丙烯腈裝置反應(yīng)氣體冷卻器管板腐蝕處理措施

劉 磊 吳祖源 曾曉峰 潘向東

（中國石油天然氣股份有限公司吉林石化分公司 吉林吉林）

1.故障現(xiàn)象

石化公司丙烯腈裝置反應(yīng)氣體的冷卻器，為立式固定管板換熱器，材料入口端為15CrMo，進口溫度440℃，出口溫度220℃，介質(zhì)是烯烴、芳烴、烷烴與氧氣，氨氣混合通過催化劑生成的氣相混合物。設(shè)備投入使用后幾個月即發(fā)成滲漏。滲漏側(cè)均為上方入口端，均布于一側(cè)（圖1中A區(qū)）。將設(shè)備拆卸后發(fā)現(xiàn)，A區(qū)布滿了聚合物沉積，其上分布有大量金屬狀顆粒物質(zhì)。

A區(qū)域中腐蝕嚴重，不僅鋼管壁厚明顯減薄，連接螺栓的（包括密封面）部位均被腐蝕，導(dǎo)致滲漏，此區(qū)域有幾根鋼管內(nèi)部出現(xiàn)滲漏情況。而無聚合物的B區(qū)域則無任何異常情況發(fā)生。A區(qū)B區(qū)焊縫均完好，無腐蝕滲漏現(xiàn)象。

圖1 入口端管板平面圖

2.原因分析

換熱器用于冷卻反應(yīng)物，入口溫度440℃，因為主反應(yīng)（丙烯氨氧化法）所用催化劑（磷-鉬-鉍-鈰硅膠）的性質(zhì)，主反應(yīng)最佳溫度為460～470℃，在此溫度下，反應(yīng)物均為氣態(tài)，不應(yīng)有聚合物產(chǎn)生。

根據(jù)現(xiàn)象分析，介質(zhì)流速不均勻是主要因素，A區(qū)域介質(zhì)流速過快，并且氣相介質(zhì)中含有金屬顆粒物（含催化劑），導(dǎo)致該區(qū)域鋼管被嚴重沖刷，產(chǎn)生磨粒磨損，而15CrMo在460℃高溫下蠕變強度、持久強度的降低，最終個別管壁嚴重減薄的鋼管在沖刷力和工作壓力共同作用下，內(nèi)壁產(chǎn)生輕微點滲漏，水蒸氣的滲入導(dǎo)致聚合物產(chǎn)生，而聚合物表面極易吸附金屬顆粒進一步加劇磨粒磨損，并且聚合物所在部位CN-濃度劇增，導(dǎo)致腐蝕。因為15CrMo材料本身耐高濃度CN-高溫情況下能力有限。

3.處理措施

入口側(cè)設(shè)計上增加氣相物質(zhì)流速分配器（如氣相分布板等），使氣相物質(zhì)在整個截面上分布均勻，避免局部有過快流速的氣相物質(zhì)對鋼管內(nèi)壁產(chǎn)生嚴重沖刷。在入口端換熱管內(nèi)部增加襯管，一方面起到防止磨粒磨損作用，另一方面，起到防止高溫下腐蝕鋼管內(nèi)壁的作用。

升級材料。將15CrMo鋼管更換為進口的1.25Cr-1Mo鋼管，此材料能在更高的溫度下使用，由于雜質(zhì)含量低，耐腐蝕能力好。只要控制溫度＜450℃。殼程側(cè)嚴格控制水蒸氣中Cl離子含量。

工藝上嚴格控制反應(yīng)溫度＜500℃，因為500℃時丙烯腈單程收率雖然最高，但將發(fā)生結(jié)焦，堵管現(xiàn)象?；蜻M行緊急措施（噴水或噴水蒸氣）降溫。

工藝上嚴格控制空塔線速度，雖然線速度的增加會使產(chǎn)量提高。但過高的空塔線速度不僅使吹出的催化劑量增加，造成催化劑的損失，而且還會影響反應(yīng)后的氣體處理。

在預(yù)冷卻前增加床頂內(nèi)三級旋風分離器除塵，回收催化劑的能力，減少催化劑和塵粒進入換熱器的數(shù)量。

在預(yù)冷卻前考慮增加除氨措施，因為氨的存在可能增加氫氰酸聚合的傾向，但是采取這樣的措施有很大的難度。

4.效果

在新裝置的新設(shè)備上采取以上處理措施后，通過一個檢修周期，拆檢換熱器檢查，未發(fā)現(xiàn)聚合物沉積和大量金屬狀顆粒物質(zhì)，管板未再未發(fā)生明顯腐蝕現(xiàn)象。