常減壓裝置常壓塔塔頂板式換熱器腐蝕泄漏原因分析

周東

摘要：伴隨我國進(jìn)口原油的性質(zhì)趨于劣質(zhì)化和重質(zhì)化，越來越多的煉化企業(yè)不得不加工高硫原油。文章對常壓塔塔頂板式換熱器泄漏的原因進(jìn)行分析，并制定了相應(yīng)的防范措施。

關(guān)鍵詞：腐蝕 板式換熱器

前言：常減壓裝置作為煉化企業(yè)加工原油的龍頭裝置，對原油性質(zhì)的變化較為敏感。自加工高硫原油以來，裝置的設(shè)備出現(xiàn)不同程度的腐蝕減薄，甚至是泄漏。其中，低溫部位的腐蝕較為嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在常壓塔塔頂板式換熱器的泄漏。

1、現(xiàn)狀

該煉化企業(yè)常減壓裝置由原油電脫鹽、初餾塔、常壓蒸餾、減壓蒸餾部分組成，裝置處理能力為500萬噸/年。

1.1原油性質(zhì)

該煉化企業(yè)原油由國內(nèi)油庫原油和境外管輸原油混合組成，其中國內(nèi)油庫原油由任丘原油為主，境外管輸原油以巴士拉輕原油、盧拉原油為主，混合后的原油硫含量設(shè)防值為2.0%，酸值設(shè)防值為1.0mgKOH/g。目前常減壓裝置原油硫含量為1.5%，酸值為0.35mgKOH/g，屬于高硫低酸值性質(zhì)的原油。

1.2板換概述

L-016為裝置的常頂餾出線第一組冷卻器，共計2臺，平行并列分布。規(guī)格型號為LBQ1400-1.6-LTC，于2013年投用運行。板程介質(zhì)為常頂汽油，板束材質(zhì)為工業(yè)純鈦，操作溫度為120℃，操作壓力為0.2MPa。殼體介質(zhì)為熱媒水，材質(zhì)為Q345R。操作溫度為90℃，操作壓力為1.1MPa。近期，由于常頂板式換熱器L-016發(fā)生板束泄漏，造成殼程介質(zhì)串入板程，嚴(yán)重影響了裝置的平穩(wěn)運行。

1.3板束泄漏

L-016的泄漏發(fā)生在管板與板片結(jié)合部位的焊縫處，主要表現(xiàn)為焊縫開裂，具體如圖1所示。由于板換的殼程壓力遠(yuǎn)大于板程，板束一旦泄漏，殼程的熱媒水介質(zhì)將會串入板程的汽油中，汽油經(jīng)換熱器冷卻后，進(jìn)入塔頂回流罐進(jìn)行汽水分離，在板束泄漏量較小的情況下往往不易發(fā)現(xiàn)。在裝置大檢修期間，對冷換設(shè)備進(jìn)行抽裝管束打壓的常規(guī)檢修。抽裝管束時，發(fā)現(xiàn)板束外表面有大量淤泥。設(shè)備打壓時發(fā)現(xiàn)板束焊縫開裂滲漏。

2、原因分析

2.1制造缺陷

金屬鈦化學(xué)性質(zhì)活潑，由于其在常溫下能與空氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成具有抗腐蝕性的氧化膜而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。在焊接作業(yè)時，由于金屬鈦的導(dǎo)熱系數(shù)小、熔點高，容易形成熱量的聚集，導(dǎo)致熔合區(qū)晶間間隙變大，易形成氣孔和裂紋，大大降低了焊接接頭的綜合性能。鑒于金屬鈦本身的化學(xué)性質(zhì)，在焊接過程中易形成焊接缺陷。另外，L-016板束為人工手動焊，焊接速度、焊接電流、焊接線能量均會影響焊接質(zhì)量，焊接質(zhì)量受限于焊工水平的高低。設(shè)備進(jìn)廠驗收時，管板與板片處的焊肉有明顯的修復(fù)痕跡，側(cè)面反映出焊接缺陷普遍存在。驗收設(shè)備時，對焊縫的驗收往往只采用宏觀檢查，驗收手段不多，后期的使用中易出現(xiàn)焊縫泄漏的情況。

2.2沖刷磨損

塔頂餾出線為DN800管線，L-016入口為DN450管線，板換入口處有明顯變徑， 常頂汽油進(jìn)入L-016后流速迅速加快，對管板、板束形成沖擊。另外，常頂汽油介質(zhì)較臟易攜帶黑色焦?fàn)钣湍啵迨鴬A層間距較小，易形成堵塞，堆積至管板處。管板與板片焊縫處的焊肉長時間承受流體及黑色焦?fàn)钣湍嗟臎_刷，易形成疲勞磨損，造成焊肉減薄，直至泄漏。

2.3化學(xué)腐蝕

L-016的化學(xué)腐蝕主要表現(xiàn)在HCl腐蝕，原油中不可避免地含有NaCl、MgCl2和CaCl2等的氯化物，雖經(jīng)過電脫鹽處理但仍然無法做到完全脫除氯鹽。脫后原油經(jīng)換熱升溫后，原油中的氯鹽開始水解，生成HCl。具體反應(yīng)過程如下：

MgCl2+2H2O→Mg（OH）2+2HCl

CaCl2+2H2O→Ca（OH）2+2HCl

氯鹽水解生成的HCl，經(jīng)常頂冷卻器L-016冷卻后與冷凝水結(jié)合形成高濃度的鹽酸，鈦制換熱器在高濃度鹽酸的環(huán)境中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對設(shè)備造成腐蝕，如圖2所示。具體反應(yīng)過程如下：

2Ti+6HCl→2TiCl3+3H2↑

2.4 流體偏流

L-016殼程介質(zhì)為熱媒水，介質(zhì)較臟。在檢修鑒定期間發(fā)現(xiàn)板束外表面有大量淤泥，嚴(yán)重影響換熱器的正常換熱。伴隨著淤泥的逐漸增多，熱媒水在殼程的流動受阻，換熱器的換熱效果逐漸變差。兩臺換熱器平行并列分布，裝置運行末期出現(xiàn)偏流現(xiàn)象。熱媒水?dāng)y帶的淤泥進(jìn)一步附著在板束的外表面，形成垢下腐蝕。另外，殼程介質(zhì)熱媒水的操作壓力較高，換熱器的偏流及殼程流體流通受阻，易形成交變載荷作用在換熱器板束上，對板束長時間進(jìn)行沖擊磨損。

3、防護(hù)對策及建議

3. 1優(yōu)化塔頂三注

3. 1. 1 塔頂三注噴頭改造

常頂三注噴頭結(jié)構(gòu)過于簡單，無法起到均勻分布的效果，噴頭材質(zhì)為20#，腐蝕也較為嚴(yán)重，溶劑注入后效果欠佳。利用檢修期間將常壓塔塔頂三注噴頭進(jìn)行更新，噴頭材質(zhì)采樣抗腐蝕性能較好的鈦材。噴頭前端裝設(shè)分布器，能起到均勻分布溶劑的作用。目前三注噴頭運行良好，常頂采樣合格率有所提升。

3. 1. 2 建議增上DCS串級控制

常減壓裝置的低溫腐蝕主要以工藝防腐為主，在實際生產(chǎn)中往往依靠塔頂回流罐鐵離子、PH值的采樣分析，然后根據(jù)采樣結(jié)果來調(diào)整注劑量。然而這種采樣分析往往存在滯后性，只有暴露問題了才調(diào)整操作。建議增加在線采樣分析，對在線采樣分析數(shù)值與注劑泵量程進(jìn)行串級控制，根據(jù)采樣數(shù)值自動調(diào)整注劑泵的行程。

3. 2優(yōu)化換熱流程

L-016殼程介質(zhì)較臟，且操作壓力高達(dá)1.1MPa，不適用于制造較為精密的板式換熱器，建議選用介質(zhì)干凈、操作壓力較低的流體作為換熱的冷源。目前采用定期清理熱媒水機(jī)泵入口過濾器的措施，有條件的情況下清理熱媒水罐，達(dá)到了一定的效果，緩解了換熱器的腐蝕。

3. 3增設(shè)反沖洗流程

建議在換熱器殼程增上反沖洗流程，采用清潔的反沖洗水定期對板束進(jìn)行在線清洗，可有效清除附著在板束外表面的的淤泥，避免板束外表面結(jié)垢而形成垢下腐蝕，增強(qiáng)換熱器的換熱效果，有效延長換熱器的使用壽命。

結(jié)束語

在實際生產(chǎn)中，常減壓裝置低溫部位的腐蝕較為常見，主要控制手段仍以工藝防腐為主，部分煉化企業(yè)通過對冷換設(shè)備材質(zhì)的升級來抵御腐蝕。初常頂換熱器普遍采用鈦材，本文對常頂冷換設(shè)備的腐蝕原因做了分析，闡述了其腐蝕機(jī)理，提出了相應(yīng)的防護(hù)對策及建議，為今后的改造提供了技術(shù)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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石家莊煉化 河北 石家莊 050000