污水汽提裝置富氨氣系統(tǒng)腐蝕原因及對策

周 威，花 飛，龔朝兵，蔣大偉

(中海油煉化公司惠州煉化分公司，廣東 惠州 516086)

中海油惠州煉油分公司(以下簡稱惠煉)含硫污水汽提裝置分為加氫型和非加氫型兩個系列，共用一套氨精制系統(tǒng);Ⅰ系列加工能力150 t/h，處理來自常減壓蒸餾裝置、催化裂化裝置、焦化裝置的酸性水。Ⅱ系列加工能力150 t/h，處理來自高壓加氫裂化裝置、中壓加氫裂化裝置、汽柴油加氫精制裝置、重整預加氫、硫黃回收裝置、脫硫裝置排放的酸性水。裝置采用雙塔汽提工藝，硫化氫塔頂富含H2S的酸性氣送至硫黃回收裝置，脫氨塔頂?shù)母籒H3氣體經(jīng)兩級定壓定溫冷凝、結(jié)晶、脫硫劑精制脫除H2S后，經(jīng)壓縮冷凝成液氨送出裝置。

惠煉污水汽提裝置于2009年開車成功后，脫硫塔、脫氨塔操作正常，兩列凈化水滿足公司質(zhì)量指標要求，Ⅱ系列的凈化水已經(jīng)完全達到了設(shè)計指標。

1 富氨氣系統(tǒng)腐蝕

污水汽提裝置運行1年半后，脫氨塔頂富氨氣系統(tǒng)呈現(xiàn)較為嚴重的腐蝕情況，主要表現(xiàn)為富氨氣系統(tǒng)管線減薄穿孔、脫氨塔頂空氣冷卻器(A201)翅片管漏、富氨氣水冷器(E205)管程(富氨氣)沖刷及硫化氫腐蝕，富氨氣氨冷卻器(E207)管束腐蝕泄漏[1]。圖1為富氨氣系統(tǒng)流程示意圖，紅線為腐蝕嚴重的富氨氣管道，藍色顯示為腐蝕嚴重的換熱設(shè)備。

1.1 管道腐蝕

圖1 富氨氣系統(tǒng)流程示意Fig.1 Corrosion location of rich ammonia system

2011年6月對富氨氣系統(tǒng)管道進行測厚，設(shè)置臨時監(jiān)測點261處，其中有43處監(jiān)測點所測得的數(shù)據(jù)與設(shè)計厚度相比，偏差大于15%，最高減薄近50%。污水汽提裝置Ⅱ系列富氨氣管線彎頭因腐蝕減薄而泄漏(見圖2～3)。

富氨氣系統(tǒng)管道腐蝕主要原因為沖刷腐蝕。腐蝕性介質(zhì)主要有:H2S，NH3，CO2，CN－以及NH4HS，NH4HCO3。管道內(nèi)富氨氣氣液兩相存在，介質(zhì)流速高于設(shè)計管道流速。從核算情況來看，Ⅰ系列和Ⅱ系列的脫氨塔頂富氨氣系統(tǒng)均在原設(shè)計的1.2～2.0倍負荷下操作。Ⅱ系列腐蝕相對較嚴重，表1列出了Ⅱ系列富氨氣管道介質(zhì)流速核算情況。由于富氨氣流速設(shè)計過高，導致沖刷穿孔，加之空氣冷卻器之后存在著冷凝酸性水，氣液夾帶加劇沖刷，管線流速為15 m/s，遠遠超出《化工工藝設(shè)計手冊》推薦的液氨氣氨流速應(yīng)分別控制在小于1 m/s和3～8 m/s的要求。富氨氣空冷器、水冷器、氨冷器由于管道內(nèi)流速過大，氣液兩相存在，設(shè)備沖刷嚴重，加速了硫化氫腐蝕。應(yīng)對措施是適當增加管徑，降低設(shè)備沖蝕。

1.2 換熱設(shè)備腐蝕

富氨氣系統(tǒng)換熱設(shè)備腐蝕主要為脫氨塔頂空冷器、富氨氣冷卻器的腐蝕，后者腐蝕最為嚴重，開工至今已4次抽芯堵漏處理，其中2次為直接更換新的芯子。

2011年Ⅱ系列富氨氣水冷器E205A，E205B，E205C分別因腐蝕內(nèi)漏。

Ⅰ系列富氨氣氨冷卻器(E107)分別于2009年、2010年2次因腐蝕造成管束內(nèi)漏;Ⅱ系列富氨氣氨冷卻器(E207)于2009年、2010年、2011年4次因腐蝕造成管束內(nèi)漏。

換熱器腐蝕情況見圖4～5。可以看出，換熱設(shè)備管束明顯減薄、管板大面積腐蝕泄漏，其主要原因為沖刷腐蝕。腐蝕性介質(zhì)主要為H2S，NH3，CO2，CN－及它們反應(yīng)生成的鹽類 NH4HS，NH4HCO3。兩系列富氨氣經(jīng)水冷后直接進入氨冷，由于進E207前沒有分液，冷凝液與氣體高速沖擊，造成E207管板沖蝕、汽蝕等，同時氣體冷凝形成NH3HS及H2S的水合物，氣蝕較嚴重，應(yīng)對措施是在E207前增加分液罐[2]。

圖2 富氨氣系統(tǒng)管線泄漏Fig.2 Pipeline leakage of rich ammonia system

圖3 富氨氣泄露管道內(nèi)部沖刷情況Fig.3 Diagram of inner pipeline scour of rich ammonia system

表1 Ⅱ系列富氨氣管道介質(zhì)流速Table1 Velocity of media for rich ammonia pipeline in the seriesⅡ

圖4 管子爆裂Fig.4 Tube rupture of heat exchanger

圖5 管束外壁腐蝕形貌Fig.5 Corrosion morphology of ektexine of heat exchanger tubes

2 解決措施

污水汽提裝置Ⅰ系列加工的非加氫酸性水的特點是水中雜質(zhì)含量高、酚含量、油含量、COD高;同時由于加工高酸原油，非加氫(常減壓蒸餾)酸性水中環(huán)烷酸鹽含量較高;Ⅱ系列加工加氫酸性水，其特點是水中雜質(zhì)、油含量較少、COD含量低、幾乎沒有酚。酸性水與凈化水中金屬離子、Cl－含量較高。

2.1 管道擴徑

對富氨氣管道進行核算，對部分管道進行擴徑以降低流速。2011年檢修時污水汽提裝置停工后對兩列污水汽提裝置富氨氣管道進行了全部更換，表2為富氨氣系統(tǒng)部分管道擴徑前后管徑變化對比。

富氨氣管道擴徑后，管道內(nèi)介質(zhì)流速顯著降低。表3為富氨氣系統(tǒng)管道擴徑后的管道內(nèi)介質(zhì)流速情況。

2.2 增加分液罐

由于富氨氣經(jīng)過水冷卻器后，氣液兩相嚴重，造成管道、環(huán)繞設(shè)備沖刷腐蝕嚴重，為了減少冷凝液與氣體對E107，E207管板、管道高速沖擊造成的沖蝕、汽蝕等，在E107，E207前增加分液罐，分凝液相，具體流程見圖6。

表2 富氨氣系統(tǒng)部分管道管徑變化Table2 Diameter change of rich ammonia system

表3 富氨氣系統(tǒng)管道擴徑前后的管道內(nèi)介質(zhì)流速Table3 Velocity of inner media for rich ammonia pipeline before and after revamping

圖6 改造后的富氨氣系統(tǒng)流程Fig.6 Diagram of rich ammonia system after revamping

經(jīng)過流程改造后，基本消除了氨冷卻器前管道內(nèi)的液相，消除了兩相流對設(shè)備的沖刷腐蝕。同時在氨冷卻器管束氨氣入口側(cè)加裝防沖板，進一步避免了介質(zhì)的沖刷腐蝕。

2.3 提升材質(zhì)

空氣冷卻器溫度在125～80℃，溫度較高，硫化氫腐蝕相對活躍，加之管束中存在冷凝酸性水，故將原設(shè)計材質(zhì)10號鋼提升為316L。

富氨氣氨冷卻器小浮頭、管箱和富氨氣分液罐存在氫鼓包和氫致開裂，采用復合板，內(nèi)襯316L。

3 結(jié)論

通過采取富氨氣系統(tǒng)管線擴徑改造、增加富氨液分液罐、材質(zhì)升級等改造措施，污水汽提裝置經(jīng)2011年11月裝置檢修改造后開車正常，經(jīng)過測厚對比，目前無明顯減薄，說明采取的措施有效地解決了脫氨塔頂空冷后管線設(shè)備腐蝕問題。

[1]孫廣雨，伍習初.關(guān)于酸性水汽提裝置設(shè)備腐蝕問題及對策[J]. 石油化工腐蝕與防護，2000，17(2):20-21.

[2]余其軍，袁平，楊發(fā)新，等.污水汽提裝置長周期平穩(wěn)運行的技術(shù)措施[J]. 煉油技術(shù)與工程，2006，36(10):49-53.