Page 77 - 理化检验-物理分册2025年第五期
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马星远，等：天然气净化装置换热器泄漏原因
最后一块折流板后流向N5口，折流板与管板相对区
表2 换热管外壁垢物化学成分 %
元素 质量分数 域近似于盲区，越接近顶部，气体流动性越小。介质
Fe 44.6 中的固体颗粒物等杂质受介质压力、流速的影响向
O 44.7 上漂浮至换热器顶部，受顶部壳体的阻隔作用，固体
颗粒物发生紊流、流速变慢，继而导致颗粒物在下降
S 3.3
的过程中不断附着在换热管上侧。
C 7.5
采用流体模拟计算方法对换热器进行建模计
质量不是换热管腐蚀泄漏的主要原因。
算，设定壳程进口介质流速为1 m/s，计算结果表明，
深入了解该厂天然气的处理工艺后，可知该换
壳程最大流速位于出口，流速为2.84 m/s，每道折流
热器介质之前经历了预处理、脱水和脱硫等，脱硫 板后均存在滞止区，但壳程出口上部滞止区域尺寸
后的天然气组分仍较为复杂，以甲烷为主，同时含有 较大，且靠近壳程上表面部位有涡流，该区域易发生
CO 2 、H 2 S和少量的水气、固体颗粒等。介质自N4口 介质沉积（见图6）。这与换热器的宏观观察结果极
进入换热器，受折流板的影响曲折流动，由N5口向 度吻合，43根漏管位于上部换热器顶部，该区域刚好
下进入另一台换热器。值得注意的是，该换热器设 为最后一个折流板与管板之间的上部，且换热管上
计采用的是左右方向的单弓型折流板，当介质流经 侧附着垢物较下侧多。
图 6 换热管介质流体模拟结果
另外，换热器管束间距较小，阻碍了壳程介质的 垢层发生破裂，介质中的氧气迅速进入垢层，加速了
流动，变相地促进了管壁垢物的附着、沉积。 腐蚀的发生 [5-11] 。
换热器正常运行时温度约为70 ℃，依据水的饱
3 结语和建议
和蒸气压力表，水的饱和蒸气压力为31 156.88 Pa，
壳程介质中固体颗粒沉积，少量的H 2 S、CO 2 、
而该换热器操作压力为5.16 MPa，此时介质中的水
水气是换热管发生垢下腐蚀的直接原因；左右方向
将以液相形式存在。水汽吸附在管壁，垢物层一直
的单工型折流板设计使换热管端部形成盲区，介
处于潮湿状态，形成闭塞腐蚀电池。介质在金属表
质流速变慢，是换热管穿孔泄漏的根本原因。为
面的流动和电介质的扩散受到垢物的限制，闭塞区
域腐蚀体系内的电解质难以与外界的介质进行对流 了避免换热器管壁形成沉积，若有结垢情况出
和扩散，造成闭塞空腔内介质的化学成分与整体介 现，应进行结垢倾向评估，及时除垢，并制定防垢
质有很大差别，且闭塞区域不含氧气。另外，因介质 措施。
中存在CO 2 、H 2 S，较外部环境，空腔内介质的pH降 参考文献：
低，产生局部酸性区域，导致垢下金属的电极电位下
降。垢下封闭区金属为阳极，阳极反应为金属的溶 [1] 陈增，李宝宏，李胜军．管壳式换热器的研究进展与方
解和水解 [3-4] 。阳极反应为Fe→Fe +2e，阴极反应 向[J]．内蒙古石油化工，2005，31（8）：85-87．
2+
[2] 张屹．双管板换热器的设计及应用[J]．石油和化工设
为2H +2e→H 2 。
+
备，2019，22（8）：28-32．
+
金属离子的水解作用导致H 活度增加，使垢下
[3] 庞琳．油气田碳钢管线的垢下腐蚀机理与防护对策研
介质的pH进一步降低，腐蚀反应动力增加，加速了 究[D]．合肥：中国科学技术大学，2021．
金属的腐蚀。另外，H 2 S气氛不仅可以降低介质的 [4] 徐振东，李文涛，杨中娜，等．某油田注水井油管腐蚀
pH，还可使腐蚀产物破裂、溶解，随着腐蚀的进行， （下转第82页）
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