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【摘要】在天然气开采过程中，水浴炉发挥着重要作用，但恶劣的工艺环境可能导致设备的失效：水浴炉的天然气盘管和烟火管长期处于腐蚀性介质环境中，在运行中发生腐蚀失效。本文通过对水浴炉解体检测，指出了失效原因，并对失效原因进行详细分析，阐明了造成失效的根本原因，针对性地提出了防范措施。
【关键词】水浴炉；失效分析；氧腐蚀；垢下腐蚀
1.前言
新疆油田公司采气一厂盆五气田于2002年正式投入开发，目前，气田共有气井13口、日产天然气150×104m3、凝析油300t。每口气井配置水浴炉一台，以满足生产工艺要求。
P5007井水浴炉于2003年8月6日投入使用，现日产天然气量4×104m3。期间停工检修1月，实际运行48月。
P5007井水浴炉型号为HJ315-Q/32-Q，由新疆石油工程建设有限责任公司压力容器厂于2003年3月制造。
2006年发现盘管存在比较严重的局部腐蚀。由于整体结构原因，仅能从上部人孔对盘管进行局部检测，为全面了解水浴炉的腐蚀情况，分析造成腐蚀的原因，提出切实可行的控制措施，以确保水浴炉长周期安全运行，2007年9~12月对盆五气站P5007井更换下来的水浴炉进行全面解体检测和失效分析。
2.基本结构
水浴炉壳程为常压容器，内部有烟火管和盘管。燃料气通过燃烧器燃烧产生的高温烟气经过烟火管，加热水浴炉壳程中的水，水再加热盘管中的天然气及凝析油。水浴炉上部安装有一个水箱，当水浴炉内部水位下降时进行补充。水箱盖和水浴炉人孔盖在运行中处于未封闭状态。
从气井来的天然气，经一级调压后进水浴炉加热，从水浴炉出来后经二级调压，再进水浴炉加热，流出水浴炉后去处理站。
3.检测结果
3.1.1 宏观检查
1．水浴炉壳体内表面基本为均匀腐蚀，未见明显的较深的腐蚀坑。
2．盘管表面覆盖污垢层较厚，呈不均匀分布，0.5～6mm，盘管底部呈滴落状。污垢呈层状，内部结构疏松，呈黑褐色，局部呈黄褐色。盘管上遍布点腐蚀坑，有的蚀坑呈单个分布且较深，有的则比较集中且较浅，甚至连成粗糙的一片，有的较深的腐蚀坑周围是浅浅的被蚀粗糙表面。很多腐蚀坑深度达2.0mm以上，腐蚀坑最深3.7mm，若以腐蚀坑深度粗略计算腐蚀速率，则天然气盘管平均腐蚀速率为0.93mm/a。盘管内表面未见明显的腐蚀坑，呈均匀腐蚀。
3．烟火管的燃烧器火嘴处已烧损，金属龟裂成片层状，完全失去强度和韧性。烟火管的污垢层呈不均匀分布，厚约0.5～1.5mm，局部可达10mm，呈黑褐色，局部呈黄褐色。烟管侧的外表面腐蚀较为严重，表现为局部点蚀，蚀坑较多而深，大多深度达4.0mm以上，最深达5.0mm，若以腐蚀坑深度粗略计算腐蚀速率，则烟火管平均腐蚀速率为1.25mm/a。火管侧的内表面为均匀腐蚀，烟管出口也表现为比较均匀的点蚀，因为烟管出口的温度较低，天然气燃烧生成的水蒸汽在烟管壁上凝结成水，燃烧生成的二氧化碳溶于水生成碳酸，呈弱酸性，对碳素钢具有腐蚀性。
3.1.2垢样分析
为确定腐蚀产物，分别从盘管表面、腐蚀坑内、烟管外壁取垢样进行分析，腐蚀产物的主要成份是三氧化二铁(Fe2O3)，占95%以上，由此可知盘管和烟火管表面的腐蚀主要是氧腐蚀。
3.1.3腐蚀速率评定
实际上影响点腐蚀的因素很多，精确计算其腐蚀速率几乎是不可能的。
为精确评定炉水的腐蚀速率，从盆五气站与P5007井水浴炉同时投入使用、同时添加缓蚀剂且操作条件相同的P5001井水浴炉中取水样2000ml，在操作温度下(40～50℃)采用MS3500E在线监测仪、碳钢 CI10电阻探针进行腐蚀探针试验，测定添加缓蚀剂后炉水对碳钢的腐蚀速率。从测试数据可知碳钢材质在水样中腐蚀量逐步上升，初期腐蚀速率较低，一天后达到最大值，之后缓慢下降，但腐蚀仍在继续进行，平均腐蚀速率为0.13mm/a，最大腐蚀速率为0.55mm/a，垢下腐蚀速率大于0.55mm/a。
3.1.4金属材料拉伸试验
在盘管(编号17)上截取试样进行力学性能试验，试验结果见表
从上表可以看出屈服强度和抗拉强度符合GB5310-1995的要求，但试样伸长率只有22.5%，小于GB5310-1995的规定值(≥24%)，盘管的塑性指标不合格，有发生脆性断裂的可能。
综合以上检测结果，该水浴炉已不能保证长周期安全运行。一旦盘管腐蚀穿孔或因强度不够而爆破，管内的高压天然气可以通过人孔向外泄漏，引起火灾、爆炸，给人民生命和财产造成巨大损失。
4.防范措施
根据水浴炉检测结果，从设计、操作、检修、水处理等方面提出以下防范措施：
4.1新水浴炉可以设计成换热器的形状，天然气盘管可以整体从壳体中抽出，便于清洗和检查。在水浴炉底部增添空气管，在排污时通以压缩空气，将底部沉积的污垢随水流排出。新的水浴炉的壳体内壁、盘管外壁、烟火管外壁建议进行防腐处理。
4.2鉴于目前水浴炉内与炉水接触的表面均覆盖有较厚的污垢，为垢下腐蚀提供了条件，应对水浴炉进行清洗。清洗后添加的新水应除氧并对水质进行处理，满足常压热水锅炉水质要求。以后在运行中定期排污并定期对盘管和烟火管进行清洗。
4.3运行过程中，应将人孔盖和水箱盖密封，杜绝炉水与大气接触，减少炉水的蒸发，减少补水量，断绝溶解氧的来源。
【参考文献】
[1]吴望周.化工设备断裂失效分析基础.南京：东南大学出版社，1991
[2]魏宝明主编.金属腐蚀理论及应用.北京：化学工业出版社，1995责任编辑：王利强
【关键词】水浴炉；失效分析；氧腐蚀；垢下腐蚀
1.前言
新疆油田公司采气一厂盆五气田于2002年正式投入开发，目前，气田共有气井13口、日产天然气150×104m3、凝析油300t。每口气井配置水浴炉一台，以满足生产工艺要求。
P5007井水浴炉于2003年8月6日投入使用，现日产天然气量4×104m3。期间停工检修1月，实际运行48月。
P5007井水浴炉型号为HJ315-Q/32-Q，由新疆石油工程建设有限责任公司压力容器厂于2003年3月制造。
2006年发现盘管存在比较严重的局部腐蚀。由于整体结构原因，仅能从上部人孔对盘管进行局部检测，为全面了解水浴炉的腐蚀情况，分析造成腐蚀的原因，提出切实可行的控制措施，以确保水浴炉长周期安全运行，2007年9~12月对盆五气站P5007井更换下来的水浴炉进行全面解体检测和失效分析。
2.基本结构
水浴炉壳程为常压容器，内部有烟火管和盘管。燃料气通过燃烧器燃烧产生的高温烟气经过烟火管，加热水浴炉壳程中的水，水再加热盘管中的天然气及凝析油。水浴炉上部安装有一个水箱，当水浴炉内部水位下降时进行补充。水箱盖和水浴炉人孔盖在运行中处于未封闭状态。
从气井来的天然气，经一级调压后进水浴炉加热，从水浴炉出来后经二级调压，再进水浴炉加热，流出水浴炉后去处理站。
3.检测结果
3.1.1 宏观检查
1．水浴炉壳体内表面基本为均匀腐蚀，未见明显的较深的腐蚀坑。
2．盘管表面覆盖污垢层较厚，呈不均匀分布，0.5～6mm，盘管底部呈滴落状。污垢呈层状，内部结构疏松，呈黑褐色，局部呈黄褐色。盘管上遍布点腐蚀坑，有的蚀坑呈单个分布且较深，有的则比较集中且较浅，甚至连成粗糙的一片，有的较深的腐蚀坑周围是浅浅的被蚀粗糙表面。很多腐蚀坑深度达2.0mm以上，腐蚀坑最深3.7mm，若以腐蚀坑深度粗略计算腐蚀速率，则天然气盘管平均腐蚀速率为0.93mm/a。盘管内表面未见明显的腐蚀坑，呈均匀腐蚀。
3．烟火管的燃烧器火嘴处已烧损，金属龟裂成片层状，完全失去强度和韧性。烟火管的污垢层呈不均匀分布，厚约0.5～1.5mm，局部可达10mm，呈黑褐色，局部呈黄褐色。烟管侧的外表面腐蚀较为严重，表现为局部点蚀，蚀坑较多而深，大多深度达4.0mm以上，最深达5.0mm，若以腐蚀坑深度粗略计算腐蚀速率，则烟火管平均腐蚀速率为1.25mm/a。火管侧的内表面为均匀腐蚀，烟管出口也表现为比较均匀的点蚀，因为烟管出口的温度较低，天然气燃烧生成的水蒸汽在烟管壁上凝结成水，燃烧生成的二氧化碳溶于水生成碳酸，呈弱酸性，对碳素钢具有腐蚀性。
3.1.2垢样分析
为确定腐蚀产物，分别从盘管表面、腐蚀坑内、烟管外壁取垢样进行分析，腐蚀产物的主要成份是三氧化二铁(Fe2O3)，占95%以上，由此可知盘管和烟火管表面的腐蚀主要是氧腐蚀。
3.1.3腐蚀速率评定
实际上影响点腐蚀的因素很多，精确计算其腐蚀速率几乎是不可能的。
为精确评定炉水的腐蚀速率，从盆五气站与P5007井水浴炉同时投入使用、同时添加缓蚀剂且操作条件相同的P5001井水浴炉中取水样2000ml，在操作温度下(40～50℃)采用MS3500E在线监测仪、碳钢 CI10电阻探针进行腐蚀探针试验，测定添加缓蚀剂后炉水对碳钢的腐蚀速率。从测试数据可知碳钢材质在水样中腐蚀量逐步上升，初期腐蚀速率较低，一天后达到最大值，之后缓慢下降，但腐蚀仍在继续进行，平均腐蚀速率为0.13mm/a，最大腐蚀速率为0.55mm/a，垢下腐蚀速率大于0.55mm/a。
3.1.4金属材料拉伸试验
在盘管(编号17)上截取试样进行力学性能试验，试验结果见表
从上表可以看出屈服强度和抗拉强度符合GB5310-1995的要求，但试样伸长率只有22.5%，小于GB5310-1995的规定值(≥24%)，盘管的塑性指标不合格，有发生脆性断裂的可能。
综合以上检测结果，该水浴炉已不能保证长周期安全运行。一旦盘管腐蚀穿孔或因强度不够而爆破，管内的高压天然气可以通过人孔向外泄漏，引起火灾、爆炸，给人民生命和财产造成巨大损失。
4.防范措施
根据水浴炉检测结果，从设计、操作、检修、水处理等方面提出以下防范措施：
4.1新水浴炉可以设计成换热器的形状，天然气盘管可以整体从壳体中抽出，便于清洗和检查。在水浴炉底部增添空气管，在排污时通以压缩空气，将底部沉积的污垢随水流排出。新的水浴炉的壳体内壁、盘管外壁、烟火管外壁建议进行防腐处理。
4.2鉴于目前水浴炉内与炉水接触的表面均覆盖有较厚的污垢，为垢下腐蚀提供了条件，应对水浴炉进行清洗。清洗后添加的新水应除氧并对水质进行处理，满足常压热水锅炉水质要求。以后在运行中定期排污并定期对盘管和烟火管进行清洗。
4.3运行过程中，应将人孔盖和水箱盖密封，杜绝炉水与大气接触，减少炉水的蒸发，减少补水量，断绝溶解氧的来源。
【参考文献】
[1]吴望周.化工设备断裂失效分析基础.南京：东南大学出版社，1991
[2]魏宝明主编.金属腐蚀理论及应用.北京：化学工业出版社，1995责任编辑：王利强