碳化钽粉检测机构

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空气冷却器 （空冷器） 是渣油加氢过程中的重要设备，会承受流体劣质化、工况苛刻化、长周期甚至超负荷运行的考验。空冷器及相关管道的腐蚀损伤显着地影响加氢过程的安全稳定运行。空冷器管束的失效形式较多，其中管子是常见的失效部件，通常与流体的流动状态、流体的腐蚀性有关，特别是在空冷器管束的进口端腐蚀严重，主要的腐蚀形式为冲刷腐蚀。

冲刷腐蚀是金属表面与腐蚀性流体之间由于高速相对运动而产生的金属损坏现象，是冲刷磨损和电化学腐蚀交互作用的结果[2]。冲刷腐蚀过程影响因素众多，主要有固体颗粒的含量、直径、冲击速度、冲击角度、与基材的相对硬度、冲击频度以及流体介质的性质、流速[8,9,10]、流态等。按冲刷腐蚀所涉及的介质种类的不同，可以把冲刷腐蚀分为3类：单相流、两相流、多相流冲刷腐蚀[3,11,12,13]。单相流冲刷腐蚀是由高速流动的单相腐蚀流体造成的，涉及的工业设备主要是输送高纯度的腐蚀性液体的过流部件；两相流冲刷腐蚀是常遇到的，工业背景十分普遍，它还可以进一步细分为气/液、气/固、液/固等几种类型；多相流冲刷腐蚀是由气/液/固等组成的多相流引起的，其过程较复杂，工业背景较普遍。

偶国富等[14,采用数值模拟研究了空冷器内气/液两相流动及换热情况，表明排管束发生冲刷腐蚀的可能性，上排冲刷腐蚀的位置主要集中在正对法兰出口及管箱两侧的管束，下排冲刷腐蚀的位置主要集中在正对法兰出口的管束。Sun等[16]利用数值模拟与实验相结合的方法研究了空冷器处理含铵盐物系的冲刷腐蚀现象，表明空冷器排管束发生了严重的冲刷腐蚀，且腐蚀位置主要在距离管束进口5.8 m处，该处水相比率且NH4HS的浓度。Valeh-E-Sheyda等[17]采用化学分析法、失重法、电化学法和涡流法测定腐蚀产物和腐蚀速率，并数值模拟了空冷器内部管束冲刷腐蚀状况，表明冲刷腐蚀是由于快速旋转流动而引起管束进口处湍动能变大而导致的。上述研究仅对空冷器内冲刷腐蚀的位置进行了模拟，但并未对空冷器内部冲刷腐蚀的数量以及冲刷-腐蚀的交互作用进行分析，故而难以全面理解空冷器内部管束冲刷腐蚀的现象。

本文以某石化厂渣油加氢装置分馏塔顶空冷器为研究对象，基于现场生产过程实际腐蚀状况，采用数值模拟对空冷器内部气/液两相流动与传热进行模拟，通过空冷器管束内部流动状况确定冲刷腐蚀位置及其腐蚀程度，并与实际腐蚀情形作对比。进而考察空冷器结构变化对空冷器管束内流体动力学参数分布规律的影响，目的在于优化空冷器结构，提高空冷器长期运行的可靠性。

1 冲刷腐蚀模型

 

冲刷腐蚀模型可分为电化学腐蚀模型和机械冲刷模型，由机械磨损和电化学腐蚀的交互作用引起的金属材料的腐蚀速率大于两者单独作用时的腐蚀速率之和。文献研究表明，冲刷腐蚀速率KEC可表示为：

 

其中，KEC为总的冲刷-腐蚀速率，kg·m-2·s-1；KC是在冲刷情况下的腐蚀速率，kg·m-2·s-1；KCO是纯腐蚀速率，kg·m-2·s-1；KE是在腐蚀情况下的冲刷速率，kg·m-2·s-1；KEO是纯冲刷速率，kg·m-2·s-1；ΔKC?KC是冲刷协同效应影响的腐蚀速率，kg·m-2·s-1；ΔKE?KE是腐蚀协同效应影响的冲刷速率，kg·m-2·s-1。

针对冲刷腐蚀过程，可区分为如下4个腐蚀过程[19]，即：KCKE<0.1KCKE<0.1时，冲刷占主导；0.1≤KCKE<10.1≤KCKE<1时，冲刷-腐蚀占主导；1≤KCKE<101≤KCKE<10时，腐蚀-冲刷占主导；KCKE≥10KCKE≥10时，腐蚀占主导。

1.1 电化学腐蚀模型

 

首先，H2S溶解在水中，电离出H+，HS-和S2-，然后溶解有H2S的液滴撞击金属壁面，在金属壁面表面形成一层水膜，金属壁面为阳极，阳极金属表面失去电子生成的Fe2+与水膜中的HS-和S2-结合生成FeS和FeS2，FeS和FeS2在金属壁面形成一层腐蚀产物膜，该腐蚀产物膜可保护金属进一步被氧化腐蚀。

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