常頂空冷器腐蝕原因分析

孔德炳(西安晨宇環(huán)境工程有限公司 陜西 西安 710000)

常頂冷凝系統(tǒng)的設(shè)備腐蝕問題一直是影響常減壓蒸餾裝置安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運行的重要因素之一。某公司常減壓蒸餾裝置常頂空冷由于嚴重腐蝕泄漏于2008年全部更換，但更換后的空冷運行至2年半時，又因嚴重腐蝕而發(fā)生多次泄漏。本文針對常減壓蒸餾裝置常頂空冷腐蝕泄漏的特點，從常頂冷凝系統(tǒng)工藝特點出發(fā)，在分析工藝防腐運行情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合常頂空冷管束入口內(nèi)襯鈦管的特點，找出了造成常頂空冷嚴重腐蝕泄漏的原因，并建議從加強工藝防腐管理、防止電偶腐蝕等方面進行防腐，從而延長常頂空冷的使用壽命。

一、常頂空冷器腐蝕特點

常頂空冷為濕式空冷，共有8臺，管束材質(zhì)為10號碳鋼，入口處內(nèi)襯300mm鈦管。常頂8臺空冷由于嚴重腐蝕泄漏于2008年1月全部更換，但自2010年7月以來，8臺空冷管束相繼發(fā)生腐蝕泄漏。現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，泄漏點位于管束入口內(nèi)插300mm鈦管末端附近，且漏點均位于管束下部；管束減薄部位主要集中在入口內(nèi)插鈦管末端附近的一定距離內(nèi)，且管束下部的減薄明顯比上部減薄嚴重。

二、常頂冷凝系統(tǒng)工藝特點

常頂冷凝冷卻系統(tǒng)的基本流程為，從常壓塔頂餾出的溫度為110℃～120℃的混合油氣，首先經(jīng)換熱器與熱媒水進行換熱冷凝，然后進常頂空冷器繼續(xù)冷卻至40℃左右進入回流罐。

三、腐蝕環(huán)境及工藝防腐運行情況

在原油加工過程中，原油中含有的氯化物會發(fā)生水解生成HCl，硫化物在260℃以上時，可分解產(chǎn)生H2S。HCl和H2S的沸點都非常低，其標準沸點分別為-84.95℃和-60.2℃[1]。因此，在原油加工過程中生成的HCl和H2S會伴隨著常壓塔頂?shù)挠蜌膺M入常頂冷凝冷卻系統(tǒng)，當溫度冷凝至露點溫度以下時，HCl和H2S會溶于冷凝水中形成HCl-H2S-H2O腐蝕環(huán)境，從而對常減壓蒸餾裝置塔頂冷凝系統(tǒng)的設(shè)備造成嚴重腐蝕[2,3]。

為防止塔頂冷凝系統(tǒng)的設(shè)備腐蝕，采取了“一脫二注”的工藝防腐措施，“一脫”即電脫鹽，其目的是脫除原油中的氯化物，以減少因氯化物水解而產(chǎn)生的HCl含量，其控制指標為脫后原油鹽含量小于等于3mg/L；“二注”即注水、注中和緩蝕劑(NH-1有機胺中和緩蝕劑)，其控制指標為塔頂冷凝水的pH值大于等于6，鐵離子含量小于等于3。

監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，2008年~2010年期間，電脫鹽的合格率高達98.85%，說明電脫鹽運行良好，脫鹽效果顯著。常頂冷凝水監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，pH值的合格率較高，各年的合格率均在90%以上，而常頂冷凝水中鐵離子的合格率相對較低，除2009年的合格率在90%以上，其余兩年的合格率均在90%以下，尤其是2008年的合格率只有65%?？梢?，常減壓蒸餾裝置的“二注”防腐效果不是很理想。

四、腐蝕原因分析

1.工藝防腐效果不理想

“一脫二注”工藝防腐是防止常減壓蒸餾裝置塔頂冷凝系統(tǒng)設(shè)備腐蝕的主要手段，工藝防腐的效果好壞直接影響著塔頂冷凝系統(tǒng)的設(shè)備腐蝕。由監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，電脫鹽的合格率高達98.85%，說明電脫鹽可知效果良好。而“二注”防腐效果并不是很理想，常頂冷凝水鐵離子合格率較低，尤其是2008年的合格率只有65%。這說明“二注”工藝防腐效果不理想是導致常頂空冷產(chǎn)生嚴重腐蝕的主要原因。

由常頂冷凝水監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，pH值的合格率較高，2008年~2010年的合格率均在90%以上，而鐵離子合格率卻較低，除2009年的合格率在90%以上，其余兩年的合格率均在90%以下，這說明存在pH值合格、鐵離子不合格的情況。這與pH值控制范圍過寬有關(guān)，該常減壓蒸餾裝置將塔頂冷凝水pH值的控制指標設(shè)置為大于等于6，而一般煉廠均將常減壓蒸餾裝置塔頂冷凝水的pH值控制指標設(shè)置為6~7.5或6.5~7.5之間[4,5]。這是因為，當pH值小于6時，HCl的腐蝕會很強，當pH值大于8時，H2S的腐蝕作用增強，pH 值介于6~8時腐蝕速率較低[5]。 因此，一般煉廠均將塔頂冷凝水的pH值控制指標設(shè)置為6~7.5或6.5~7.5，而該常減壓蒸餾裝置將塔頂冷凝水的pH值控制指標設(shè)置為大于等于6，顯然是不合適的，因為，當pH值大于8時，H2S的腐蝕作用增強，從而使塔頂冷凝系統(tǒng)的設(shè)備遭受較為嚴重的腐蝕。因此，pH值控制指標設(shè)置范圍過寬是導致“二注”工藝防腐效果不理想的主要原因。

2.電偶腐蝕

由常頂空冷的腐蝕特點可知，常頂空冷的泄漏點位于管束入口內(nèi)插300mm鈦管末端附近，且漏點均位于管束下部；管束減薄部位主要集中在入口內(nèi)插鈦管末端附近的一定距離內(nèi)，且管束下部的減薄明顯比上部減薄嚴重。具體泄漏點位置和減薄部位見圖2。這與電偶腐蝕有關(guān)。

圖2 常頂空冷管束泄漏/減薄部位示意圖

常頂空冷管束材質(zhì)10號鋼的主要成分為鐵，內(nèi)襯鈦管的主要成分是鈦，當10號鋼管束與鈦管絕緣不好時，會形成鐵-鈦電偶對。該電偶對在電偶序中鐵的電位較負，為陽極，鈦的電位較正，為陰極。因此，在H2S-HCl-H2O腐蝕環(huán)境中會產(chǎn)生電偶腐蝕，使10號鋼發(fā)生嚴重腐蝕，其電偶腐蝕示意圖見圖3。常頂汽油是液態(tài)碳氫化合物，屬非極性溶液，其電導率比較小，陰、陽極之間的溶液引起的歐姆降很大，電偶作用的距離較近。因此，如果產(chǎn)生電偶腐蝕，腐蝕最嚴重的部位應(yīng)該集中在離鈦管末端較近的10號鋼管表面上，且離鈦管末端越遠10號鋼管的壁厚減薄量越小[1]。

圖3 電偶腐蝕示意圖

結(jié)論和建議

從上述分析可以看出，常頂空冷腐蝕是由H2S-HCl-H2O腐蝕體系引起的，“二注”工藝防腐效果不理想是導致常頂空冷快速腐蝕泄漏的主要原因，入口內(nèi)插鈦管會與10號鋼形成電偶對，發(fā)生電偶腐蝕，使位于鈦管末端附件的10號鋼管束腐蝕加劇，從而導致了空冷管束的嚴重腐蝕泄漏。

為滿足裝置長周期運行的需要，根據(jù)腐蝕原因分析結(jié)果，現(xiàn)提出如下建議。

(1)加強工藝防腐管理，提升工藝防腐效果

pH值控制指標范圍設(shè)置過寬是導致“二注”工藝防腐效果不理想的主要原因。因此，建議將常頂冷凝水pH控制指標設(shè)置為6~8，從而提升“二注”工藝防腐效果。同時，還應(yīng)加強“一脫二注”工藝防腐管理，平穩(wěn)控制工藝防腐各項指標，進而提升工藝防腐效果。

(2)避免異種金屬接觸，防止電偶腐蝕

當10號鋼管束與入口內(nèi)襯鈦管絕緣不好時，會發(fā)生電偶腐蝕，使碳鋼材質(zhì)的空冷管束發(fā)生嚴重腐蝕。因此，建議不再使用入口處內(nèi)襯300mm鈦管的空冷管束，以防止電偶腐蝕。

[1]曾孟秋．常頂空冷器失效原因探討．石油化工腐蝕與防護．2003，20(1)：30～32.

[2]杜榮熙，張林，梁勁翌．原油蒸餾裝置的腐蝕與防護．石油化工腐蝕與防護，2007，24(4)：57～61.

[3]夏延燊．蒸餾裝置塔頂冷凝系統(tǒng)防腐蝕工藝與腐蝕監(jiān)測．石油化工設(shè)計．2007，24(3)：55～58.

[4]．芝文，顏軍文．常減壓蒸餾裝置低溫腐蝕與防護．石油化工腐蝕與防護．2008，25(2)：34～37.

[5]胡洋，薛光亭，付士義．常減壓裝置低溫部位的腐蝕與防護．腐蝕與防護，2006，27(6)：411～413.