2013年6月第36卷第3
期
LargeScaleNitrogenousFertilizerIndustry
Jun.2013Vol.36No.3
变换炉进气加热器腐蚀原因探讨
李湖帝，周群群，李海根
（中国石化巴陵分公司化肥事业部，湖南岳阳414000）
摘要：针对煤气化装置变换炉进气加热器三通及换热管腐蚀失效的过程，分析腐蚀原因为湿硫化氢腐蚀造成，提出相应的改进建议。
关键词：变换炉
加热器
三通
换热管
腐蚀
1变换炉进气加热器概况
中国石化巴陵分公司煤气化装置变换单元采
表1
项目
设计压力／MPa
变换炉进气加热器参数
壳程
管程
用耐硫变换工艺，原工艺设计水气比较高、能耗大、催化剂寿命短，为延长催化剂使用寿命，减少中压蒸汽的消耗，同时降低变换炉出口CO含量，实现绿色低碳和清洁生产，于2010年6月对变换系统进行了低水气比改造，为满足改造及预变换炉入口温度要求，新增了1台变换炉进气加热器，利用2＃变换炉出口变换气为加热介质，同时设计调温副线，根据预变换炉催化剂活性调整预变换炉入口温度，以提高催化剂转化效率及使用寿命。工艺流程如图1。
4.13.7300160／238粗合成气
4.03.64475445／204变换气
最高工作压力／MPa设计温度／℃最高／低工作温度／℃介质
煤气化装置来的160℃、3．7MPa粗合成气，经粗合成气分离器分离出部分水蒸气和煤粉尘、碳黑等固体杂质后，气相分两路，一路进入到变换炉进气加热器壳程，另一路作为加热器壳程出口粗合成气调温副线使用；换热器管程介质为2＃变换炉出口269℃、3．64MPa的变换气，换热后管程出口温度为232℃；壳程粗合成气被加热到约200℃后进入预变换炉。粗合成气主要成分见表2。
表2
成分含量
粗合成气成分
H2S0.663
H223.9
体积分数，
％
N210.9
CO57.377
变换气中的CO和H2S的体积分数分别为
1．075％和0．411％，在粗合成气和变换气中均含有
图1
变换炉进气加热器工艺流程
少量饱和水蒸气。
变换炉进气加热器采用内浮头结构，结构简图见图2，其相关设计参数见表1。
2事故经过及处理措施
2010年9月25日，总控DCS显示变换单元
收稿日期：2012－12－04；收到修改稿日期：2013－04－01。作者简介：李湖帝，男，1985年8月出生，助理工程师，2009年毕业于湘潭大学过程装备与控制工程专业，本科学历，现在中国石化巴陵分公司化肥事业部从事设备管理工作。联系电话：
图2变换炉进气加热器结构
[1**********]；E－mail：lihudi1985＠126．com。
第3期李湖帝等.变换炉进气加热器腐蚀原因探讨
191
可燃气体泄漏报警，检查发现变换炉进气加热器壳侧出口三通处有气体泄漏，并伴有水蒸气冒出。紧急停车后检修发现，三通泄漏处呈明显的裂开状，裂缝两端明显错口，腐蚀区域严重减薄，壁厚由设计的25mm减薄至3～8mm，三通腐蚀部位均有块状沉积物附着。由于三通备件无法及时到货，采取在腐蚀区域内衬厚度为3mm的321板材方式进行处理，以避免腐蚀并保证强度，同时对该三通设立长期测厚监控点，监控使用。
2010年11月，变换炉进气加热器壳侧出口三
通在运行过程中又出现新的漏点，为避免装置非计划停车，实施泄漏点注胶带压堵漏。由于泄漏点在三通角焊缝处，普通的打胶方法无法实施，采用了一种创新型的打胶方法，彻底解决了粗合成气泄漏。同时为确保安全，在原胶卡外部加焊一层
304不锈钢夹套，夹套外包碳钢保护层，并在夹套
层配一导流管引流至纯碱吸收罐，用以观察泄漏量和及时排出腐蚀性气体。
停车后，全面检查了三通腐蚀情况，发现内三通已经腐蚀缺口，321内衬只在三通下部有少量残留，外部夹套也存在较严重的腐蚀。停车检修期间对三通进行了更换，并对新三通及变换炉进气加热器进出口管线增加了电伴热，提高粗合成气温度，避免三通内壁冷凝腐蚀减薄。三通腐蚀情况如图3。
图3
变换气出口三通腐蚀情况
2011年10月大检修期间，又对变换炉进气加
热器本体及其附属管道进行了检查，三通及管道部位还是有明显的腐蚀痕迹，换热管也查出有23根发生泄漏，部位在加热器壳程进口侧挡灰板附
近，部分管束明显腐蚀断裂，管束外表面积灰严重。换热管腐蚀情况如图4。
图4
变换炉进气加热器换热管腐蚀情况
3事故原因分析
3．1三通腐蚀减薄失效的原因
综合三通腐蚀减薄失效的情况，三通腐蚀减薄存在区域性的特点，减薄部位在调温副线（冷流体）与变换炉进气加热器壳程出口（热流体）交汇处———三通的下半部靠近调温副线侧。腐蚀减薄失效的主要原因如下：
1）上游装置来的粗合成气温度为160℃，改
造后粗合成气输送管道长度达到110m左右，为保证粗合成气温度，原设计采用480℃的中压蒸汽进行缠绕伴热，但伴热管与粗合成气管道接触空隙大，传热效率不高，粗合成气输送过程中热损大，到达变换炉进气加热器入口处时管道外壁温度仅有122℃，在此温度下管道内壁易产生湿H2S腐蚀。
2）三通部位为两种温度不同的气体混合区，
在混合区下部容易产生气旋，气旋造成粗合成气内的饱和水蒸气膨胀冷却而凝结，附着在三通下表面，同时吸附粗合成气中的H2S，在气旋区域产生H2S浓缩液，形成湿H2S腐蚀环境。
3）三通采用的材质为15CrMo，对湿H2S环境抗腐蚀能力较弱，设备投用后的2个月期间，平均腐蚀速率达0．4mm／d。另从设备结构上看，三通采
用“├”型安装形式，气体混合无缓冲，为气旋的形成提供了外部条件。
4）
由于上游煤气化装置的固体颗粒洗涤过滤
192
2013年第36卷
系统在此阶段损坏，过滤效果不佳，粗合成气中夹带大量煤灰等粉尘，并在气旋区域沉积，积垢吸收粗合成气中的饱和水及H2S，浓缩并形成垢下湿
更均匀，温度可控且稳定，因此有效提高了管道保温效果。开工前先开电加热器有助于提高变换炉进气加热器入口处气流温度，减少冷凝水的产生；开工过程中，电加热器能及时补偿并稳定管道内气体温度，避免气体输送过程中的热损失，有效降低湿H2S和Cl－腐蚀环境形成的可能性。
建议今后从以下方面继续进行改进，以期达到延长三通和加热器寿命的目的：
H2S腐蚀环境，而腐蚀产生的凹坑，更加剧了这种
腐蚀，形成恶性循环。
3．2
因
变换炉进气加热器换热管腐蚀穿孔的主要原
1）换热管腐蚀部位均位于管束与挡灰板的结
合部位，由于管束与挡灰板对气流的阻挡，极易产生局部紊流，形成局部低压区，开车初期气体温度不高，更容易产生冷凝水，同时气体中夹带的粉尘在管束与挡灰板的结合部位形成积灰，粗合成气中的Cl－与H2S浓缩在积灰中，对0Cr18Ni10Ti材质不锈钢换热管产生应力腐蚀，造成晶间和穿晶腐蚀，形成微裂纹，湿H2S也会加速换热管腐蚀［1］。
1）对容易产生气旋的区域进行内部抗腐蚀处
理。出口三通内部喷钛，能有效阻止气体对三通母材的腐蚀。喷涂层外部增加3mm的321材质内衬，对三通进行进一步的保护［2］。
2）改变三通结构形式。将现行的“├”型结构改为“Y”型结构，使气体混合平缓过渡，减少气旋
的形成，减少湿H2S腐蚀［3］。
2）加热器处于系统前端，直接与煤气化装置过来的粗合成气接触，虽然煤气化装置内有1套过滤装置，加热器前也有1个分离罐，但仍有一部
分粉尘进入到加热器内部。加热器为下进上出，内部有3处挡灰板，这种设计有利于粉尘的沉积，积灰不但影响换热器效率而且有助于腐蚀环境的形成。
3）改变加热器结构。采用立式“U”型管换热
器，使气体从下向上进入管程，让积灰沉积于封头底部。
4）采取措施减少粗合成气中粉尘的携带量。
可在系统前增加两组过滤器，对粗合成气中粉尘进行过滤，并定期切换清洗。
5）加强装置的维护与保养，减少非计划停车，
3）每年约有9次的非计划停车，停车后由于
为换热器的高效稳定运行创造好的外部条件。
湿H2S均匀腐蚀和Cl－应力腐蚀是煤化工的一个难题，要彻底解决该难题，确保装置安稳长满优运行，还需要做进一步探讨，提出更加可靠的解决方案。
参考文献
［1］［2］［3］
陆世英．不锈钢［M］．北京：原子能出版社，1995：45．小若正伦．金属的腐蚀破坏与防腐技术［M］．北京：化学工业出版社，1988：61．
肖纪美．应力作用下的金属腐蚀［M］．北京：化学工业出版社，1990：18．
温度降低环境较差，加速了管外壁的腐蚀。每次开车后都有管子穿孔，这从变换气出口CO含量可以判断出来。
4改进建议
如上所述，在检修期间，已经采取了一些措
施，也取得了一定效果。如更换了三通，在三通处加了内衬，并将蒸汽伴热改为电伴热，电伴热由于电热丝和管道接触紧密，产热量比中压蒸汽更大
CORROSIONONFEEDGASHEATEROFSHIFTCONVERTER
LiHudi，ZhouQunqun，LiHaigen
（SINOPECBalingBranch，Yueyang414000）
Abstract：Wethydrogensulfidewasfoundtobethemainfactortocausecorrosionontee－jointsand
heatexchangertubesinfeedgasheaterofCOshiftconverterincoalgasificationplant．Improvementsugges-tionswereproposed．
Keywords：shiftconverter；heater；tee－joint；exchangertube；corrosion
2013年6月第36卷第3
期
LargeScaleNitrogenousFertilizerIndustry
Jun.2013Vol.36No.3
变换炉进气加热器腐蚀原因探讨
李湖帝，周群群，李海根
（中国石化巴陵分公司化肥事业部，湖南岳阳414000）
摘要：针对煤气化装置变换炉进气加热器三通及换热管腐蚀失效的过程，分析腐蚀原因为湿硫化氢腐蚀造成，提出相应的改进建议。
关键词：变换炉
加热器
三通
换热管
腐蚀
1变换炉进气加热器概况
中国石化巴陵分公司煤气化装置变换单元采
表1
项目
设计压力／MPa
变换炉进气加热器参数
壳程
管程
用耐硫变换工艺，原工艺设计水气比较高、能耗大、催化剂寿命短，为延长催化剂使用寿命，减少中压蒸汽的消耗，同时降低变换炉出口CO含量，实现绿色低碳和清洁生产，于2010年6月对变换系统进行了低水气比改造，为满足改造及预变换炉入口温度要求，新增了1台变换炉进气加热器，利用2＃变换炉出口变换气为加热介质，同时设计调温副线，根据预变换炉催化剂活性调整预变换炉入口温度，以提高催化剂转化效率及使用寿命。工艺流程如图1。
4.13.7300160／238粗合成气
4.03.64475445／204变换气
最高工作压力／MPa设计温度／℃最高／低工作温度／℃介质
煤气化装置来的160℃、3．7MPa粗合成气，经粗合成气分离器分离出部分水蒸气和煤粉尘、碳黑等固体杂质后，气相分两路，一路进入到变换炉进气加热器壳程，另一路作为加热器壳程出口粗合成气调温副线使用；换热器管程介质为2＃变换炉出口269℃、3．64MPa的变换气，换热后管程出口温度为232℃；壳程粗合成气被加热到约200℃后进入预变换炉。粗合成气主要成分见表2。
表2
成分含量
粗合成气成分
H2S0.663
H223.9
体积分数，
％
N210.9
CO57.377
变换气中的CO和H2S的体积分数分别为
1．075％和0．411％，在粗合成气和变换气中均含有
图1
变换炉进气加热器工艺流程
少量饱和水蒸气。
变换炉进气加热器采用内浮头结构，结构简图见图2，其相关设计参数见表1。
2事故经过及处理措施
2010年9月25日，总控DCS显示变换单元
收稿日期：2012－12－04；收到修改稿日期：2013－04－01。作者简介：李湖帝，男，1985年8月出生，助理工程师，2009年毕业于湘潭大学过程装备与控制工程专业，本科学历，现在中国石化巴陵分公司化肥事业部从事设备管理工作。联系电话：
图2变换炉进气加热器结构
[1**********]；E－mail：lihudi1985＠126．com。
第3期李湖帝等.变换炉进气加热器腐蚀原因探讨
191
可燃气体泄漏报警，检查发现变换炉进气加热器壳侧出口三通处有气体泄漏，并伴有水蒸气冒出。紧急停车后检修发现，三通泄漏处呈明显的裂开状，裂缝两端明显错口，腐蚀区域严重减薄，壁厚由设计的25mm减薄至3～8mm，三通腐蚀部位均有块状沉积物附着。由于三通备件无法及时到货，采取在腐蚀区域内衬厚度为3mm的321板材方式进行处理，以避免腐蚀并保证强度，同时对该三通设立长期测厚监控点，监控使用。
2010年11月，变换炉进气加热器壳侧出口三
通在运行过程中又出现新的漏点，为避免装置非计划停车，实施泄漏点注胶带压堵漏。由于泄漏点在三通角焊缝处，普通的打胶方法无法实施，采用了一种创新型的打胶方法，彻底解决了粗合成气泄漏。同时为确保安全，在原胶卡外部加焊一层
304不锈钢夹套，夹套外包碳钢保护层，并在夹套
层配一导流管引流至纯碱吸收罐，用以观察泄漏量和及时排出腐蚀性气体。
停车后，全面检查了三通腐蚀情况，发现内三通已经腐蚀缺口，321内衬只在三通下部有少量残留，外部夹套也存在较严重的腐蚀。停车检修期间对三通进行了更换，并对新三通及变换炉进气加热器进出口管线增加了电伴热，提高粗合成气温度，避免三通内壁冷凝腐蚀减薄。三通腐蚀情况如图3。
图3
变换气出口三通腐蚀情况
2011年10月大检修期间，又对变换炉进气加
热器本体及其附属管道进行了检查，三通及管道部位还是有明显的腐蚀痕迹，换热管也查出有23根发生泄漏，部位在加热器壳程进口侧挡灰板附
近，部分管束明显腐蚀断裂，管束外表面积灰严重。换热管腐蚀情况如图4。
图4
变换炉进气加热器换热管腐蚀情况
3事故原因分析
3．1三通腐蚀减薄失效的原因
综合三通腐蚀减薄失效的情况，三通腐蚀减薄存在区域性的特点，减薄部位在调温副线（冷流体）与变换炉进气加热器壳程出口（热流体）交汇处———三通的下半部靠近调温副线侧。腐蚀减薄失效的主要原因如下：
1）上游装置来的粗合成气温度为160℃，改
造后粗合成气输送管道长度达到110m左右，为保证粗合成气温度，原设计采用480℃的中压蒸汽进行缠绕伴热，但伴热管与粗合成气管道接触空隙大，传热效率不高，粗合成气输送过程中热损大，到达变换炉进气加热器入口处时管道外壁温度仅有122℃，在此温度下管道内壁易产生湿H2S腐蚀。
2）三通部位为两种温度不同的气体混合区，
在混合区下部容易产生气旋，气旋造成粗合成气内的饱和水蒸气膨胀冷却而凝结，附着在三通下表面，同时吸附粗合成气中的H2S，在气旋区域产生H2S浓缩液，形成湿H2S腐蚀环境。
3）三通采用的材质为15CrMo，对湿H2S环境抗腐蚀能力较弱，设备投用后的2个月期间，平均腐蚀速率达0．4mm／d。另从设备结构上看，三通采
用“├”型安装形式，气体混合无缓冲，为气旋的形成提供了外部条件。
4）
由于上游煤气化装置的固体颗粒洗涤过滤
192
2013年第36卷
系统在此阶段损坏，过滤效果不佳，粗合成气中夹带大量煤灰等粉尘，并在气旋区域沉积，积垢吸收粗合成气中的饱和水及H2S，浓缩并形成垢下湿
更均匀，温度可控且稳定，因此有效提高了管道保温效果。开工前先开电加热器有助于提高变换炉进气加热器入口处气流温度，减少冷凝水的产生；开工过程中，电加热器能及时补偿并稳定管道内气体温度，避免气体输送过程中的热损失，有效降低湿H2S和Cl－腐蚀环境形成的可能性。
建议今后从以下方面继续进行改进，以期达到延长三通和加热器寿命的目的：
H2S腐蚀环境，而腐蚀产生的凹坑，更加剧了这种
腐蚀，形成恶性循环。
3．2
因
变换炉进气加热器换热管腐蚀穿孔的主要原
1）换热管腐蚀部位均位于管束与挡灰板的结
合部位，由于管束与挡灰板对气流的阻挡，极易产生局部紊流，形成局部低压区，开车初期气体温度不高，更容易产生冷凝水，同时气体中夹带的粉尘在管束与挡灰板的结合部位形成积灰，粗合成气中的Cl－与H2S浓缩在积灰中，对0Cr18Ni10Ti材质不锈钢换热管产生应力腐蚀，造成晶间和穿晶腐蚀，形成微裂纹，湿H2S也会加速换热管腐蚀［1］。
1）对容易产生气旋的区域进行内部抗腐蚀处
理。出口三通内部喷钛，能有效阻止气体对三通母材的腐蚀。喷涂层外部增加3mm的321材质内衬，对三通进行进一步的保护［2］。
2）改变三通结构形式。将现行的“├”型结构改为“Y”型结构，使气体混合平缓过渡，减少气旋
的形成，减少湿H2S腐蚀［3］。
2）加热器处于系统前端，直接与煤气化装置过来的粗合成气接触，虽然煤气化装置内有1套过滤装置，加热器前也有1个分离罐，但仍有一部
分粉尘进入到加热器内部。加热器为下进上出，内部有3处挡灰板，这种设计有利于粉尘的沉积，积灰不但影响换热器效率而且有助于腐蚀环境的形成。
3）改变加热器结构。采用立式“U”型管换热
器，使气体从下向上进入管程，让积灰沉积于封头底部。
4）采取措施减少粗合成气中粉尘的携带量。
可在系统前增加两组过滤器，对粗合成气中粉尘进行过滤，并定期切换清洗。
5）加强装置的维护与保养，减少非计划停车，
3）每年约有9次的非计划停车，停车后由于
为换热器的高效稳定运行创造好的外部条件。
湿H2S均匀腐蚀和Cl－应力腐蚀是煤化工的一个难题，要彻底解决该难题，确保装置安稳长满优运行，还需要做进一步探讨，提出更加可靠的解决方案。
参考文献
［1］［2］［3］
陆世英．不锈钢［M］．北京：原子能出版社，1995：45．小若正伦．金属的腐蚀破坏与防腐技术［M］．北京：化学工业出版社，1988：61．
肖纪美．应力作用下的金属腐蚀［M］．北京：化学工业出版社，1990：18．
温度降低环境较差，加速了管外壁的腐蚀。每次开车后都有管子穿孔，这从变换气出口CO含量可以判断出来。
4改进建议
如上所述，在检修期间，已经采取了一些措
施，也取得了一定效果。如更换了三通，在三通处加了内衬，并将蒸汽伴热改为电伴热，电伴热由于电热丝和管道接触紧密，产热量比中压蒸汽更大
CORROSIONONFEEDGASHEATEROFSHIFTCONVERTER
LiHudi，ZhouQunqun，LiHaigen
（SINOPECBalingBranch，Yueyang414000）
Abstract：Wethydrogensulfidewasfoundtobethemainfactortocausecorrosionontee－jointsand
heatexchangertubesinfeedgasheaterofCOshiftconverterincoalgasificationplant．Improvementsugges-tionswereproposed．
Keywords：shiftconverter；heater；tee－joint；exchangertube；corrosion