某煉廠柴油加氫裝置高壓換熱器銨鹽腐蝕內(nèi)漏分析

宋迎劍（中國石油廣西石化公司，廣西欽州535008）

某煉廠柴油加氫裝置高壓換熱器銨鹽腐蝕內(nèi)漏分析

宋迎劍（中國石油廣西石化公司，廣西欽州535008）

根據(jù)某煉廠柴油加氫高壓換熱器內(nèi)漏腐蝕分析，找出銨鹽腐蝕的根本原因，通過工藝管控，避免銨鹽腐蝕

高壓換熱器;銨鹽腐蝕

某煉廠柴油加氫精制裝置于2010年9月投入使用。2014年11月，裝置中反應(yīng)產(chǎn)物/冷原料油換熱器管束發(fā)生腐蝕減薄至穿孔，導(dǎo)致柴油產(chǎn)品硫含量超標(biāo)，裝置被迫停工。換熱器參數(shù)如表1所列。

表1 換熱器參數(shù)

1 委托檢測單位對換熱管進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)分析

1.1 換熱管材質(zhì)分析

對腐蝕失效換熱管進(jìn)行成分分析，結(jié)果如表2所列。從表中可以看出，Si元素含量較標(biāo)準(zhǔn)值偏高，但仍在GB/T222-2006允許的上偏差范圍之內(nèi)，故材質(zhì)成分基本符合要求。

元素實(shí)測值GB9948 -2006規(guī)定值C 0．18 0．12～ 0．18 Si 0．40 0．17～ 0．37 Mn 0．44 0．40～ 0．70 Cr 0．94 0．80～ 1．10 Mo 0．41 0．40～ 0．55 P 0．012≤0．015 S 0．009 4≤0．015

1.2 宏觀表面檢查

從換熱管外表面和內(nèi)表面的宏觀形貌可以看出，換熱管外表面腐蝕嚴(yán)重，有較多的腐蝕坑或垢層殘留，而內(nèi)表面腐蝕輕微，因此可以初步判斷該換熱管腐蝕減薄穿孔源于外表面腐蝕。

1.3 腐蝕產(chǎn)物分析

收集外表面腐蝕產(chǎn)物，在X射線衍射儀下進(jìn)行物相成分分析，腐蝕產(chǎn)物的主要成分為FeS，S，F(xiàn)eO(OH)。

1.4 金相組織觀察

通過對失效換熱管進(jìn)行金相顯微組織分析，金相組織為鐵素體+珠光體，但內(nèi)部組織有部分脫碳現(xiàn)象。

2 換熱管失效原因分析

2.1 工藝情況

該煉廠柴油加氫精制裝置，對催化柴油和部分直餾柴油進(jìn)行加氫精制，以改善產(chǎn)品質(zhì)量。發(fā)生失效的換熱器為反應(yīng)產(chǎn)物換熱系統(tǒng)進(jìn)入空冷器前的最后一臺換熱器，殼程介質(zhì)為反應(yīng)產(chǎn)物，管程介質(zhì)為原料柴油。當(dāng)前工藝為了防止反應(yīng)產(chǎn)物中的銨鹽在低溫部分結(jié)晶，通過注水泵將水注入該換熱器及反應(yīng)產(chǎn)物空冷器上游的管道中。

2.2 腐蝕情況分析

原料柴油經(jīng)加氫反應(yīng)器進(jìn)行脫硫脫氮等反應(yīng)后有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為H2S，有機(jī)氨轉(zhuǎn)化為NH3，有機(jī)氯轉(zhuǎn)化為HCl。當(dāng)NH3與H2S、HCl接觸時，就會生成NH4HS和NH4Cl，在一定溫度下，NH4HS和NH4Cl會發(fā)生結(jié)晶（文獻(xiàn)表明氯化銨的結(jié)晶溫度為160～220℃，且結(jié)晶溫度隨壓力升高而提高，硫氫化氨的結(jié)晶溫度為130℃左右），生成氨鹽結(jié)垢，造成設(shè)備或管道垢下電化學(xué)腐蝕。因此，雖然加氫反應(yīng)的目的是讓這些雜質(zhì)生成并分離，但這些雜質(zhì)也是加氫裝置發(fā)生氨鹽腐蝕的根源。銨鹽于換熱器或空冷器及下游流速低的部位結(jié)垢濃縮沉積造成垢下腐蝕，形成蝕坑，最終導(dǎo)致穿孔。

(a)NH4HS垢下腐蝕機(jī)理

當(dāng)介質(zhì)中含NH4HS時，若注水不足，在低流速區(qū)可能發(fā)生局部垢下腐蝕，其腐蝕機(jī)理如下：

腐蝕產(chǎn)物為FeS，在對換熱管外表面腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行物相分析時，也發(fā)現(xiàn)了FeS，但分析結(jié)果并未發(fā)現(xiàn)銨鹽成分，這可能與切割取樣之前的水壓試驗(yàn)有關(guān)。

(b)NH4Cl垢下腐蝕機(jī)理

氯化銨在一定溫度下結(jié)晶成垢，垢層吸濕潮解或垢下水解均可能形成低pH值環(huán)境，對金屬造成腐蝕，其腐蝕機(jī)理如下：

對于失效換熱管，其內(nèi)部工作介質(zhì)為原料柴油，腐蝕性?。煌獗诠ぷ鹘橘|(zhì)為加氫反應(yīng)產(chǎn)物，反應(yīng)產(chǎn)物中含有一定量的NH3與H2S、HCl，生成NH4HS和NH4Cl，在一定溫度下，NH4HS和NH4Cl會發(fā)生沉積結(jié)晶，形成蝕坑，最終導(dǎo)致?lián)Q熱管的腐蝕穿孔。

2.3 結(jié)論

基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果及以上分析，本次失效換熱管腐蝕減薄穿孔與銨鹽沉積結(jié)晶導(dǎo)致的垢下腐蝕有關(guān)。

3 整改措施

（1）提高換熱器殼程的工作溫度，避開銨鹽結(jié)晶溫度區(qū)間；

（2）保證高壓換熱器反應(yīng)產(chǎn)物殼側(cè)流程前的注水量，避免銨鹽的沉積。

[1] 《壓力容器實(shí)用技術(shù)叢書》編寫委員會.壓力容器腐蝕與控制(第二版).化學(xué)工業(yè)出版社，2015.12:402-403.