催化裂化反再系統(tǒng)腐蝕影響分析

趙連元，王 楷，楊明明

(中國(guó)石油天然氣股份有限公司獨(dú)山子石化分公司，新疆 獨(dú)山子 833600)

反再系統(tǒng)是催化裂化裝置的核心設(shè)備，腐蝕泄漏嚴(yán)重時(shí)可造成裝置停工，嚴(yán)重影響裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行。反再系統(tǒng)腐蝕主要表現(xiàn)為高溫氣體腐蝕、催化劑的沖蝕、應(yīng)力腐蝕及露點(diǎn)腐蝕。該文通過分析催化裂化反再系統(tǒng)主要存在的腐蝕形式、腐蝕機(jī)理，找出了易發(fā)生腐蝕部位并提出了相應(yīng)措施。對(duì)反再系統(tǒng)發(fā)生腐蝕案例進(jìn)行了分析，并針對(duì)腐蝕情況采取了相應(yīng)的防護(hù)措施，減緩了催化裂化裝置反再系統(tǒng)的腐蝕。

1 高溫氣體腐蝕

1.1 高溫氣體腐蝕易發(fā)生部位

再生器高溫部位內(nèi)部構(gòu)件;再生器內(nèi)構(gòu)件各支撐筋板;再生器內(nèi)部旋風(fēng)器龜甲網(wǎng);再生器內(nèi)部構(gòu)件選材不符合高溫使用要求等部件。

1.2 高溫氣體腐蝕的預(yù)防措施

檢修中主要對(duì)兩器內(nèi)構(gòu)件進(jìn)行選材確認(rèn)，保證設(shè)備內(nèi)構(gòu)件材質(zhì)符合高溫使用要求;在正常生產(chǎn)過程中，要嚴(yán)格控制再生器床溫，保證不超溫;每周定期進(jìn)行兩器系統(tǒng)熱檢，主要對(duì)兩器外壁進(jìn)行宏觀檢查。檢查兩器外壁有無局部過熱、紅斑、漏點(diǎn)現(xiàn)象等。

1.3 高溫氣體腐蝕案例

2008年9月再生煙氣濃度、粒度超標(biāo)，催化劑單耗上升較大，催化劑跑損嚴(yán)重，最終導(dǎo)致裝置停工檢修。鑒定時(shí)發(fā)現(xiàn)再生器一級(jí)旋風(fēng)分離器東北組出口筒節(jié)部分磨蝕穿洞，最大直徑約360 mm。原因?yàn)樾L(fēng)分離器使用時(shí)間過長(zhǎng)(已經(jīng)運(yùn)行14 a)所致;再生器內(nèi)高溫條件下一級(jí)旋風(fēng)分離器被氧化，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生脫碳，使鋼中的碳被氧化后生成CO和CO2離開金屬表面，使鋼的表面的固溶碳減少，影響了鋼的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)降低了鋼的疲勞極限和表面硬度;催化劑沖蝕，造成旋風(fēng)分離器局部穿孔。針對(duì)腐蝕情況在穿孔部位進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)焊，更換鋼板，同時(shí)修復(fù)內(nèi)壁襯里，在2009年鑒定時(shí)該部位未出現(xiàn)異常情況，考慮裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行，在2009年大修時(shí)將再生器旋風(fēng)分離器更換，至今運(yùn)行正常。

2 催化劑的沖蝕

2.1 催化劑沖蝕易發(fā)生部位

旋風(fēng)分離器出口、翼閥閥板、主風(fēng)分布管管嘴和煙氣管道上彎頭等。

2.2 催化劑沖蝕磨蝕的預(yù)防措施

在檢修中嚴(yán)格控制檢修質(zhì)量，對(duì)沖蝕較嚴(yán)重的部位應(yīng)合理使用耐磨襯里材料，旋分器及兩器內(nèi)部異型部位的內(nèi)部襯里應(yīng)選用合理的耐磨襯里材料如:剛玉、TA-218等材料;在裝置開停工過程中嚴(yán)格按照升溫曲線圖控制升溫速度;在正常生產(chǎn)過程中合理控制加工量，防止設(shè)備超負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行，降低催化劑沖蝕磨損。

2.3 催化劑沖蝕磨蝕案例

2008年8月對(duì)反再系統(tǒng)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度熱偶套管磨損嚴(yán)重(見下圖1)。

圖1 反應(yīng)熱偶磨損Fig.1 Reaction heat even wear

分析原因認(rèn)為:該熱偶在沉降器粗旋出口，由于此部位催化劑流速較快，導(dǎo)致熱偶套管磨損嚴(yán)重。針對(duì)該問題在熱偶下方增加V型帶龜甲網(wǎng)襯里保護(hù)熱偶套管，有效地解決了該問題(見圖2)。

圖2 采用V型帶龜甲網(wǎng)襯里熱偶套管Fig.2 V-belt hexsteel thermocouple sleeve lining

3 應(yīng)力腐蝕

3.1 應(yīng)力腐蝕易發(fā)生部位

兩器頂部焊縫處;兩器外壁與熱偶套管焊縫處;三旋進(jìn)出口焊縫處;膨脹節(jié)。

3.2 應(yīng)力腐蝕的預(yù)防措施

在檢修中嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，確保焊接質(zhì)量;在正常生產(chǎn)中定期對(duì)反再系統(tǒng)檢測(cè)，主要對(duì)再生器頂、大煙道管線、三旋進(jìn)出口、膨脹節(jié)等部位進(jìn)行定期檢查，并制作相應(yīng)表格，對(duì)檢查情況進(jìn)行記錄，對(duì)異常部位進(jìn)行分析，查找出原因，及時(shí)處理。

3.3 應(yīng)力腐蝕案例

2009年4月9日16∶00車間人員巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)再斜管卸料線焊縫處有裂紋，裂紋長(zhǎng)達(dá)100 mm(見圖3)。立即通知檢修公司搶修，并在斷裂部位進(jìn)行標(biāo)記。10 min后搶修人員到現(xiàn)場(chǎng)，該裂紋兩邊又各擴(kuò)展10 mm左右。17∶30開始補(bǔ)焊，處理過程中焊縫已經(jīng)有氣體泄漏出來，18∶50恢復(fù)正常。

圖3 斜管卸料線焊縫處裂紋Fig.3 Inclined tube discharge line weld cracks

由于該部位斜管溫度在300℃左右，而焊縫部位只有100℃左右，并且該部位為盲頭死區(qū)，存在露點(diǎn)腐蝕條件;該管線閥門與平臺(tái)接觸，提升管斜管工作存在振動(dòng)工況，該部位受到交變應(yīng)力作用，存在疲勞現(xiàn)象;管線材質(zhì)為15CrMo，焊縫為不銹鋼，斷裂部位為焊縫，存在應(yīng)力集中現(xiàn)象。針對(duì)裂紋情況對(duì)反再系統(tǒng)重點(diǎn)部位進(jìn)行清查，在檢修中落實(shí)整改;對(duì)兩器、分餾系統(tǒng)加強(qiáng)檢查，每?jī)稍逻M(jìn)行一次徹底檢查(包括所有焊縫、熱偶、引管等)，制定關(guān)鍵設(shè)備特護(hù)細(xì)則;積極開展裝置易腐蝕部位查找以及定點(diǎn)測(cè)厚、測(cè)溫工作，確保對(duì)敏感部位重點(diǎn)監(jiān)控，值班干部確保熱點(diǎn)部位的檢查質(zhì)量，有效利用設(shè)備研究所熱成像儀進(jìn)行高溫部位監(jiān)測(cè)。

4 露點(diǎn)腐蝕

4.1 露點(diǎn)腐蝕主要發(fā)生部位

煙氣系統(tǒng)膨脹節(jié)，膨脹節(jié)內(nèi)襯筒體與膨脹波之間沒有反吹氣，導(dǎo)致內(nèi)部區(qū)域形成死區(qū)，當(dāng)溫度低于140℃時(shí)，形成酸性凝液，導(dǎo)致膨脹波腐蝕失效;低溫部位熱電偶套管間隙，由于該間歇存在死區(qū)，同樣可以形成酸性凝液，導(dǎo)致腐蝕失效;大煙道內(nèi)部襯里出現(xiàn)鼓包或者裂紋，導(dǎo)致煙氣在器壁形成凝液，導(dǎo)致設(shè)備腐蝕;廢鍋低溫省煤器，由于底溫省煤器管束內(nèi)無鹽水溫度在80℃左右，進(jìn)入低溫省煤器的煙氣在200℃左右，經(jīng)過換熱后溫度低于140℃時(shí)，形成酸性凝液，導(dǎo)致省煤器管束腐蝕。

4.2 露點(diǎn)腐蝕的預(yù)防措施

煙氣系統(tǒng)膨脹節(jié)沒有反吹風(fēng)的在檢修中更換為反吹風(fēng)膨脹節(jié)，抑制凝液形成。在膨脹節(jié)外表面增加外伴熱，提高膨脹節(jié)溫度，從而減緩露點(diǎn)腐蝕;對(duì)反再系統(tǒng)所有熱偶套管、測(cè)壓管嘴、引線接管進(jìn)行專項(xiàng)檢查，對(duì)熱偶套管、測(cè)壓接管進(jìn)行保溫，提高接管壁溫，減緩腐蝕速度。對(duì)熱偶套管、測(cè)壓接管保溫處留測(cè)溫孔，對(duì)接管進(jìn)行熱成像測(cè)溫監(jiān)控，及時(shí)觀察各個(gè)接管溫度趨勢(shì)。廢鍋增加預(yù)熱器，提高無鹽水進(jìn)低溫省煤器溫度，嚴(yán)格控制無鹽水進(jìn)低溫省煤器溫度不小于145℃，減緩省煤器管束腐蝕。

4.3 酸露點(diǎn)腐蝕案例

2012年2月16日20∶15車間人員檢查發(fā)現(xiàn)再生器測(cè)壓管嘴有催化劑泄漏，立即進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)處理。由于該漏點(diǎn)在再生器器壁與測(cè)壓接管夾角焊縫處，處理困難。高溫、高流速催化劑磨損使泄漏部位持續(xù)擴(kuò)大，催化劑大量噴出，處理人員無法靠近。立即降低加工量至80 t/h、減小再生器壓力至0.12 MPa，同時(shí)啟用應(yīng)急預(yù)案做好裝置停工準(zhǔn)備。將測(cè)壓管嘴反吹風(fēng)閥門全開(風(fēng)壓0.4 MPa大于再生器壓力0.12 MPa)，阻止了催化劑向外噴出，緊張局面得以緩解。立即組織施工人員現(xiàn)場(chǎng)包焊處理，23∶25現(xiàn)場(chǎng)處理、試壓完畢。1 h后生產(chǎn)恢復(fù)正常(見圖4)。

圖4 再生器測(cè)壓管嘴腐蝕部位Fig.4 Regenerator pressure nozzle corroded areas

熱偶套管及測(cè)壓管腐蝕痕跡都處于迎風(fēng)側(cè)，而熱偶套管及測(cè)壓管長(zhǎng)期處于死區(qū)狀態(tài)，加上冬天環(huán)境溫度較低，煙氣中含有大量的NOx，SOx及水汽遇冷后會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)酸介質(zhì)，形成露點(diǎn)腐蝕環(huán)境，加劇了對(duì)套管腐蝕，從而導(dǎo)致套管腐蝕穿孔。對(duì)反再系統(tǒng)所有接管及熱偶套管進(jìn)行排查，對(duì)查出隱患部位進(jìn)行包焊處理;對(duì)反再系統(tǒng)熱偶套管、測(cè)壓接管進(jìn)行保溫，提高接管壁溫，減緩腐蝕速度;對(duì)反再系統(tǒng)熱偶套管、測(cè)壓接管保溫處留測(cè)溫孔，對(duì)接管進(jìn)行熱成像測(cè)溫監(jiān)控，及時(shí)觀察各個(gè)接管溫度趨勢(shì);按照現(xiàn)在反再系統(tǒng)熱偶套管、測(cè)壓接管，進(jìn)行預(yù)制包焊管殼，在緊急情況下以作備用，節(jié)約搶修時(shí)間，防止事故的擴(kuò)大。

5 結(jié)束語(yǔ)

催化裂化裝置反再系統(tǒng)的腐蝕不利于裝置的長(zhǎng)周期安全平穩(wěn)運(yùn)行，因此在檢修過程中嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，在正常生產(chǎn)中加強(qiáng)易腐蝕部位設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控，不斷完善腐蝕的防護(hù)措施，才可減緩裝置反再系統(tǒng)腐蝕。

[1]顧望平，邵祖光，劉積文，等.煉油設(shè)備工程師手冊(cè)[M].北京:中國(guó)石化出版社，2010:774-815.

[2]龔敏，余祖孝，陳琳，等.金屬腐蝕理論及腐蝕控制[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009:86-94.