渣油加氫裝置汽提塔頂空冷器的腐蝕泄漏分析

高 楠，鄧 文2，高 巖3，李云鵬2，關(guān)延卿4，鄭麗群

(1.沈陽(yáng)中科韋爾腐蝕控制技術(shù)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110180; 2.中國(guó)石油四川石化分公司，四川 彭州 611900; 3.山東新華制藥股份有限公司，山東 淄博 255000; 4.中石油撫順石化分公司，遼寧 撫順 113000)

A煉油廠渣油加氫裝置采用固定床渣油加氫脫硫工藝，以減壓重蠟油和減壓渣油為原料，經(jīng)過(guò)催化加氫，脫除硫、氮、金屬等雜質(zhì)，為催化裂化裝置提供原料，同時(shí)生產(chǎn)部分柴油，并副產(chǎn)少量石腦油和燃料氣。2017年11月下旬，該裝置汽提塔頂空冷器(EA-3001)發(fā)生腐蝕泄漏，泄漏部位位于在入口B臺(tái)左上角。發(fā)生泄漏后車(chē)間緊急安排檢測(cè)，帶壓堵管。針對(duì)發(fā)生的泄漏問(wèn)題展開(kāi)了檢測(cè)，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行了分析研究，提出了相應(yīng)的防腐蝕措施。

1 裝置工藝流程

原料來(lái)自反應(yīng)部分的熱低分油，與預(yù)熱后的冷低分液混合后一起進(jìn)入汽提塔C-3001，塔底采用4.0 MPa蒸汽汽提。塔頂部氣相經(jīng)汽提塔頂空冷器(EA-3001)、汽提塔頂后冷器(E-3002)冷凝冷卻后進(jìn)入汽提塔頂回流罐(V-3001)進(jìn)行氣/油/水三相分離，V-3001頂氣體在壓力控制下進(jìn)入E-2004和V-2008去加氫裂化脫硫；V-3001底部水包排出的酸性水進(jìn)入V-2011脫氣后出裝置。為了減輕塔頂管道和換熱器的腐蝕，汽提塔的頂部管道注入緩蝕劑，為防止銨鹽產(chǎn)生，在空冷器前管段設(shè)有間斷注水設(shè)施。汽提塔底油經(jīng)F-3001加熱至合適溫度后送至分餾塔。汽提塔部分的簡(jiǎn)易工藝流程圖及注劑點(diǎn)和泄漏點(diǎn)的位置見(jiàn)圖1。

圖1 渣油加氫汽提工藝流程

2 腐蝕檢查及檢測(cè)

分別采用測(cè)厚、現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)窺鏡檢測(cè)、實(shí)驗(yàn)室能譜分析等手段開(kāi)展了檢測(cè)。

2.1 測(cè)厚檢測(cè)

空冷器EA-3001A/B測(cè)厚結(jié)果見(jiàn)表1。測(cè)點(diǎn)示意圖如圖2所示。兩臺(tái)空冷管束最薄1.6～1.7 mm(原始壁厚2.5 mm)。

表1 空冷換熱管測(cè)厚數(shù)據(jù) mm

圖2 空冷換熱管測(cè)厚示意

2.2 內(nèi)窺鏡檢查

汽提塔頂空冷器(EA-3001)泄漏發(fā)生在入口B臺(tái)左上角，見(jiàn)圖3。拆卸空冷絲堵，對(duì)管束管板焊接部位取樣分析以及內(nèi)窺鏡檢查，詳見(jiàn)圖4。打開(kāi)絲堵檢查發(fā)現(xiàn)管口有泥垢，且管內(nèi)壁伴有少量的白色結(jié)晶物，內(nèi)窺鏡檢查發(fā)現(xiàn)管束內(nèi)呈現(xiàn)出均勻腐蝕減薄，泥垢鏟除清理后發(fā)現(xiàn)管內(nèi)壁局部產(chǎn)生垢下腐蝕。

圖3 彎頭焊接處現(xiàn)場(chǎng)位置

圖4 管束端部泄漏內(nèi)窺鏡檢查

2.3 塔頂回流罐冷凝水分析

按照廠內(nèi)生產(chǎn)要求，每周進(jìn)行一次回流罐冷凝水樣分析，汽提塔空冷器(EA-3001)工藝參數(shù)及1至11月數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 空冷器工藝參數(shù)及數(shù)據(jù)

依據(jù)汽提塔頂回流罐冷凝水樣分析結(jié)果，在10月底至11月中旬氨氮、H2S含量有升高的趨勢(shì)，而且含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)范圍，塔頂抽出操作溫度高出設(shè)計(jì)值20 ℃(見(jiàn)圖5和圖6)，屬于H2S-HCl-NH3-H2O腐蝕環(huán)境。

圖5 汽提塔酸性水氨氮含量

2.4 能譜檢測(cè)

對(duì)空冷管束內(nèi)垢樣進(jìn)行能譜和X射線衍射檢測(cè)，以確定垢樣中的元素及其含量，以及垢樣中的主要無(wú)機(jī)物成分。能譜分析結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，垢樣主要含有N,Cl,S和Fe等元素。X射線衍射(XRD)結(jié)果見(jiàn)圖7。通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)比，垢樣內(nèi)主要成分為NH4Cl和FeS。

圖6 酸性水汽提冷凝水硫化氫含量

3 原因分析與討論

(1)空冷器管束存在偏流現(xiàn)象。通過(guò)測(cè)厚發(fā)現(xiàn)，這次泄漏是在B臺(tái)左上角，上次泄漏(2017年6月30日)是在A臺(tái)左上角，存在偏流的共性。由于介質(zhì)從塔頂管線出來(lái)，從一條總管進(jìn)入空冷器進(jìn)口管，再分流進(jìn)入空冷器管束內(nèi)換熱，入口端流速由于受到端部管箱阻礙作用，兩側(cè)管束流速要低于中間管束。流速降低會(huì)導(dǎo)致溫度下降，結(jié)垢傾向增加[1]。

表3 空冷器垢樣能譜分析結(jié)果

圖7 X射線衍射檢測(cè)結(jié)果

(2)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)腐蝕檢查及檢測(cè)分析，結(jié)果顯示:腐蝕介質(zhì)主要是NH4HS和NH4Cl。管束端部焊口泄漏是銨鹽垢下腐蝕，焊縫耐蝕性較差?？绽淦鞴苁鴾p薄較嚴(yán)重。加之塔頂抽出操作溫度高出設(shè)計(jì)值 20 ℃，隨著塔頂抽出溫度升高，腐蝕介質(zhì)含量增加，露點(diǎn)位置前移，造成了空冷EA-3001銨鹽腐蝕泄漏。

4 結(jié)論及建議

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)渣油加氫裝置汽提塔頂空冷器(EA-3001)泄漏主要為銨鹽垢下腐蝕造成的，介質(zhì)中的氨氮超過(guò)設(shè)防值，管束壁厚腐蝕減薄，管束偏流及露點(diǎn)前移等是造成管束發(fā)生銨鹽垢下腐蝕的原因。針對(duì)以上失效原因，提出建議如下：

(1)嚴(yán)格控制原料中的氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.5%。

(2)空冷器腐蝕主要是銨鹽垢下腐蝕，因此水洗銨鹽是延緩腐蝕比較有效的措施。控制注水水質(zhì)，宜選擇使用除氧水或臨氫系統(tǒng)凈化水。注水量一般不低于裝置處理量的6%，同時(shí)要保證總注水量的25%在注水部位為液相。防止氯化銨和硫氫化銨結(jié)晶堵塞換熱管。

(3)嚴(yán)格做好工藝防腐蝕，防止超溫、超壓和偏流。

(4)可以考慮材質(zhì)升級(jí)，空冷器采用2205雙相鋼。嚴(yán)格控制焊接工藝，確保焊接質(zhì)量。

(5)空冷進(jìn)出口管線運(yùn)行期間加強(qiáng)定點(diǎn)測(cè)厚，每季度測(cè)厚一次。腐蝕嚴(yán)重(腐蝕速率大于0.5 mm/a)或剩余壽命小于1年的部位應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控，增加測(cè)厚頻率,確保裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。