加工高酸原油電脫鹽排水換熱器泄漏原因分析

葛玉龍，王曉峰，左 甜，王 寧，潘 巖，馬方義

（1.中海油（青島）重質(zhì)油加工工程技術(shù)研究中心有限公司，山東青島266500；2.青島惠正石油化工有限公司，山東青島266500）

加工高酸原油電脫鹽排水換熱器泄漏原因分析

葛玉龍1，王曉峰2，左 甜1，王 寧1，潘 巖1，馬方義1

（1.中海油（青島）重質(zhì)油加工工程技術(shù)研究中心有限公司，山東青島266500；2.青島惠正石油化工有限公司，山東青島266500）

針對某煉油廠加工高酸原油常減壓蒸餾裝置電脫鹽排水換熱器的腐蝕泄漏問題，分析其主要腐蝕原因為原油中攜帶的改性聚丙烯酰胺驅(qū)油劑（AP-P4）和泥沙隨含鹽排水進入電脫鹽換熱器，沉積到管束上，導(dǎo)致氯離子聚集，產(chǎn)生垢下腐蝕。結(jié)合裝置實際運行情況采用以下措施：強化罐區(qū)高溫沉降脫水，減少改性聚丙烯酰胺驅(qū)油劑及鹽類、泥沙進入電脫鹽罐；在電脫鹽排水換熱器前增設(shè)過濾器，過濾改性聚丙烯酰胺及泥沙，減緩換熱器的結(jié)垢腐蝕；采用化學(xué)Ni-P鍍、涂層防護、提高電脫鹽排水換熱器的材質(zhì)等方法，提高了換熱器防腐性能。

電脫鹽換熱器 高酸原油 改性聚丙烯酰胺驅(qū)油劑 垢下腐蝕

某煉油廠常減壓裝置設(shè)計加工能力500 kt／a，以重質(zhì)低硫高酸環(huán)烷基原油為原料，密度為968.5 kg／m3，酸值為 3.61 mgKOH／g，鹽質(zhì)量濃度 17.9 mg／L。油田為了提高采油收率，該類原油通常在采油過程中使用改性聚丙烯酰胺（AP-P4）驅(qū)油［1］，導(dǎo)致采出原油含有大量的AP-P4。原料性質(zhì)詳見表1。

表1 某高酸原油性質(zhì)

通過調(diào)查了解電脫鹽注水、排水換熱器堵塞和腐蝕現(xiàn)象，其中2013年5月該裝置檢修時電脫鹽注水、排水換熱器E123／2管束因局部腐蝕穿孔更換，E123／1于2014年5月份出現(xiàn)腐蝕穿孔泄漏。

針對相關(guān)腐蝕情況開展了現(xiàn)場勘察，并對結(jié)垢和腐蝕原因進行分析。提出了相關(guān)防腐蝕建議措施，從而確保裝置長周期運行。

1 現(xiàn)場檢查情況

現(xiàn)場檢查換熱器管束，發(fā)現(xiàn)固定管板側(cè)管束有厚3～5 mm灰白色垢物，表面有鹽的結(jié)晶。浮動管板側(cè)及管束下部堵塞灰黑色膠狀黏稠物即改性聚丙烯酰胺驅(qū)油劑。固定管板及管內(nèi)有灰白色垢物，管板存在垢下腐蝕，腐蝕坑深2～3 mm；清理垢物后，發(fā)現(xiàn)管束有垢下腐蝕坑，直徑1～5 mm，坑深1.0～1.3 mm，詳見圖1；管束共兩處腐蝕穿孔部位，如圖2所示，第一處距固定管板約1.2 m，位于固定管板側(cè)下7右1管，孔洞直徑為6 mm，另一處距固定管板20 mm，位于固定管板側(cè)下1左1，孔洞直徑為2 mm。

圖1 E123／1管束腐蝕結(jié)垢形貌

圖2 E123／1管束泄漏部位

2 腐蝕原因分析

2.1 腐蝕機理

腐蝕穿孔部位分別距固定管板約1.2 m和0.2 m，在管束中下部，處于殼程末端，因固定管板的阻擋，導(dǎo)致殼程末端高溫電脫鹽排水流速變慢，水中的改性聚丙烯酰胺驅(qū)油劑攜帶的鹽類在此積聚，由于管材制造的不均勻性，組織中存在缺陷，導(dǎo)致該部位過早出現(xiàn)腐蝕，蝕孔是陽極反應(yīng)，是一種自催化結(jié)果。腐蝕孔內(nèi)的腐蝕過程產(chǎn)生的條件既促進又足以維持蝕孔活性。在腐蝕發(fā)生的初始階段，陽極溶解離子化；介質(zhì)中Cl－有較強的活性和吸附性，優(yōu)先吸附在金屬表面形成鐵的氯化物，形成一個閉塞的電路。氯化物水解形成鹽酸，破壞鈍化膜，形成腐蝕坑，并降低溶液pH值，導(dǎo)致酸性增強，加速金屬的溶解。氧化劑的存在又加速了氧的去極化作用，造成了蝕坑的擴大、加深。隨著管外壁結(jié)垢和腐蝕的不斷進行，造成腐蝕部位的金屬鹽濃縮，進一步降低該部位pH值，導(dǎo)致Cl－不斷通過腐蝕產(chǎn)物向腐蝕孔內(nèi)遷移、集中，在酸性增強的同時出現(xiàn)一種自催化過程，最終造成管壁穿孔泄漏［2-3］。

2.2 原因分析

（1）垢下腐蝕環(huán)境

該裝置加工的原油在采油過程中采用締合聚合物—改性聚丙烯酰胺（AP-P4）驅(qū)油，該物質(zhì)以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)存在，有很好粘結(jié)和包裹性，攜帶大量泥沙隨電脫鹽排水進入換熱器，因固定管板的阻擋，造成殼程含鹽污水在該部位流速減慢，使改性聚丙烯酰胺和泥沙類物質(zhì)聚集、并逐漸變大形成聚集體，造成堵塞，進而形成垢下腐蝕環(huán)境［1］22。

（2）海洋高酸原油品質(zhì)劣化

該裝置加工的高酸原油鹽含量較高，見圖3。2014年2—6月，質(zhì)量濃度最高達到32.8 mg／L，平均鹽質(zhì)量濃度在 17.9 mg／L，較高的原油鹽質(zhì)量濃度及電脫鹽排水含鹽量，導(dǎo)致電脫鹽注水、排水換熱器管束Cl－腐蝕加劇，脫后含鹽水流速降低，產(chǎn)生結(jié)垢和腐蝕，在管壁局部發(fā)生穿孔泄漏。

圖3 裝置加工原油鹽質(zhì)量濃度

（3）操作條件

電脫鹽注水和排水換熱器E123／1-2主要作用是通過電脫鹽注水和排水換熱，提高注水溫度，提高電脫鹽效率，殼程介質(zhì)為電脫鹽排水，溫度在70～135℃，處于Cl－低溫腐蝕范圍，易引發(fā)低溫露點腐蝕，其詳細操作參數(shù)見表2。

表2 電脫鹽換熱器參數(shù)

3 解決措施

（1）加強原油罐區(qū)的高溫沉降脫水，盡可能地脫除原油中攜帶的驅(qū)油助劑、鹽類和泥沙，減少其進入電脫鹽罐的量，減輕換熱器結(jié)垢、堵塞和腐蝕。

（2）采用化學(xué)Ni-P鍍、涂層防護和提高冷凝冷卻器的材質(zhì)等方法，提高換熱器防腐蝕性能［4-5］。

4 措施效果

綜合考慮生產(chǎn)實際情況，采取了以上防腐蝕措施，原油在罐區(qū)的沉降時間由原24 h調(diào)整為48～72 h；提高原油儲存溫度，由原來油溫55℃調(diào)整為60～65℃；增加切水頻率，由1次／6 h縮短到1次／4 h，每次約20 min。切水中改性聚丙烯酰胺膠狀物明顯增多，見圖4。

圖4 切水口水樣

更換的碳鋼換熱器管束外部采用耐蝕性、阻垢性和導(dǎo)熱性較好的SY-99涂層。

采取上述兩項措施后，電脫鹽排水換熱器運行正常，1 a后檢修抽芯檢查涂層完好如初（見圖5），未發(fā)生泄漏事故。

5 結(jié) 論

（1）換熱器失效主要原因是原油中攜帶的改性聚丙烯酰胺驅(qū)油劑（AP-P4）和泥沙隨含鹽排水進入電脫鹽換熱器，沉積到管束上，導(dǎo)致氯離子聚集，產(chǎn)生垢下腐蝕。

（2）在電脫鹽排水換熱器前增設(shè)過濾器并定期清理，過濾改性聚丙烯酰胺和泥沙，減輕換熱器腐蝕。

圖5 電脫鹽排水換熱器抽檢

［1］ 葛玉龍，潘巖，晉西潤，等.締合聚合物對常減壓蒸餾裝置的影響及對策［J］.石油化工腐蝕與防護，2015，32（4）：22-27.

［2］ 張玉軒.電脫鹽換熱器失效分析［J］.石油化工腐蝕與防護，2004，21（2）：37-39.

［3］ 高麗巖.換熱器管束失效分析［J］.化工裝備技術(shù)，2005，26（4）：54-56.

［4］ 薛光亭，黃國都.加工海洋高酸原油常減頂冷卻器腐蝕原因分析［J］.石油化工腐蝕與防護，2014，31（4）：52-56.

［5］ 崔正丹，何德良，龔德勝，等.電脫鹽切水換熱器聯(lián)合保護的研究與設(shè)計［J］.四川化工，2008，11（5）：31-35.

Reason Analysis of Electric Desalting Drainage Heat Exchanger for Processing High Acid Crude Oil

Ge Yulong1，Wang Xiaofeng2，Zuo Tian1，Wang Ning1，Pan Yan1，Ma Fangyi1
（1.CNOOC（Qingdao）Heavy Oil Processing Engineering Research Center Co.，Ltd.，Qingdao 266500，China；2.Qingdao Huizheng Petrochemical Co.，Ltd.，Qingdao 266500，China）

As for the corrosion leakage occurred in drain heat exchanger of atmospheric-vacuum distillation unit in a refinery for high acid crude oil processing，main corrosion causes were analyzed：along with saline drainage，modified polyacrylamide oil displacement agent（AP-P4）carried in crude oil and sediment enter into electric desalting heat exchanger，then deposited on tube bundle，which led to accumulation of chloride ions，resulting in under-deposit corrosion.Countermeasures were taken in combination with practical operation of device：strengthening high temperature sedimentation dehydration in tank area so as to reduce modified polyacrylamide oil displacement agent，salt and sediment enter into electric desalting tank；installing additional filter before electric desalting drainage heat exchanger in order to slow down scaling and corrosion by filtering off modified polyacrylamide and sediment；improving corrosion resistance performance of heat exchanger by adopting the methods of electroless plating Ni-P，coating protection and improve material of electric desalting drain heat exchanger，etc.Satisfactory effects were achieved after improvement.

electrical desalting heat exchanger，high acid value crude lil，modified polyacrylamide oil displacement agent，under-deposit corrosion

2017-07-17；修改稿收到日期：2017-09-20。

葛玉龍（1974—），設(shè)備管理工程師，國家注冊安全工程師，項目管理工程師，美國項目管理學(xué)會PMP，現(xiàn)在該公司從事煉化企業(yè)設(shè)備腐蝕管理、設(shè)備工程管理、節(jié)能技術(shù)管理工作。E-mail：geyl＠cnooc.com.cn

（編輯 王菁輝）