苯乙烯裝置尾氣增壓系統(tǒng)腐蝕分析與防護措施

李偉嬌

【摘 要】隨著經(jīng)濟和科技水平的快速發(fā)展，苯乙烯作為石油化工的基礎(chǔ)產(chǎn)品，廣泛用于涂料、醫(yī)藥、制藥、染料、汽車工業(yè)和日用輕工產(chǎn)品等行業(yè)。隨著苯乙烯裝置產(chǎn)能的不斷擴大，對裝置穩(wěn)定性生產(chǎn)提出了更高的要求，對于苯乙烯裝置長周期穩(wěn)定運行，離不開對進料源頭、生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量等各個環(huán)節(jié)的防聚合工作細(xì)心、謹(jǐn)慎對待，對各環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題及時發(fā)現(xiàn)、及時解決，避免造成無法控制的苯乙烯爆聚，因此苯乙烯裝置長周期穩(wěn)定運行中防聚合，防腐蝕做以下監(jiān)控與實施對策。

【關(guān)鍵詞】苯乙烯裝置;尾氣增壓系統(tǒng);二氧化碳腐蝕;水冷卻器

引言

在苯乙烯裝置吸收塔頂?shù)奈矚庵?，氫氣體積分?jǐn)?shù)超過90%，為了更好地回收利用氫氣，在尾氣出裝置前設(shè)置尾氣增壓系統(tǒng)進行4級壓縮，每級壓縮后采用水冷器降溫。在大修期間檢查發(fā)現(xiàn)，水冷器氣體側(cè)的殼體內(nèi)壁局部發(fā)生嚴(yán)重坑蝕。分析認(rèn)為，該系統(tǒng)的腐蝕是由二氧化碳引起的。

1苯乙烯聚合機理

由于結(jié)構(gòu)的特殊性，苯乙烯的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，在受熱或自由基引發(fā)劑存在的條件下，苯乙烯自聚生成聚苯乙烯。在聚合反應(yīng)的前期階段，反應(yīng)速度是溫度的指數(shù)函數(shù)。經(jīng)過前期的快速反應(yīng)后，反應(yīng)速度降低，當(dāng)90%的單體聚合后，反應(yīng)速度非常慢。

2宏觀腐蝕情況

脫氫尾氣后冷卻器進口管道彎頭的背彎部位出現(xiàn)一腐蝕穿孔，位于彎頭環(huán)向焊縫附近下方;脫氫尾氣后冷卻器管程出口封頭內(nèi)壁布滿黃褐色的腐蝕銹跡，封頭下部（運行狀態(tài)時呈水平方向）邊緣有一嚴(yán)重腐蝕區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)有大量的腐蝕坑，局部腐蝕坑已經(jīng)連成一片，腐蝕減薄明顯，且有腐蝕溝槽。管束內(nèi)壁及管板表面未見明顯腐蝕。脫氫尾氣后冷卻器出口凝液線的腐蝕穿孔出現(xiàn)在水平段調(diào)節(jié)閥后的焊縫上，剖開腐蝕穿孔部位的管道發(fā)現(xiàn)，管道內(nèi)壁底部有明顯的腐蝕溝槽及腐蝕坑，且表面有黃褐色腐蝕產(chǎn)物或銹跡。此外，管道內(nèi)壁底部有較大面積的凹臺，其底部平整，周邊垂直凹底，呈臺地狀，為典型的二氧化碳腐蝕形貌，管道焊縫上有較深的環(huán)向腐蝕溝槽，溝槽局部幾乎穿透管壁。管道內(nèi)壁上部僅有少量的腐蝕銹跡，無明顯腐蝕。

3腐蝕原因分析

（1）在反應(yīng)條件下，乙苯發(fā)生絕熱脫氫反應(yīng)生成苯乙烯和氫氣的同時，伴隨副反應(yīng)產(chǎn)生苯、甲苯、甲烷、二氧化碳和一氧化碳等副產(chǎn)物，無效反應(yīng)分解成乙苯和乙烯，反應(yīng)混合產(chǎn)物經(jīng)冷卻氣液分離后，不凝尾氣經(jīng)吸收與解析回收芳烴后進行增壓，尾氣中氫氣占90%以上。（2）從尾氣增壓系統(tǒng)外送氫氣分析數(shù)據(jù)來看，主要成分為氫氣，約為95%，其余為二氧化碳、一氧化碳、乙烯、甲烷、氮氣、苯、甲苯、乙苯、苯乙烯、氧氣以及微量水蒸氣，其中二氧化碳約為3%左右;對照氣相各組分的物性，在本系統(tǒng)工況下，能夠形成腐蝕環(huán)境的應(yīng)為二氧化碳。（3）從系統(tǒng)工藝過程來看，混合氣體在增壓過程中，各級壓縮后的氣體冷卻后進入氣液分離罐，切除芳烴類液相，因此，氣相中的二氧化碳比例會隨著各級壓縮略有升高。氣體在殼程冷卻降溫過程中，氣相中的微量水蒸氣冷凝后液化，二氧化碳?xì)怏w溶于水形成碳酸，由于液相水量很小，相對而言，溶于水的二氧化碳含量很高，因此形成了飽和碳酸溶液，pH值低到3.8左右，形成較強的酸性環(huán)境，導(dǎo)致碳鋼類材料嚴(yán)重腐蝕。

4防護效果及建議

4.1精餾系統(tǒng)

粗塔冷凝器（E-402）與精塔冷凝器（E-410）循環(huán)水設(shè)計為串聯(lián)流程。循環(huán)冷水經(jīng)E-410換熱后導(dǎo)致E-402入口循環(huán)水溫度較高，最高超過50℃，造成管束結(jié)垢。結(jié)垢后循環(huán)水流速降低，又加劇了結(jié)垢，隨著裝置運行時間的增加，結(jié)垢現(xiàn)象越來越明顯。裝置運行至第3年，精餾系統(tǒng)冷卻負(fù)荷不足，導(dǎo)致粗苯乙烯塔（C-401）塔頂壓力上升。為確保該塔的分離精度，采取提高塔底溫度、加大回流的方式調(diào)整操作。高溫高壓的操作條件促進聚合反應(yīng)的發(fā)生，塔內(nèi)聚合現(xiàn)象嚴(yán)重。

4.2入口溫度監(jiān)控

乙苯脫氫生成苯乙烯的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，乙苯平衡轉(zhuǎn)化率隨著反應(yīng)溫度的升高而增加。一味地提高反應(yīng)溫度，雖然乙苯轉(zhuǎn)化率提高，但副反應(yīng)也將加劇，生成苯乙烯的選擇性降低，因而反應(yīng)溫度不宜過高。從降低能耗和延長催化劑壽命以及保證苯乙烯單程收率的前提下，盡量采用較低的反應(yīng)溫度。因此乙苯絕熱脫氫反應(yīng)的進口溫度一般控制在615～645℃，隨著催化劑壽命逐漸下降，結(jié)合脫氫液中組份的變化，適當(dāng)調(diào)整反應(yīng)器入口溫度，保證脫氫系統(tǒng)反應(yīng)得到的脫氫液中苯乙烯含量在59%左右。

4.3反應(yīng)冷卻系統(tǒng)

（1）加強生產(chǎn)監(jiān)控，減少生產(chǎn)波動，及時根據(jù)壓差等數(shù)據(jù)判斷換熱器的堵塞情況。（2）正常生產(chǎn)時，確保0.04MPa吹掃蒸汽正常投用。為了保證死區(qū)有過量的蒸汽，部分吹掃蒸汽改為0.35MPa。正壓生產(chǎn)時，將吹掃蒸汽由0.04MPa蒸汽改為0.35MPa蒸汽。

5注意事項

（1）在增壓系統(tǒng)的尾氣中含體積分?jǐn)?shù)3%左右的二氧化碳，氣體在冷卻過程中，溶于冷凝產(chǎn)生的液態(tài)水中，形成飽和碳酸溶液，進而形成低pH值酸性腐蝕環(huán)境，對碳鋼產(chǎn)生較嚴(yán)重的腐蝕。（2）在冷卻器殼程中，致使新鮮的金屬界面暴露在碳酸溶液中，遭受流體強烈的沖刷，從而加劇了腐蝕。（3）尾氣增壓系統(tǒng)冷卻器的材質(zhì)為不銹鋼和碳鋼，在水溶液中直接接觸，致使電極電位較負(fù)的碳鋼發(fā)生電化學(xué)腐蝕。（4）對殼體內(nèi)壁坑蝕嚴(yán)重部位進行堆焊打磨修復(fù)，對未進行包焊的接管焊縫采用打磨坡口和包焊，在條件允許的情況下，建議在殼體存在液相發(fā)生腐蝕的區(qū)域襯一層1mm左右304不銹鋼。（5）鑒于氫氣物料的危險性，在經(jīng)濟條件允許時，建議將該組冷卻器殼體及碳鋼內(nèi)件升級為不銹鋼。（6）可增設(shè)腐蝕在線監(jiān)測設(shè)施，實時監(jiān)控尾氣增壓系統(tǒng)腐蝕情況，保障裝置安全運行。

結(jié)語

影響苯乙烯裝置長周期穩(wěn)定運行的主要因素除了苯乙烯聚合問題，尾氣增壓系統(tǒng)的腐蝕也是其中之一。對影響苯乙烯聚合的因素進行分析，發(fā)現(xiàn)高溫部位及設(shè)備死區(qū)更易發(fā)生聚合堵塞現(xiàn)象。針對裝置容易發(fā)生聚合的部位，分析聚合原因，及時采取應(yīng)對措施。同時，對尾氣增壓系統(tǒng)的設(shè)備和管線腐蝕情況從操作和設(shè)備運行上進行嚴(yán)格把控，條件允許的情況下采用升級材質(zhì)為不銹鋼，同時增設(shè)在線腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)對尾氣增壓系統(tǒng)腐蝕情況實時監(jiān)控，保證苯乙烯裝置長周期穩(wěn)定運行。苯乙烯裝置日常操作運行中應(yīng)把工作細(xì)化、認(rèn)真對待，對系統(tǒng)源頭、過程、末端的監(jiān)控與實施提高警惕，對苯乙烯裝置各參數(shù)變化異常提前預(yù)判，確保苯乙烯裝置長周期的穩(wěn)定運行。

參考文獻：

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（作者單位：中國昆侖工程有限公司沈陽分公司）