原油煉制過程中會使用到大量的金屬設(shè)備和裝置，其中換熱器是較為常用的一種設(shè)備。換熱器通常需要長時間接觸不同溫度的流體，并且原油在煉制過程中不可避免地會產(chǎn)生一定量的硫化氫、二氧化碳以及含有一定礦化度的流體等，這些均會對換熱器造成比較嚴(yán)重的腐蝕損害威脅，特別是換熱器裝置接觸高溫流體的部位，更容易引發(fā)較為嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。煉化裝置換熱器的腐蝕不僅可能會縮短其使用壽命，甚至還可能引發(fā)煉化廠化工產(chǎn)品的泄漏，從而對煉化企業(yè)造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失以及人身健康安全危害[1-2]。因此，對煉化裝置換熱器腐蝕原因進(jìn)行分析，并提出針對性的腐蝕防護(hù)措施建議具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目標(biāo)煉化廠換熱器經(jīng)過長時間的運(yùn)行之后出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，更換維修的成本相對較高，對煉化廠的正常安全運(yùn)行造成了嚴(yán)重的不利影響。項(xiàng)目組通過大量的資料調(diào)研分析，了解到目前針對此類換熱器裝置的腐蝕防護(hù)措施主要包括改進(jìn)換熱器材質(zhì)、增加防腐涂層、陽極犧牲法、添加緩蝕劑法以及加強(qiáng)循環(huán)冷卻水的水質(zhì)控制等[3-5]，其中添加緩蝕劑是相對較為經(jīng)濟(jì)高效的一種腐蝕防護(hù)措施，通過在煉化廠換熱器裝置的循環(huán)冷卻水中加入少量緩蝕劑即可起到良好的防腐蝕效果，具有防腐效率高、操作簡單、適應(yīng)性強(qiáng)以及成本較低的優(yōu)點(diǎn)[6-7]。因此，本文針對目標(biāo)煉化廠換熱器腐蝕嚴(yán)重的問題，通過掛片腐蝕實(shí)驗(yàn)，考察了實(shí)驗(yàn)溫度、流體流速、腐蝕介質(zhì)pH值以及腐蝕介質(zhì)礦化度對腐蝕速率的影響，找出影響換熱器腐蝕的主要原因，并在此基礎(chǔ)之上開展了添加緩蝕劑防腐蝕措施研究，為煉化廠換熱器的高效運(yùn)行提供技術(shù)保障。

1、實(shí)驗(yàn)

1.1主要實(shí)驗(yàn)材料及儀器

實(shí)驗(yàn)材料：濃鹽酸、氫氧化鈉、丙酮、無水乙醇，均為分析純，上海麥克林生化科技有限公司；除銹液，實(shí)驗(yàn)室自制；腐蝕實(shí)驗(yàn)用掛片采用目標(biāo)煉化裝置換熱器部件鋼材加工而成（掛片的尺寸均為50mm×25mm×2mm）；腐蝕實(shí)驗(yàn)介質(zhì)均為目標(biāo)煉化裝置換熱器中的循環(huán)冷卻水（pH值為6.1，總礦化度為2860.1mg/L）。

實(shí)驗(yàn)儀器：MHY-MF3型密閉旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕實(shí)驗(yàn)儀，北京美華儀科技有限公司；CCL型精密電子分析天平，武漢康斯坦特稱重設(shè)備有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

采用掛片失重法開展腐蝕實(shí)驗(yàn)，對影響煉化裝置換熱器腐蝕的因素進(jìn)行分析評價。具體實(shí)驗(yàn)步驟為：

（1）將實(shí)驗(yàn)用掛片采用丙酮和無水乙醇清洗數(shù)次，擦拭干凈表面，使用吹風(fēng)機(jī)將其吹干，放入干燥器中恒重4h，稱量實(shí)驗(yàn)用掛片的初始質(zhì)量；（2）將掛片放入裝有不同腐蝕介質(zhì)的耐高溫腐蝕反應(yīng)釜中，設(shè)定不同的腐蝕反應(yīng)溫度和流速，開始腐蝕實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時間均設(shè)定為72h；（3）腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，取出掛片，將其放入除銹液中浸泡5min，使用脫脂棉擦拭掛片表面，并使用自來水沖洗干凈后再將掛片放入到無水乙醇中浸泡5min，擦拭干凈表面并吹干后放入干燥器中恒重4h，稱量腐蝕實(shí)驗(yàn)后掛片的質(zhì)量；（4）參照GB/T18175—2014《水處理劑緩蝕性能的測定旋轉(zhuǎn)掛片法》中的規(guī)定，計算腐蝕速率。

2、結(jié)果與討論

2.1煉化裝置換熱器腐蝕影響因素

2.1.1實(shí)驗(yàn)溫度

在實(shí)驗(yàn)流速為0.2m/s、腐蝕介質(zhì)pH值為6、腐蝕介質(zhì)礦化度為2860mg/L的條件下，評價了不同實(shí)驗(yàn)溫度對煉化裝置換熱器腐蝕速率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

由圖1結(jié)果可以看出：腐蝕實(shí)驗(yàn)的溫度設(shè)定的越高，腐蝕介質(zhì)對目標(biāo)煉化裝置換熱器的腐蝕速率相對就越大。當(dāng)腐蝕實(shí)驗(yàn)溫度由30℃升高至100℃時，腐蝕速率可由0.836mm/a增大至2.657mm/a，增幅明顯，說明溫度對腐蝕速率的影響較大。由于目標(biāo)煉化裝置換熱器接觸的流體溫度波動范圍較大，當(dāng)流體溫度較高時，腐蝕介質(zhì)對換熱器部件的腐蝕程度相對就越大。因此，在目標(biāo)煉化裝置換熱器運(yùn)行過程中，應(yīng)盡可能降低流體的溫度，從而最大限度地降低其對換熱器部件的腐蝕影響。另外，由于目標(biāo)煉化裝置換熱器 中循環(huán)流體的溫度大部分時間處在60℃左右，因此，選擇腐蝕實(shí)驗(yàn)溫度為60℃繼續(xù)進(jìn)行下一步的實(shí)驗(yàn)。

2.1.2流體流速

在實(shí)驗(yàn)溫度為60℃、腐蝕介質(zhì)pH值為6、腐蝕介質(zhì)礦化度為2860mg/L的條件下，評價了不同流體流速對煉化裝置換熱器腐蝕速率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

由圖2結(jié)果可以看出：腐蝕實(shí)驗(yàn)的流體流速設(shè)定的越高，腐蝕介質(zhì)對目標(biāo)煉化裝置換熱器的腐蝕速率相對就越大。當(dāng)腐蝕流體流速由0.05m/s增大至0.40m/s時，腐蝕速率可由0.905mm/a增至1.754mm/a，增幅同樣較為明顯，可以看出流體流速對腐蝕速率的影響也比較大。分析原因是由于流體流速較大時生成的腐蝕產(chǎn)物不易在金屬基體表面沉積成膜，無法對金屬產(chǎn)生良好的保護(hù)作用，致使腐蝕速率進(jìn)一步增大。由于目標(biāo)煉化裝置換熱器中流體的流速一般在0.30m/s左右，因此，選擇腐蝕實(shí)驗(yàn)流體流速為0.30m/s繼續(xù)進(jìn)行下一步的實(shí)驗(yàn)。

2.1.3腐蝕介質(zhì)pH值

在實(shí)驗(yàn)溫度為60℃、流速為0.30m/s、腐蝕介質(zhì)礦化度為2860mg/L的條件下，使用鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)腐蝕介質(zhì)的pH值，評價了不同腐蝕介質(zhì)pH值對煉化裝置換熱器腐蝕速率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3結(jié)果可以看出：腐蝕介質(zhì)的pH值越高，腐蝕介質(zhì)對目標(biāo)煉化裝置換熱器的腐蝕速率相對就越小。當(dāng)腐蝕介質(zhì)pH值由2升高至10時，腐蝕速率可由2.331mm/a減小至0.984mm/a，可見腐蝕介質(zhì)pH值對腐蝕速率的影響同樣比較大。分析原因是由于在酸性腐蝕環(huán)境下，腐蝕介質(zhì)中的氫離子對金屬鋼材表面的腐蝕反應(yīng)進(jìn)程影響較大，導(dǎo)致腐蝕速率有所增大。由于目標(biāo)煉化裝置換熱器中流體的pH值一般在6左右，因此，選擇腐蝕介質(zhì)pH值為6繼續(xù)進(jìn)行下一步的實(shí)驗(yàn)。

2.1.4腐蝕介質(zhì)礦化度

在實(shí)驗(yàn)溫度為60℃、流速為0.30m/s、腐蝕介質(zhì)pH值為6的條件下，評價了不同腐蝕介質(zhì)礦化度對煉化裝置換熱器腐蝕速率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

由圖4結(jié)果可以看出：腐蝕介質(zhì)的礦化度越高，腐蝕介質(zhì)對目標(biāo)煉化裝置換熱器的腐蝕速率相對就越大。當(dāng)腐蝕介質(zhì)的礦化度由350mg/L升高至15340mg/L時，腐蝕速率可由0.715mm/a增大至2.546mm/a，增幅明顯，可知腐蝕介質(zhì)的礦化度對腐蝕速率的影響較大。這是由于腐蝕介質(zhì)的礦化度越大，其中的離子含量相對就越多，尤其氯離子的穿透性能較強(qiáng)，其含量的增大對金屬腐蝕速率的影響較大，容易對金屬基體造成嚴(yán)重的點(diǎn)蝕，增大了腐蝕速率。由于目標(biāo)煉化裝置換熱器中流體的礦化度在2860mg/L左右，此時腐蝕介質(zhì)對換熱器部件的腐蝕速率高達(dá)1.559mm/a，腐蝕現(xiàn)象較為明顯，需要對其開展腐蝕控制措施研究。

2.2煉化裝置換熱器腐蝕控制措施

綜合分析2.1節(jié)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，目標(biāo)煉化裝置中的換熱器腐蝕主要受腐蝕介質(zhì)溫度、pH值、流體流速以及礦化度的影響，在換熱器實(shí)際運(yùn)行過程中腐蝕現(xiàn)象比較嚴(yán)重。根據(jù)大量資料調(diào)研分析及行業(yè)內(nèi)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，建議對目標(biāo)煉化裝置換熱器采用添加緩蝕劑來進(jìn)行腐蝕控制。項(xiàng)目組經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)研究開發(fā)出了一種新型抗高溫緩蝕劑HTS-2，在流速為0.30m/s、腐蝕介質(zhì)pH值為6、礦化度為2860mg/L的條件下，考察了不同緩蝕劑HTS-2濃度以及不同實(shí)驗(yàn)溫度下煉化裝置換熱器的腐蝕防護(hù)效果。

2.2.1緩蝕劑HTS-2濃度對腐蝕速率的影響

選擇實(shí)驗(yàn)溫度為60℃，考察緩蝕劑HTS-2濃度對腐蝕速率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。

由圖5結(jié)果可以看出：隨著緩蝕劑HTS-2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的逐漸增大，目標(biāo)煉化裝置換熱器的腐蝕速率呈現(xiàn)出先迅速下降，然后逐漸趨于穩(wěn)定的趨勢。未添加緩蝕劑時掛片的腐蝕速率可達(dá)1.559mm/a，而當(dāng)緩蝕劑HTS-2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時，可使腐蝕速率降低至0.038mm/a，與未添加緩蝕劑時的空白掛片相比，腐蝕速率降低了97.56%，腐蝕防護(hù)效果較好。新型抗高溫緩蝕劑HTS-2的分子結(jié)構(gòu)中含有較多的非極性基團(tuán)，使其能夠有效地吸附在鋼片表面，并形成一層致密的保護(hù)膜，從而可以很好地阻止腐蝕介質(zhì)與金屬鋼材基體的接觸，降低腐蝕反應(yīng)的速率，起到較好的腐蝕防護(hù)效果。再繼續(xù)增大緩蝕劑HTS-2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，腐蝕速率雖有所降低，但降低的幅度逐漸減小。因此，綜合考慮腐蝕防護(hù)效果以及緩蝕劑的使用成本等因素，在目標(biāo)煉化裝置換熱器的腐蝕控制措施實(shí)施過程中，推薦緩蝕劑HTS-2的最佳使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%。

2.2.2實(shí)驗(yàn)溫度對腐蝕防護(hù)效果的影響

選擇緩蝕劑HTS-2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，考察了不同實(shí)驗(yàn)溫度對腐蝕防護(hù)效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖6。

由圖6結(jié)果可以看出：隨著腐蝕實(shí)驗(yàn)溫度的逐漸升高，目標(biāo)煉化裝置換熱器的腐蝕速率呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢。這是由于腐蝕實(shí)驗(yàn)溫度的升高會使緩蝕劑分子結(jié)構(gòu)發(fā)生一定的變化，導(dǎo)致其部分失效；另外，腐蝕溫度的升高還會使腐蝕介質(zhì)水溶液中的分子熱運(yùn)動加劇，這容易對緩蝕劑在金屬鋼材表面的吸附造成不利影響，兩者共同作用導(dǎo)致腐蝕速率有所增大。而在添加緩蝕劑的情況下，當(dāng)腐蝕實(shí)驗(yàn)溫度在30℃~100℃之間時，腐蝕速率處在0.007mm/a~0.064mm/a之間，腐蝕速率均比較小。這說明研制的新型抗高溫緩 蝕劑HTS-2具有良好的耐溫性能，可以確保在高溫條件下仍能具有良好的腐蝕防護(hù)效果，能夠滿足目標(biāo)煉化裝置換熱器等部件在高溫條件下的腐蝕防護(hù)需求。

3、結(jié)論

（1）隨著腐蝕實(shí)驗(yàn)溫度的逐漸升高、流體流速及腐蝕介質(zhì)礦化度的逐漸增大，目標(biāo)煉化裝置換熱器的腐蝕速率均呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢；而隨著腐蝕介質(zhì)pH值的逐漸升高，腐蝕速率則呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢。

（2）當(dāng)腐蝕實(shí)驗(yàn)溫度控制在60℃、流體流速控制在0.30m/s、腐蝕介質(zhì)pH值控制在6、腐蝕介質(zhì)礦化度控制在2860mg/L時，目標(biāo)煉化裝置換熱器的腐蝕速率達(dá)到1.559mm/a，腐蝕速率較大。

（3）新型抗高溫緩蝕劑HTS-2對目標(biāo)煉化裝置換熱器的腐蝕防護(hù)效果較好，并且其耐溫性能較強(qiáng)；當(dāng)新型抗高溫緩蝕劑HTS-2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時，腐蝕實(shí)驗(yàn)溫度100℃下的腐蝕速率僅為0.064mm/a，能夠滿足目標(biāo)煉化裝置換熱器等裝置的腐蝕防護(hù)需求。

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