碳化鉭粉檢測(cè)機(jī)構(gòu)

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空氣冷卻器 （空冷器） 是渣油加氫過(guò)程中的重要設(shè)備，會(huì)承受流體劣質(zhì)化、工況苛刻化、長(zhǎng)周期甚至超負(fù)荷運(yùn)行的考驗(yàn)。空冷器及相關(guān)管道的腐蝕損傷顯著地影響加氫過(guò)程的安全穩(wěn)定運(yùn)行。空冷器管束的失效形式較多，其中管子是常見(jiàn)的失效部件，通常與流體的流動(dòng)狀態(tài)、流體的腐蝕性有關(guān)，特別是在空冷器管束的進(jìn)口端腐蝕嚴(yán)重，主要的腐蝕形式為沖刷腐蝕。

沖刷腐蝕是金屬表面與腐蝕性流體之間由于高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的金屬損壞現(xiàn)象，是沖刷磨損和電化學(xué)腐蝕交互作用的結(jié)果[2]。沖刷腐蝕過(guò)程影響因素眾多，主要有固體顆粒的含量、直徑、沖擊速度、沖擊角度、與基材的相對(duì)硬度、沖擊頻度以及流體介質(zhì)的性質(zhì)、流速[8,9,10]、流態(tài)等。按沖刷腐蝕所涉及的介質(zhì)種類的不同，可以把沖刷腐蝕分為3類：?jiǎn)蜗嗔鳌上嗔鳌⒍嘞嗔鳑_刷腐蝕[3,11,12,13]。單相流沖刷腐蝕是由高速流動(dòng)的單相腐蝕流體造成的，涉及的工業(yè)設(shè)備主要是輸送高純度的腐蝕性液體的過(guò)流部件；兩相流沖刷腐蝕是常遇到的，工業(yè)背景十分普遍，它還可以進(jìn)一步細(xì)分為氣/液、氣/固、液/固等幾種類型；多相流沖刷腐蝕是由氣/液/固等組成的多相流引起的，其過(guò)程較復(fù)雜，工業(yè)背景較普遍。

偶國(guó)富等[14,采用數(shù)值模擬研究了空冷器內(nèi)氣/液兩相流動(dòng)及換熱情況，表明排管束發(fā)生沖刷腐蝕的可能性，上排沖刷腐蝕的位置主要集中在正對(duì)法蘭出口及管箱兩側(cè)的管束，下排沖刷腐蝕的位置主要集中在正對(duì)法蘭出口的管束。Sun等[16]利用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法研究了空冷器處理含銨鹽物系的沖刷腐蝕現(xiàn)象，表明空冷器排管束發(fā)生了嚴(yán)重的沖刷腐蝕，且腐蝕位置主要在距離管束進(jìn)口5.8 m處，該處水相比率且NH4HS的濃度。Valeh-E-Sheyda等[17]采用化學(xué)分析法、失重法、電化學(xué)法和渦流法測(cè)定腐蝕產(chǎn)物和腐蝕速率，并數(shù)值模擬了空冷器內(nèi)部管束沖刷腐蝕狀況，表明沖刷腐蝕是由于快速旋轉(zhuǎn)流動(dòng)而引起管束進(jìn)口處湍動(dòng)能變大而導(dǎo)致的。上述研究?jī)H對(duì)空冷器內(nèi)沖刷腐蝕的位置進(jìn)行了模擬，但并未對(duì)空冷器內(nèi)部沖刷腐蝕的數(shù)量以及沖刷-腐蝕的交互作用進(jìn)行分析，故而難以全面理解空冷器內(nèi)部管束沖刷腐蝕的現(xiàn)象。

本文以某石化廠渣油加氫裝置分餾塔頂空冷器為研究對(duì)象，基于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)際腐蝕狀況，采用數(shù)值模擬對(duì)空冷器內(nèi)部氣/液兩相流動(dòng)與傳熱進(jìn)行模擬，通過(guò)空冷器管束內(nèi)部流動(dòng)狀況確定沖刷腐蝕位置及其腐蝕程度，并與實(shí)際腐蝕情形作對(duì)比。進(jìn)而考察空冷器結(jié)構(gòu)變化對(duì)空冷器管束內(nèi)流體動(dòng)力學(xué)參數(shù)分布規(guī)律的影響，目的在于優(yōu)化空冷器結(jié)構(gòu)，提高空冷器長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性。

1 沖刷腐蝕模型

 

沖刷腐蝕模型可分為電化學(xué)腐蝕模型和機(jī)械沖刷模型，由機(jī)械磨損和電化學(xué)腐蝕的交互作用引起的金屬材料的腐蝕速率大于兩者單獨(dú)作用時(shí)的腐蝕速率之和。文獻(xiàn)研究表明，沖刷腐蝕速率KEC可表示為：

 

其中，KEC為總的沖刷-腐蝕速率，kg·m-2·s-1；KC是在沖刷情況下的腐蝕速率，kg·m-2·s-1；KCO是純腐蝕速率，kg·m-2·s-1；KE是在腐蝕情況下的沖刷速率，kg·m-2·s-1；KEO是純沖刷速率，kg·m-2·s-1；ΔKC?KC是沖刷協(xié)同效應(yīng)影響的腐蝕速率，kg·m-2·s-1；ΔKE?KE是腐蝕協(xié)同效應(yīng)影響的沖刷速率，kg·m-2·s-1。

針對(duì)沖刷腐蝕過(guò)程，可區(qū)分為如下4個(gè)腐蝕過(guò)程[19]，即：KCKE<0.1KCKE<0.1時(shí)，沖刷占主導(dǎo)；0.1≤KCKE<10.1≤KCKE<1時(shí)，沖刷-腐蝕占主導(dǎo)；1≤KCKE<101≤KCKE<10時(shí)，腐蝕-沖刷占主導(dǎo)；KCKE≥10KCKE≥10時(shí)，腐蝕占主導(dǎo)。

1.1 電化學(xué)腐蝕模型

 

首先，H2S溶解在水中，電離出H+，HS-和S2-，然后溶解有H2S的液滴撞擊金屬壁面，在金屬壁面表面形成一層水膜，金屬壁面為陽(yáng)極，陽(yáng)極金屬表面失去電子生成的Fe2+與水膜中的HS-和S2-結(jié)合生成FeS和FeS2，F(xiàn)eS和FeS2在金屬壁面形成一層腐蝕產(chǎn)物膜，該腐蝕產(chǎn)物膜可保護(hù)金屬進(jìn)一步被氧化腐蝕。

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