??? (1)腐蝕部位集中在下管板和下管板之上500mm段的所有列管。
??? (2)從外觀上看，下管板及其以上500mm列管均已失去了原有的不銹鋼金屬光澤而變成了黑褐色，且表面有大量不規(guī)則的粗裂紋。尤其是在下管板的上方250mm處的列管已經(jīng)完全失去了鋼的韌性，大部分列管在此部位被拉斷，且管子表面布滿沿經(jīng)向分布的裂紋，輕敲此處管子就會(huì)破裂。
??? (3)被腐蝕的斷面均呈黑青色，這說(shuō)明已經(jīng)是深度化學(xué)腐蝕，而非通常意義上的表面化學(xué)腐蝕。
??? (4)沿列管由下往上，列管同一截面上被腐蝕的程度呈現(xiàn)出管內(nèi)大于管外的趨勢(shì)，而沿列管的軸向自下往上的腐蝕程度則依次呈重度、輕度、點(diǎn)蝕(孔蝕)再到正常的漸進(jìn)趨勢(shì)。由此可以看出，甲交列管腐蝕過(guò)程是由下而上和由管內(nèi)至管外進(jìn)行的，腐蝕的活性物質(zhì)應(yīng)來(lái)自管內(nèi)的半水煤氣。
??? (5)殼體及封頭部位的腐蝕情況尚在正常范圍內(nèi)。

??? 2　甲交腐蝕原因分析
??? 2.1　腐蝕原因的大致定性
甲交損壞后進(jìn)行了解體，從各方面情況綜合分析，可以作如下判斷:(1)可以排除單純的應(yīng)力破壞，因?yàn)椴豢赡軐?dǎo)致材料化學(xué)性質(zhì)的變化。(2)可以排除半水煤氣氣體介質(zhì)中酸性氣體組份對(duì)金屬表面產(chǎn)生氧化-還原反應(yīng)造成的電化腐蝕的破壞。因?yàn)樵诩捉贿\(yùn)行的環(huán)境中，難以發(fā)生單質(zhì)鐵與這2種酸性氣體形成的酸進(jìn)行置換反應(yīng)，這一反應(yīng)即使存在也應(yīng)屬于電偶腐蝕，即作為陰極的碳鋼殼體和碳鋼封頭被腐蝕，而不會(huì)是作為陽(yáng)極的具有致密氧化膜保護(hù)的不銹鋼列管和不銹鋼管板遭腐蝕。(3)應(yīng)該是電化腐蝕和應(yīng)力腐蝕同時(shí)作用的結(jié)果。
??? 2.2“氯脆”是不銹鋼芯甲交損壞的主因
??? 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察并綜合甲交運(yùn)行環(huán)境、不銹鋼的適用條件等分析，認(rèn)為這次甲交損壞完全符合鐵素體不銹鋼及奧氏體不銹鋼的“氯脆”腐蝕而產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕破裂的3個(gè)特征。(1)環(huán)境特征。鐵素體不銹鋼(Fe-Cr-C)或奧氏體不銹鋼(Fe-Cr-Ni-C)發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂的環(huán)境條件是有氯離子或氯化物+蒸汽、溫度>70℃。生產(chǎn)過(guò)程中不但溫度達(dá)200℃以上，而且還是高濃度的氯化物和水蒸氣同時(shí)存在，從而使不銹鋼遭受氯腐蝕速度加劇。(2)應(yīng)力特征。拉應(yīng)力是應(yīng)力破裂的首要前提，而甲交列管內(nèi)外壓差只有0.3MPa，其對(duì)列管的應(yīng)力破壞很小，拉應(yīng)力應(yīng)來(lái)自半水煤氣帶水(水溫<130℃)或者是半水煤氣溫度驟然降低，下管板和列管突然收縮而產(chǎn)生強(qiáng)大的拉應(yīng)力，殼體上的膨脹節(jié)不能迅速補(bǔ)償，致使甲交下管板和列管產(chǎn)生疲勞裂紋。這種裂紋的出現(xiàn)不僅降低了材料的強(qiáng)度，更主要的是破壞了材料表面的氧化(鈍化)膜，為活性物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)腐蝕創(chuàng)造了條件。(3)開(kāi)裂形式特征。應(yīng)力破裂的裂紋通常垂直于拉應(yīng)力的作用方向，從外觀上看，甲交被腐蝕部位的粗裂紋正好與拉應(yīng)力方向垂直。依據(jù)以上特征分析，可以認(rèn)為是不銹鋼發(fā)生了“氯脆”過(guò)程和應(yīng)力腐蝕破裂，最終造成換熱器損壞
??? 2.3　Cl^-對(duì)不銹鋼的腐蝕
??? 當(dāng)介質(zhì)中存在Cl-等活性離子時(shí)，Cl^-可在不銹鋼的某些脆弱區(qū)域(裂紋處)逐步置換不銹鋼鈍化膜(金屬氧化物)中的氧并轉(zhuǎn)變成可溶性金屬氯化物。受到面部破壞的和周圍仍處于鈍化狀態(tài)的區(qū)域與陰極相連接，形成了大陰極小陽(yáng)極的腐蝕電池，加劇了微陽(yáng)極的腐蝕溶解。同時(shí)由于微陽(yáng)極周圍都是鈍化膜，腐蝕只能縱向深入，造成具有局部性質(zhì)的孔蝕。在甲交的運(yùn)行環(huán)境中，當(dāng)列管和下花板遭有強(qiáng)大拉應(yīng)力作用而材料表面產(chǎn)生深度裂紋時(shí)，其表面的氧化膜遭到破壞，“新鮮”的金屬面暴露在半水煤氣介質(zhì)中，失去了氧化膜保護(hù)的金屬原子，尤其是鐵原子，在高溫條件下會(huì)立即被半水煤氣中所含的O2氧化成金屬氧化物，隨即金屬氧化物中的氧原子又迅速被Cl^-所置換，轉(zhuǎn)化成可溶性的金屬氯化物。整個(gè)腐蝕步驟大致如下:第一步拉應(yīng)力造成原始氧化膜損壞；第二步氧化膜被氯化(2MeO+4Cl^-=2MeCl₂+O₂+4e);第三步鐵原子被氧化(2Fe+O₂=2FeO);第四步FeO被轉(zhuǎn)化成可溶性的FeCl₂(2FeO+4Cl^-=2FeCl₂+O₂+4e)。
??? 2.4　Cl^-的來(lái)源
??? 由圖2可知，Cl^-來(lái)自飽和熱水塔的循環(huán)軟水，而軟水是通過(guò)自來(lái)水經(jīng)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂軟化獲得，其軟化過(guò)程會(huì)造成軟水含有一定量的Cl^-。在飽和塔中，來(lái)自熱水塔的軟水將半水煤氣加熱、加濕，液相中Cl^-被濃縮，整個(gè)系統(tǒng)中存在Cl^-。
??? 2.5　Cl^-進(jìn)入甲交的途徑
??? 流程中的飽和塔為 1400mm的波紋篩板塔。近年來(lái)，隨著生產(chǎn)負(fù)荷的不斷提高，飽和塔的空速幾乎接近了泛點(diǎn)氣速，造成飽和塔出口半水煤氣有可能經(jīng)常性帶出含氯水沫。另外，由于捕沫器、汽水分離器、蒸汽混合器等設(shè)備不太完善，使半水煤氣很容易將夾帶有Cl-的水沫直接帶入換熱器。
??? 2.6　腐蝕部位的分析
??? 當(dāng)含有一定量Cl-的水沫隨半水煤氣進(jìn)入甲交下封頭后，部分水沫立即與下管板發(fā)生撞擊，其余的水沫繼續(xù)隨氣流進(jìn)入列管，并碰撞管壁。碰撞到下管板和列管下端管壁上的水沫立即被加熱，水分被蒸發(fā)，Cl^-被濃縮，伴隨著這一短暫傳熱傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行的同時(shí)，在高溫條件(管壁溫度在250℃以上)高濃度的Cl-與不銹鋼中的金屬氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成金屬氯化物，使不銹鋼變性。這就是甲交下管板及其上部的列管被Cl-腐蝕的原因。從腐蝕部位剝?nèi)〉臉悠贩治鼋Y(jié)果看，列管內(nèi)壁粉狀物中含氯>8.2%，不僅證實(shí)了系統(tǒng)中氯元素的存在，而且含量很高。

??? 3　結(jié)語(yǔ)
??? 綜上所述，該甲交的損壞是“氯脆”及應(yīng)力腐蝕所造成。而合成氨變換工序的換熱器(甲交)的運(yùn)行大都面臨如下惡劣環(huán)境:(1)冷介質(zhì)溫度波動(dòng)大，換熱器長(zhǎng)期處在較大的交變應(yīng)力下運(yùn)行。(2)冷介質(zhì)容易夾帶含氯水沫。(3)熱介質(zhì)可能處在露點(diǎn)狀態(tài)。(4)介質(zhì)氣中含有形成化學(xué)電池液的酸性氣體CO₂、H₂S。(5)介質(zhì)氣中含有O₂(氧化劑)，腐蝕過(guò)程的氧化-還原反應(yīng)因此得以連續(xù)進(jìn)行。因?yàn)樯鲜鰪?fù)雜而多變的原因，各合成氨廠變換換熱器的損壞大多很頻繁。因此采取科學(xué)的防護(hù)措施，不但可節(jié)約設(shè)備投資，還會(huì)為生產(chǎn)贏得寶貴的時(shí)間。
??? 為此，近幾年來(lái)圍繞變換換熱器的安全運(yùn)行進(jìn)行了如下有效防護(hù):(1)加強(qiáng)和改進(jìn)了軟水處理工藝，確保軟水品質(zhì)。(2)提高水蒸氣品質(zhì)，降低蒸汽含氯量。(3)只向變換系統(tǒng)添加不含氯的蒸汽冷凝液。(4)完善變換工序的流程配置，恢復(fù)了飽和塔的捕沫器、增設(shè)換熱器前的半水煤氣汽水分離器。(5)2004年4月更新了1臺(tái)雙管程浮頭式管板換熱器。總之，通過(guò)上述改造和防護(hù)，2年來(lái)的運(yùn)行效果比較理想。