碳化鉭粉檢測機構

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空氣冷卻器 （空冷器） 是渣油加氫過程中的重要設備，會承受流體劣質化、工況苛刻化、長周期甚至超負荷運行的考驗。空冷器及相關管道的腐蝕損傷顯著地影響加氫過程的安全穩定運行。空冷器管束的失效形式較多，其中管子是常見的失效部件，通常與流體的流動狀態、流體的腐蝕性有關，特別是在空冷器管束的進口端腐蝕嚴重，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運動而產生的金屬損壞現象，是沖刷磨損和電化學腐蝕交互作用的結果[2]。沖刷腐蝕過程影響因素眾多，主要有固體顆粒的含量、直徑、沖擊速度、沖擊角度、與基材的相對硬度、沖擊頻度以及流體介質的性質、流速[8,9,10]、流態等。按沖刷腐蝕所涉及的介質種類的不同，可以把沖刷腐蝕分為3類：單相流、兩相流、多相流沖刷腐蝕[3,11,12,13]。單相流沖刷腐蝕是由高速流動的單相腐蝕流體造成的，涉及的工業設備主要是輸送高純度的腐蝕性液體的過流部件；兩相流沖刷腐蝕是常遇到的，工業背景十分普遍，它還可以進一步細分為氣/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，其過程較復雜，工業背景較普遍。

偶國富等[14,采用數值模擬研究了空冷器內氣/液兩相流動及換熱情況，表明排管束發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法蘭出口及管箱兩側的管束，下排沖刷腐蝕的位置主要集中在正對法蘭出口的管束。Sun等[16]利用數值模擬與實驗相結合的方法研究了空冷器處理含銨鹽物系的沖刷腐蝕現象，表明空冷器排管束發生了嚴重的沖刷腐蝕，且腐蝕位置主要在距離管束進口5.8 m處，該處水相比率且NH4HS的濃度。Valeh-E-Sheyda等[17]采用化學分析法、失重法、電化學法和渦流法測定腐蝕產物和腐蝕速率，并數值模擬了空冷器內部管束沖刷腐蝕狀況，表明沖刷腐蝕是由于快速旋轉流動而引起管束進口處湍動能變大而導致的。上述研究僅對空冷器內沖刷腐蝕的位置進行了模擬，但并未對空冷器內部沖刷腐蝕的數量以及沖刷-腐蝕的交互作用進行分析，故而難以全面理解空冷器內部管束沖刷腐蝕的現象。

本文以某石化廠渣油加氫裝置分餾塔頂空冷器為研究對象，基于現場生產過程實際腐蝕狀況，采用數值模擬對空冷器內部氣/液兩相流動與傳熱進行模擬，通過空冷器管束內部流動狀況確定沖刷腐蝕位置及其腐蝕程度，并與實際腐蝕情形作對比。進而考察空冷器結構變化對空冷器管束內流體動力學參數分布規律的影響，目的在于優化空冷器結構，提高空冷器長期運行的可靠性。

1 沖刷腐蝕模型

 

沖刷腐蝕模型可分為電化學腐蝕模型和機械沖刷模型，由機械磨損和電化學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作用時的腐蝕速率之和。文獻研究表明，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是沖刷協同效應影響的腐蝕速率，kg·m-2·s-1；ΔKE?KE是腐蝕協同效應影響的沖刷速率，kg·m-2·s-1。

針對沖刷腐蝕過程，可區分為如下4個腐蝕過程[19]，即：KCKE<0.1KCKE<0.1時，沖刷占主導；0.1≤KCKE<10.1≤KCKE<1時，沖刷-腐蝕占主導；1≤KCKE<101≤KCKE<10時，腐蝕-沖刷占主導；KCKE≥10KCKE≥10時，腐蝕占主導。

1.1 電化學腐蝕模型

 

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，金屬壁面為陽極，陽極金屬表面失去電子生成的Fe2+與水膜中的HS-和S2-結合生成FeS和FeS2，FeS和FeS2在金屬壁面形成一層腐蝕產物膜，該腐蝕產物膜可保護金屬進一步被氧化腐蝕。

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