某汽油加氫脫硫裝置引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)腐蝕原因及處置措施

陶武軍,綦耀光,鄒 岸

(1. 中國(guó)石油慶陽石化公司，慶陽 745000; 2. 中國(guó)石油大學(xué)(華東) 機(jī)電工程學(xué)院，青島 266580)

某汽油加氫脫硫裝置引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)腐蝕原因及處置措施

陶武軍1,綦耀光2,鄒 岸1

(1. 中國(guó)石油慶陽石化公司，慶陽 745000; 2. 中國(guó)石油大學(xué)(華東) 機(jī)電工程學(xué)院，青島 266580)

通過對(duì)汽油加氫脫硫裝置加熱爐引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物的現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)、操作條件和介質(zhì)組成的考察,探討了該系統(tǒng)的腐蝕原因。結(jié)果表明：汽油加氫脫硫裝置加熱爐引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)腐蝕的原因是煙氣中的硫化物在低溫條件下形成的露點(diǎn)腐蝕，并對(duì)此具體問題提出了相應(yīng)的防護(hù)措施。

汽油加氫脫硫；引風(fēng)機(jī)；低溫露點(diǎn)腐蝕；防護(hù)措施

1 汽油加氫脫硫裝置簡(jiǎn)介

中國(guó)石油慶陽石化公司新建70萬t催化汽油加氫脫硫裝置采用中國(guó)石油石油化工研究院研發(fā)的DSO技術(shù)，以催化汽油為原料，全餾分汽油首先經(jīng)過預(yù)加氫，然后在分餾塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)輕、重汽油分離，重汽油進(jìn)二段加氫脫硫。DSO技術(shù)預(yù)加氫和加氫脫硫部分分別采用GHC-32和GHC-11催化劑，反應(yīng)條件溫和，采用低壓固定床加氫工藝。預(yù)加氫的主要目的是脫除硫醇和雙烯烴。預(yù)加氫反應(yīng)產(chǎn)物分為輕、重汽油組分，重汽油送至加氫脫硫部分，進(jìn)行深度脫硫。通過催化劑的選擇性來實(shí)現(xiàn)脫硫,同時(shí)損失的辛烷值較小，對(duì)催化汽油進(jìn)行加氫精制，以改善產(chǎn)品質(zhì)量，滿足全廠調(diào)合生產(chǎn)國(guó)Ⅳ汽油產(chǎn)品的要求，并為滿足全廠調(diào)合生產(chǎn)國(guó)Ⅴ汽油產(chǎn)品留有余地。

2 汽油加氫脫硫裝置運(yùn)行情況

2.1 裝置運(yùn)行時(shí)間

該裝置于2013年6月15日建成中交，7月7日加熱爐點(diǎn)火升溫，7月28日裝置進(jìn)料，7月30日國(guó)Ⅳ產(chǎn)品合格，汽油加氫裝置已累計(jì)運(yùn)行20個(gè)月。

2.2 裝置加工負(fù)荷變化情況

2013年7月至2014年9月，汽油加氫裝置生產(chǎn)的是國(guó)Ⅳ汽油產(chǎn)品，故汽油加氫裝置的加工負(fù)荷根據(jù)上游裝置的加工量控制在75～95 t/h。2014年9月16日?qǐng)?zhí)行調(diào)度令，汽油加氫裝置開始調(diào)整操作改產(chǎn)國(guó)Ⅴ汽油，汽油中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10 μg/g，汽油加氫裝置的加工量也調(diào)整為75～80 t/h。2014年10月8日汽油加氫脫硫反應(yīng)器R202入口溫度提至285 ℃，但脫硫效果不明顯，經(jīng)過與技術(shù)研究院共同對(duì)9月29日至10月8日的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),原料油中Cl-含量嚴(yán)重超標(biāo)，易造成催化劑失活，因此控制加工量為70 t/h。2015年1月24日，按照公司的生產(chǎn)任務(wù)，汽油加氫裝置的加工量又調(diào)整為60～65 t/h(根據(jù)催化裝置的穩(wěn)定汽油量而定)，目前加工量控制在55～60 t/h。

3 加熱爐引風(fēng)機(jī)運(yùn)行及停運(yùn)檢查情況

2014年12月12日，發(fā)現(xiàn)該裝置加熱爐引風(fēng)機(jī)入口軟連接處有破損現(xiàn)象，且該處地面有少量結(jié)冰，確認(rèn)是該軟連接處滴水所致。同時(shí)旁路風(fēng)道擋板處于全開狀態(tài)。2015年3月8日，發(fā)現(xiàn)分餾塔底重沸爐F101、反應(yīng)產(chǎn)物加熱爐F201中氧含量為零，爐膛正壓，現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)后發(fā)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)基本不起作用，需打開煙道擋板,HIC-3112控制爐膛負(fù)壓為-50～-20 kPa。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析、判斷，初步認(rèn)定原因?yàn)槿~片腐蝕或結(jié)垢物堵塞。2015年3月9日關(guān)閉加熱爐引風(fēng)機(jī)，切除空氣預(yù)熱器進(jìn)行檢查，結(jié)果見圖1～6。

圖1 引風(fēng)機(jī)入口蝶閥及支撐的腐蝕形貌Fig. 1 Corrosion morphology of valve and supporter near induced draft fan inlet

圖2 引風(fēng)機(jī)入口的腐蝕形貌Fig. 2 Corrosion morphology of induced draft fan inlet

圖3 引風(fēng)機(jī)入口集氣室夾層的腐蝕剝落Fig. 3 Exfoliation corrosion of plenum interlayer near induced draft fan inlet

圖4 葉輪的腐蝕裂開Fig. 4 Corrosion cracking of impeller

圖5 預(yù)熱器板束表面水垢、鐵銹層Fig. 5 Scale and rust layer on the surface of preheat plate beam

圖6 引風(fēng)機(jī)入口底部的固狀鹽垢Fig. 6 Solid salt on the bottom of induced draft fan inlet

4 數(shù)據(jù)對(duì)比

該裝置自2014年9月份開始生產(chǎn)國(guó)Ⅴ汽油，工況也相應(yīng)發(fā)生變化，裝置的實(shí)際加工量為設(shè)計(jì)加工量的70%。兩臺(tái)加熱爐的實(shí)際排煙溫度均低于設(shè)計(jì)值,且燃料氣組分中氫氣和硫的含量遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值，結(jié)果如表1和表2所示。

表1 兩臺(tái)加熱爐及空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)工況與操作工況的溫度對(duì)比Tab. 1 Temperature contrast of two furnaces and air preheaters in design and operating conditions ℃

表2 汽油加氫裝置燃料氣參數(shù)的測(cè)量值和設(shè)計(jì)值
Tab. 2 The measured values and design values of fuel gas parameters in gasoline hydrogenation unit

燃料氣氫氣體積分?jǐn)?shù)/%(O2+N2)體積分?jǐn)?shù)/%Cl-體積分?jǐn)?shù)/%CO2體積分?jǐn)?shù)/%液化氣體積分?jǐn)?shù)/%S質(zhì)量濃度/(mg·m-3)露點(diǎn)溫度/℃設(shè)計(jì)值19.3613.7118.081.4294825102實(shí)際值84.73.83.70.27.5568130

燃料氣中實(shí)際硫、氫含量均遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值，硫化物燃燒生成SO，SO和爐內(nèi)過量的O2進(jìn)一步反應(yīng)生成SO2。通常在氧氣過剩的條件下，有1%～3%的SO轉(zhuǎn)化成SO2，同時(shí)氫燃燒將生成H2O，當(dāng)煙氣溫度低于400 ℃時(shí)，SO2轉(zhuǎn)化為SO3,SO3將與水蒸氣化合生成硫酸蒸汽。硫酸蒸汽和水蒸氣在低溫設(shè)備內(nèi)表面冷凝，產(chǎn)生低溫稀硫酸，并不斷積聚，與鐵反應(yīng)導(dǎo)致腐蝕。煙氣經(jīng)過對(duì)流室時(shí)溫度已降至較低，在空氣預(yù)熱器段，隨著煙氣的流動(dòng)，煙氣溫度和預(yù)熱器管壁溫度進(jìn)一步降低，當(dāng)降至硫酸的露點(diǎn)時(shí)，含硫酸蒸汽的水蒸氣就會(huì)逐漸凝結(jié)到預(yù)熱器管外壁上，產(chǎn)生強(qiáng)烈的低溫硫酸露點(diǎn)腐蝕，生成FeSO4。FeSO4在煙灰沉積物的催化作用下與煙氣中的SO2和O2進(jìn)一步反應(yīng)生成 Fe2(SO4)3，而Fe2(SO4)3又是一種酸性易吸潮物質(zhì)，在SO2轉(zhuǎn)化成SO3過程中又有催化作用，可大大加速SO2向SO3的轉(zhuǎn)化，使得露點(diǎn)腐蝕的程度急劇增加[1]。同時(shí)該系統(tǒng)未設(shè)置吹灰器，由于空氣預(yù)熱器管束較細(xì)且為翅片管，很容易積灰。板式空氣預(yù)熱器因板間距小也易積灰，堵塞熱管間隙，致使阻力增大，加劇了硫化物的生成。這是因?yàn)闊煔饬鲃?dòng)過程中,硫化物的密度大，會(huì)逐漸下降聚積，使煙氣中的酸性氧化物與水結(jié)合產(chǎn)生硫酸后對(duì)空氣預(yù)熱器產(chǎn)生腐蝕。

同時(shí)，加熱爐實(shí)際排煙溫度遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)進(jìn)、出口溫度較低。另外，引風(fēng)機(jī)煙氣入口處軟連接未做外保溫處理，環(huán)境溫度低。因此，較低溫度的煙氣發(fā)生冷凝、滴水。燃料氣組分變化較大會(huì)造成以下后果。一是煙氣露點(diǎn)溫度提高。按現(xiàn)在的燃料組分計(jì)算加熱爐煙氣酸露點(diǎn)溫度為130 ℃，加熱爐排煙溫度應(yīng)至少在163 ℃以上才可以避免露點(diǎn)腐蝕[2]。二是對(duì)加熱爐燃燒器有一定的影響。本裝置加熱爐燃燒器是根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)提供的燃料氣組分?jǐn)?shù)據(jù)設(shè)計(jì)的，現(xiàn)由于氫氣含量增大很多，而氫氣的燃燒速率遠(yuǎn)大于烴類氣體的燃燒速率、氫氣的熱值又小于烴類氣體，導(dǎo)致燃燒器不適應(yīng)現(xiàn)用的燃料，燃燒產(chǎn)生的煙氣成分與原設(shè)計(jì)時(shí)變化很大。三是對(duì)空氣預(yù)熱器影響。當(dāng)燃料氣中氫氣含量增加時(shí)，燃燒后的煙氣經(jīng)過相同的空氣預(yù)熱器，煙氣的溫度會(huì)降低的更多。同時(shí)加熱爐低負(fù)荷運(yùn)行，空氣預(yù)熱器處于使用狀態(tài)，也導(dǎo)致加熱爐排煙溫度很低，產(chǎn)生低溫硫酸腐蝕[3]。

5 建議與措施

5.1 改造方案

(1) 建議燃料氣進(jìn)行脫硫，降低煙氣露點(diǎn)溫度。按目前燃料氣中硫含量計(jì)算，加熱爐排煙溫度達(dá)到163 ℃才可防止露點(diǎn)腐蝕。根據(jù)新版《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，燃料氣中硫質(zhì)量濃度需在25 mg/m3以下。

(2) 更換加熱爐燃燒器，確保燃燒充分,火型剛直，煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

(3) 更換引風(fēng)機(jī)、軟連接、引風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)閥等已腐蝕設(shè)備或部件?？諝忸A(yù)熱器煙氣集氣口應(yīng)除銹、更新內(nèi)保溫襯里；空氣預(yù)熱器應(yīng)進(jìn)行水沖洗，除去結(jié)垢；升級(jí)葉輪材質(zhì)，非轉(zhuǎn)動(dòng)部件噴涂防露點(diǎn)腐蝕涂料。

(4) 增加空氣預(yù)熱器。利用裝置余熱，在空氣入熱管預(yù)熱器前加裝空氣預(yù)熱設(shè)施，冬季使用時(shí)可以解決由于冬季氣溫極低導(dǎo)致的爐壁和熱管露點(diǎn)腐蝕問題。隴東地區(qū)夏季最高氣溫為32 ℃，冬季最低氣溫為-18 ℃，相差約50 ℃。若熱管設(shè)計(jì)時(shí)考慮了夏季條件,則其必然不利在冬季使用；若考慮了冬季條件，在夏季排煙溫度又太高，不利于節(jié)能。

5.2 操作建議

(1) 嚴(yán)控排煙溫度。加熱爐排煙溫度由煙氣的露點(diǎn)溫度決定，當(dāng)煙氣中硫含量增加時(shí)，排煙溫度也應(yīng)升高。若排煙溫度較低，按目前的燃料硫含量，排煙溫度應(yīng)在145 ℃以上。

(2) 嚴(yán)控燃料氣組分。若燃料氣組分變化較大，應(yīng)與燃燒器廠家進(jìn)行溝通，核實(shí)燃燒器是否滿足新的燃料氣。

(3) 當(dāng)加熱爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，若調(diào)節(jié)冷風(fēng)旁路達(dá)不到提高排煙溫度時(shí)，應(yīng)將加熱爐切換為自然通風(fēng)方式。

[1] 張德印，張揚(yáng). 石化企業(yè)火焰加熱爐腐蝕及防護(hù)措施[J]. 石油化工腐蝕與防護(hù)，2005，22(3)：25-29.

[2] 姚慶. 工藝加熱爐腐蝕原因分析與對(duì)策[J]. 腐蝕與防護(hù)，2006，27(2)：77-79.

[3] 李德付. 關(guān)于燃?xì)饧訜釥t低溫腐蝕的原因與對(duì)策[J]. 現(xiàn)代化工，2006，26(1)：59-61.

Corrosion Reasons and Corresponding Protective Measures of Suction Fan System in a Gasoline Hydrodesulfurization Unit

TAO Wu-jun1,QI Yao-guang2, ZOU An1

(1. Qingyang Petrochemical Company of Petrochina Company Limited, Qingyang 745000, China;2. College of Electromechanical Engineering, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China)

The corrosion reasons for the induced draft fan system of heating furnace in a gasoline hydro-desulfurization unit were studied through on-site observation of the corrosion products and investigation of operating conditions and medium composition. The results show that dew point corrosion of sulfur compounds in flue gas at low temperature was the main reason for system corrosion. And some corresponding protective measures were propounded to solve this problem.

gasoline hydrodesulfurization; induced draft fan; low temperature dew point corrosion; protective measures

2015-07-01

陶武軍(1982-),工程師, 學(xué)士,從事煉化設(shè)備日常維護(hù)技術(shù)管理、煉油設(shè)備腐蝕防護(hù)技術(shù)管理的相關(guān)研究工作, 13993485987,taowj1982@163.com

10.11973/fsyfh-201612016

TG172

B

1005-748X(2016)12-1023-03