催化穩(wěn)定塔底重沸器管束腐蝕泄漏分析①

文 朋

(玉門油田分公司煉化總廠)

催化穩(wěn)定塔底重沸器管束腐蝕泄漏分析①

文 朋

(玉門油田分公司煉化總廠)

針對(duì)某催化裝置穩(wěn)定塔底重沸器管束的泄漏情況，分析得出其中介質(zhì)流動(dòng)不暢汽化后形成氣泡對(duì)管束的撞擊和含硫介質(zhì)腐蝕是管束腐蝕泄漏的主要原因，并從工藝操作、設(shè)計(jì)選材等方面提出防護(hù)措施。

催化裝置 重沸器 管束 腐蝕 泄漏

玉門煉化總廠催化裝置于1994年11月建成投產(chǎn)，原設(shè)計(jì)規(guī)模500kt/a，2004年9月改造為800kt/a，吸收穩(wěn)定系統(tǒng)利舊未進(jìn)行改造。穩(wěn)定汽油自重沸器H-303加熱后返回穩(wěn)定塔，熱源采用催化裝置回?zé)捰汀?016年3月發(fā)現(xiàn)分餾塔回?zé)捰托孤┲练€(wěn)定汽油中，隨后停用H-303更換管束，抽芯后發(fā)現(xiàn)管束腐蝕穿孔泄漏嚴(yán)重，筆者對(duì)泄漏情況和原因進(jìn)行了現(xiàn)場分析。

1 設(shè)計(jì)及操作條件

穩(wěn)定塔底重沸器H-303原設(shè)計(jì)為殼體材料16MnR，管束材料09Cr2AlMoRE。2013年9月整體更換該換熱器，由湖北晨光石化設(shè)備有限公司制造，殼體材料Q345R，管束材料10#。管程設(shè)計(jì)溫度420℃，操作溫度350℃；殼程設(shè)計(jì)溫度285℃，操作溫度180℃。

2 外觀腐蝕情況

催化裝置H303管束抽芯后，發(fā)現(xiàn)管束外側(cè)呈黑褐色，管束底部和管束上部出口到兩側(cè)管板之間光潔度較好，無明顯腐蝕痕跡；肉眼觀察管束內(nèi)部，內(nèi)表面比較光潔無明顯腐蝕痕跡。管束正上方換熱管之間被灰黑色積垢堵死，由圖1看出管束上面的垢層堆積致密，清除換熱管兩側(cè)出口之間表面垢層后，發(fā)現(xiàn)垢層下管束減薄最嚴(yán)重，表面存在蜂窩狀點(diǎn)蝕坑，已出現(xiàn)縱向裂口(圖2)，檢查周邊管束，發(fā)現(xiàn)腐蝕減薄嚴(yán)重。管束屬于均勻減薄后被腐蝕穿孔。判斷腐蝕主要存在于管壁外側(cè)，即殼程汽油一側(cè)介質(zhì)流動(dòng)不暢汽化后造成起氣泡對(duì)管束撞擊和含硫介質(zhì)腐蝕是管束腐蝕泄漏的主要原因。

圖1 管束結(jié)垢情況

圖2 管束腐蝕情況

3 泄漏原因分析

3.1 介質(zhì)汽化造成高速氣泡撞擊

穩(wěn)定汽油在管束上方處于氣相向液相轉(zhuǎn)變過程，汽化量大，氣流中形成大量含有硫化氫及液態(tài)烴等混合物的氣泡，氣泡受周圍液體擠壓崩裂，對(duì)管束表面形成錘擊，破壞金屬保護(hù)膜，腐蝕介質(zhì)不斷侵蝕最終形成蜂窩狀坑蝕[1]。同時(shí)，加劇了管束上部管子硫化氫腐蝕減薄速度，這是換熱管上方腐蝕減薄泄漏的主要原因。

3.2 死區(qū)的形成

管束上方介質(zhì)溫度最高，汽化量最大，外表面腐蝕最嚴(yán)重，積垢沉積最多，上方管束被結(jié)垢堵塞，致使流體流動(dòng)不暢，流體流速低或不流暢會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的垢下腐蝕[1]。升汽管間管束與殼體空間較小，形成死區(qū)，腐蝕情況最嚴(yán)重。在殼程升汽管位置由于空間較大，腐蝕情況相對(duì)較輕。

3.3 存在腐蝕介質(zhì)

該催化裝置穩(wěn)定塔的穩(wěn)定汽油中硫含量在3‰～4‰之間，液態(tài)烴中H2S含量最高可達(dá)到0.4%。從穩(wěn)定塔抽出的汽油、液態(tài)烴等液體混合物經(jīng)與重沸器回?zé)捰蛽Q熱到180℃，輕組分迅速汽化，在殼程上部充滿H2S、液態(tài)烴等氣體混合物，構(gòu)成換熱管與殼體之間的腐蝕環(huán)境。水分與硫化物經(jīng)加熱濃縮附著于管束表面，使管束表面形成濃度較高的濕硫化氫腐蝕環(huán)境。

硫化氫會(huì)發(fā)生電離，使水具有酸性：

H2S = H++ HS-

HS-= H++ S2-

陽極：Fe - 2e→Fe2+

陰極：2H++2e→H2

陽極反應(yīng)產(chǎn)物：Fe2++ S2-→FeS

硫化亞鐵是一種有缺陷的結(jié)構(gòu)，與鋼鐵表面的粘結(jié)力差，易脫落，易氧化，且電位較正，因而作為陰極與鋼鐵基體構(gòu)成一個(gè)活性的微電池，對(duì)鋼基體繼續(xù)腐蝕。H2S除電化學(xué)腐蝕外，還存在氫鼓泡(HB)、氫致開裂(HIC)、硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SSCC)及應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂(SOHIC)等腐蝕形態(tài)[2]。同時(shí)，H2S和無機(jī)鹽等相互促進(jìn)，進(jìn)一步加劇管束的腐蝕泄漏。

3.4 管束材料耐蝕性差

H-303管束設(shè)計(jì)材料為09Cr2ALMoRE，具有優(yōu)異的抗?jié)窳蚧瘹涓g能力，且相較于不銹鋼等材料價(jià)格低廉，在2013年以前也取得良好的使用效果，因此是一種經(jīng)濟(jì)有效的選擇，但應(yīng)注意09Cr2ALMoRE不耐Cl-腐蝕。2013年大檢修時(shí)由于H-303管束無法抽出，將換熱器整體更換，管束材料變?yōu)?0#，該材料耐蝕性能差，在高速氣流沖刷和濕硫化氫腐蝕環(huán)境下，易發(fā)生均勻減薄和應(yīng)力腐蝕開裂。

4 建議

4.1 在日常操作中要避免重沸器內(nèi)發(fā)生大量汽化，通過合理控制穩(wěn)定塔底液面和適當(dāng)提高穩(wěn)定塔操作壓力等手段，使汽化段上移。重沸器液位應(yīng)保持足夠高度，通常在管束上方應(yīng)保持150～200mm的液體，同時(shí)維持低流速，減少或避免在管束上方汽化造成高速氣流沖刷。

4.2 由于穩(wěn)定塔底重沸器換熱管外側(cè)介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)、內(nèi)外壁溫差較高，要根據(jù)操作條件合理選材，宜選用抗腐蝕性能較高的材料如滲鋁、304、316及雙相不銹鋼等。

4.3 采取一些工藝防腐措施，如在催化分餾塔頂加注中和劑、緩蝕劑，可使部分含硫腐蝕介質(zhì)溶解在汽油分液罐，隨含硫污水排出。同時(shí)，減少開停工次數(shù)，降低原料含硫量，定期清洗管束減少垢層，也可以降低管束腐蝕泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

4.4 在重沸器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段盡可能增大溫度高區(qū)域氣相組分空間，避免管束處于氣液兩相區(qū)，汽化造成高速氣流沖刷。采用折流桿、增加管束間隙、適當(dāng)增加殼程流動(dòng)空間也可提高管束使用壽命。同時(shí)，在穩(wěn)定塔底抽出處，擴(kuò)大管子直徑，可降低液體的流速，從而降低沖刷腐蝕。

[1] 李麗紅，丁杰.穩(wěn)定塔塔底換熱管管束失效淺析[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2010, 27(1)：58～60.

[2] 梁文彬.塔底重沸器泄漏與改進(jìn)[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2009,26(2)：23～26.

文朋(1987-)，工程師，從事煉化企業(yè)設(shè)備現(xiàn)場管理和設(shè)備防腐蝕管理工作，362177917@qq.com。

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2016-07-17，

2016-10-05)