加氫處理裝置高壓空氣冷卻器腐蝕泄漏與防護(hù)

楊 麗

(克拉瑪依市科比技術(shù)有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834003)

加氫處理裝置高壓空氣冷卻器(以下簡(jiǎn)稱空冷器)腐蝕一直是石油化工行業(yè)難以解決的問(wèn)題，原因是該系統(tǒng)所涉及的工藝操作條件苛刻，腐蝕機(jī)理復(fù)雜。近幾年，隨著煉油行業(yè)高硫原油加工量增加，80%以上的加氫高壓空冷器都存在腐蝕問(wèn)題[1]。某石化公司潤(rùn)滑油加氫處理裝置于1995年5月投產(chǎn)，主要用于加工Ⅰ套蒸餾裝置潤(rùn)滑油餾分，加工能力85 kt/a。該裝置高壓空冷器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在腐蝕問(wèn)題，并且難于控制，其內(nèi)部介質(zhì)為潤(rùn)滑油，一旦泄漏，大量外噴，有可能引起爆炸及火災(zāi)。2011年8月和10月加氫處理裝置的高壓空冷器先后兩次發(fā)生管束泄漏事故，裝置被迫停工，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，空冷器腐蝕泄漏問(wèn)題亟待解決。

1 設(shè)備參數(shù)及腐蝕機(jī)理

1.1 設(shè)備參數(shù)

高壓空冷器的設(shè)備參數(shù)明細(xì)見(jiàn)表1。

表1 空冷器參數(shù)明細(xì)Table1 Operating parameters of air cooler

1.2 高壓空冷器腐蝕機(jī)理

加氫處理裝置原料中的S和N在加氫反應(yīng)器中轉(zhuǎn)變成H2S和NH3，同時(shí)該裝置中或多或少存在著HCl，于是NH3分別與HCl和H2S反應(yīng)生成NH4Cl和NH4HS，化學(xué)反應(yīng)式為:

通常NH4Cl的結(jié)晶溫度在176～204℃，其結(jié)晶常在空冷器前的換熱器中開(kāi)始，而NH4HS結(jié)晶溫度約在25～65℃，因此，NH4HS的結(jié)晶常發(fā)生在空冷器中。由于反應(yīng)流出物中含有大量H2S和NH3，在缺少液態(tài)水的狀態(tài)下，NH4HS會(huì)直接由氣相經(jīng)過(guò)冷凝變成固態(tài)晶體，從而堵塞管束。為防止堵塞，通常在反應(yīng)器流出物空冷器前采用注水沖洗，而NH4HS的溶液有很強(qiáng)的腐蝕性，沖洗緩解了堵塞卻導(dǎo)致了NH4HS溶液的腐蝕。同時(shí)，NH4Cl晶體有極強(qiáng)的吸水性，可吸收反應(yīng)流出物中的水分形成垢下腐蝕、坑蝕，最終導(dǎo)致管束穿孔。

2 事故介紹

空冷器201/1，2是在2006年5月大檢修后新?lián)Q設(shè)備，此前從未發(fā)生過(guò)腐蝕泄漏。在2011年8月和10月先后兩次發(fā)生了空冷器管束泄漏事故。兩次泄漏都發(fā)生在入口第一管程管束。兩次泄漏部位照片及溫度分布見(jiàn)圖1。

泄漏發(fā)生后，采用遠(yuǎn)場(chǎng)高頻渦流技術(shù)對(duì)空冷器管束進(jìn)行了詳細(xì)的檢測(cè)。第一次檢測(cè)，根據(jù)泄漏部位有選擇地在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)了25根管束，共發(fā)現(xiàn)14根存在局部腐蝕減薄情況，并對(duì)其進(jìn)行了堵管處理。該設(shè)備在正常運(yùn)行兩個(gè)月后再次發(fā)生泄漏事故，故維修單位將空冷器整體拆卸，對(duì)空冷管束進(jìn)行了100%檢測(cè)，共發(fā)現(xiàn)132根存在嚴(yán)重缺陷，占到總管束的35%。為了裝置能夠盡快投產(chǎn)，維修單位根據(jù)渦流檢測(cè)情況，將存在問(wèn)題的管束進(jìn)行了堵管處理，在2012年大檢修期間對(duì)空冷器的材質(zhì)進(jìn)行了更換并改進(jìn)了工藝流程。

圖1 空冷器泄漏部位示意Fig.1 Leaking part of air cooler

3 腐蝕原因分析及整改建議

宏觀檢測(cè)發(fā)現(xiàn)大量的銨鹽堵塞管束(見(jiàn)圖2)，銨鹽對(duì)管束的長(zhǎng)期局部腐蝕可能是造成泄漏的主要原因。油品在加氫作用下脫除的硫、氮、氧生成各種銨鹽，這些銨鹽的水溶液顯酸性。當(dāng)油品的流速發(fā)生變化時(shí)這些銨鹽就容易沉積在管道設(shè)備內(nèi)，在銨鹽與設(shè)備之間形成了酸性腐蝕環(huán)境，導(dǎo)致管束局部腐蝕。但這些銨鹽易溶于水，加氫處理工藝在空冷器入口管道上注水，目的是將這些銨鹽溶解，如果存在偏流或線速不高，則可能在空冷器管束中沉積。

圖2 管口處沉積大量銨鹽Fig.2 A large amount of ammonium salt deposited at pipe end

3.1 管束材質(zhì)級(jí)別低

空冷器管束材質(zhì)為10號(hào)碳鋼，級(jí)別較低，對(duì)酸性介質(zhì)完全沒(méi)有防腐能力，除非介質(zhì)緩和，否則其使用壽命有限。當(dāng)介質(zhì)較苛刻時(shí)，建議使用有較好的抗蝕性的 Incoloy800，S31803(雙相鋼)，321 不銹鋼及 Monel400[2]等材質(zhì)。

3.2 管束中介質(zhì)在偏流

空冷器排管設(shè)計(jì)不合理，造成管束偏流是局部腐蝕泄漏的主要原因。本空冷器為雙管程設(shè)計(jì)，共五排管束。第一管程由三排管束組成，第二管程由兩排管束組成。兩管程管束數(shù)量不均，介質(zhì)流速不等，第一管程三排管流速為1.71 m/s，第二管程兩排管流速為2.57 m/s，第一管程流速偏低，容易造成介質(zhì)中銨鹽沉積，以及局部管束酸性水濃度增高，腐蝕加速。從管束檢測(cè)結(jié)果看出，腐蝕和結(jié)鹽、結(jié)垢較嚴(yán)重的部位均發(fā)生在第一管程。

3.3 管路設(shè)計(jì)不合理

兩片空冷器進(jìn)出口管路存在設(shè)計(jì)不合理之處?，F(xiàn)場(chǎng)兩片空冷器，第一片上進(jìn)下出，第二片下進(jìn)上出。空冷器注水后洗下的銨鹽等酸性水組分在第二片空冷器下進(jìn)上出的流程中不易排出，局部酸性水濃度高也是空冷器易腐蝕的原因之一。合理的流程布置應(yīng)避免酸性水在管束內(nèi)積聚，由此建議兩臺(tái)空冷器管排選擇均勻布置形式，串聯(lián)運(yùn)行，將2號(hào)空冷器改為上進(jìn)下出(見(jiàn)圖3)。

圖3 串聯(lián)流程Fig.3 Process connected in series

3.4 注水效果差

空冷器入口介質(zhì)溫度高，造成注水效果差，也是管束局部腐蝕泄漏的原因之一。因?yàn)榭绽淦魅肟诮橘|(zhì)溫度180℃左右，注水點(diǎn)距離空冷器不足0.6 m，存在注水汽化、分布不均問(wèn)題，影響了銨鹽的正常溶解和沖洗，流速較低的管束逐步結(jié)鹽，導(dǎo)致偏流，并形成局部較高的酸性腐蝕。建議更改注水位置，并在注水點(diǎn)增加靜態(tài)混合器，改善混合效果。

3.5 水泵排量偏低

加氫處理裝置目前加工的是含氮量最高的減四線油，理論注水量1.14 t/h，考慮注水汽化影響，水泵理論排量至少大于1.5 t/h，目前的注水泵無(wú)法滿足使用要求。建議更換注水泵，提高注水量。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)加氫處理裝置高壓空冷器出現(xiàn)的腐蝕泄漏事故，對(duì)腐蝕機(jī)理及銨鹽產(chǎn)生的具體原因進(jìn)行了分析，并提出了整改建議。2012年全廠停工檢修期間，為保證裝置長(zhǎng)周期安全運(yùn)行，采取以下腐蝕防護(hù)措施:

(1)更換了同種型號(hào)的空冷器，管束材質(zhì)升級(jí)為具有較高的防腐能力的Incoloy825，該材質(zhì)具有很高的合金成分和穩(wěn)定成分，可有效防止點(diǎn)蝕和裂痕腐蝕;

(2)對(duì)注水流程進(jìn)行了改造，將2號(hào)空冷器介質(zhì)流向改為上進(jìn)下出，將高分進(jìn)料線高點(diǎn)下移，減少銨鹽在管束中的沉積;

(3)加大注水量，更換注水泵，新的水泵的額定流量為3 t/h，完全可以滿足工藝要求;

(4)改變注水位置，注水點(diǎn)提高至距離空冷器入口大約100 m的位置，并在注水點(diǎn)增加靜態(tài)混合器，極大地提高了注水效果。從目前的運(yùn)行狀況來(lái)看，自采取以上防護(hù)措施至今一年多時(shí)間，該裝置沒(méi)有發(fā)生空冷泄漏事故。

[1]張國(guó)信.加氫高壓空冷系統(tǒng)腐蝕原因分析及對(duì)策[J].煉油技術(shù)與工程，2007，37(5):18-22.

[2]馮勇，羅純東.Incoloy825材料在加氫裂化裝置高壓空冷器上的應(yīng)用[J]. 煉油技術(shù)與工程，2006，35(5):24-26.