性能，提高换热器的使用寿命，基于管束泄漏问题的原因，提出以下几点改进策略。对于新装的换热器，严格检测其管束防腐涂层的质量，应用之前必须进行涂层质量的检测分析，合格之后方可投入使用;管束防腐涂层优先选用热浸铝等工艺涂制;管束制备材料优先选用不锈钢材质，提高其耐氯离子腐蚀的能力。对于换热器应用工艺，严格控制循环冷却水中所含氧含量、氯离子的浓度等，降低冷却水对于管束的腐蚀;为了避免铁锈附着于管束内外壁，在换热器前端设置磁性吸附设备，以便清除铁锈;定期对换热器进行污垢清理，减小管束内壁的垢下腐蚀，进而提高换热器的工作效率。
5.结论
管束作为换热器的重要组成部分，对于换热器的安全可靠工作至关重要。针对某石油企业焦化车间换热器管束泄漏问题，展开了泄漏管束的检测分析工作，结果表明，引起换热器管束泄漏的主要原因是管束内壁防腐涂层的质量较差，导致管束内壁出现了点蚀穿孔。基于此提出了换热器的改进策略，以期指导企业换热器的改进工作，保证换热器的安全稳定运行，提高企业的经济效益。
参考文献：
[1]周葆红，李言浩，王志亮，等.U形管式换热器管束失效分析及防范[J].化工设备与管道，2003，40（006）：48-52.
[2]吴威，柏影，张丽，等.E-3408不锈钢换热器管束失效分析[J].炼油与化工，2012，023（003）：26-28.
[3]韩长军，郭超，辛敏东.TP405换热器管束失效分析及对策[J].腐蚀科学与防护技术，2011，023（003）：277-280.
[4]曹凤玲，杨林，郑秀芳，等.管壳式换热器失效分析及解决措施[J].辽宁化工，2010，39（011）：1142-1143，1165.