加氫裝置高壓空冷器的腐蝕與防護(hù)

周璐璐

摘 要：高壓空冷器是石化行業(yè)中的關(guān)鍵設(shè)備，具有高壓高溫的特點(diǎn)，一旦發(fā)生腐蝕泄露問題，容易引起非計(jì)劃停車。本文針對加氫高壓空冷器腐蝕問題和原因進(jìn)行了探討，提出了高壓空冷器防腐對策及材料選擇方面的要求，旨在為工程實(shí)踐提供一定的借鑒價(jià)值。

關(guān)鍵詞：加氫裂化；腐蝕防護(hù)；設(shè)備；空冷器

中圖分類號：TE965 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

石化行業(yè)中，高壓空冷器應(yīng)用較多，在長期高溫、高壓氫氣流作用下，極易發(fā)生泄露、失效等問題，危害極為嚴(yán)重，需要引起足夠重視?，F(xiàn)階段，各大油田長期連續(xù)開采，導(dǎo)致原油性質(zhì)惡化問題突出，增加了介質(zhì)中硫、氮元素的含量，進(jìn)而容易生成硫化氫、氨氣等腐蝕性氣體，對煉油產(chǎn)業(yè)的危害較大。在煉油作業(yè)中，容易引起腐蝕防護(hù)、產(chǎn)品質(zhì)量保證方面的問題，嚴(yán)重降低了裝置運(yùn)行穩(wěn)定性，為此，需要解決加氫工藝操作中腐蝕防護(hù)問題，這是提高工藝裝置合理性、安全性的基本前提。

1 腐蝕原因分析

加氫高壓空冷器中，裝置設(shè)計(jì)余量方面一般較低，設(shè)計(jì)選型期間，加工原料中N、S比例偏小。近年來，擴(kuò)能改造、原料各元素比例逐漸發(fā)生了變化，已經(jīng)從低硫油加工轉(zhuǎn)化為高硫油的形式，但是空冷器選型設(shè)計(jì)方面尚未跟上節(jié)奏，由于調(diào)整不足，導(dǎo)致實(shí)際操作與設(shè)計(jì)狀況存在偏差，如空冷器流速、NH4HS含量偏大。

第一，裝置設(shè)計(jì)中，有些企業(yè)的工藝中沒有設(shè)計(jì)循環(huán)氫脫硫處理，運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)值存在偏差，如Kp數(shù)值高于0.5，進(jìn)而會導(dǎo)致泄露問題。第二，裝置內(nèi)部原料改變問題的影響，一方面進(jìn)料量增加，原物料中氮元素比例增加，受散熱器設(shè)計(jì)因素限值，需要采取增加注水量的方法處理，導(dǎo)致高分水中NH4HS比例增加，增加幅度超出散熱器承受能力。通過對裝置進(jìn)行模擬分析得出，部分原料介質(zhì)中NH4HS的含量已經(jīng)超過10%。第三，部分空冷器是在原有基礎(chǔ)之上進(jìn)行改造處理，改造后，裝置內(nèi)部介質(zhì)流速高也會引起泄露問題。一般狀況下，空冷器裝置的設(shè)計(jì)流速是5.5m/s左右，但是后續(xù)改造作業(yè)中，設(shè)計(jì)人員可能進(jìn)行了限制流速處理，一旦設(shè)備運(yùn)行流速超過6.0m/s，將會引起十分嚴(yán)重的危害。第四，介質(zhì)流體分配不均的影響，對于高壓空冷器而言，結(jié)構(gòu)方面分析，進(jìn)出口管線一般是對稱布置，但是設(shè)備投入運(yùn)營后，內(nèi)部流體可能會隨管線走向、彎頭大小等發(fā)生變化，此外，空冷器泄露、檢修、重新啟動(dòng)等工況也會發(fā)生物料分配不均的問題。第五，操作穩(wěn)定性差也會引起設(shè)備腐蝕。煉化廠中，進(jìn)料含量控制不精確會導(dǎo)致設(shè)備穩(wěn)定性受到負(fù)面影響，如空冷器流速劇烈變化。再者，如果進(jìn)料中N含量增加，注水量未變，將會引起污水中NH4HS增加。當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度變化可能會引起注入點(diǎn)液相水含量的變化。為此，需要加強(qiáng)相關(guān)因素多合理分析，避免腐蝕問題的加深。第六，部分企業(yè)為了降低運(yùn)營成本，采用關(guān)停部分風(fēng)機(jī)的方法，導(dǎo)致外界環(huán)境溫度發(fā)生變化，進(jìn)風(fēng)量也隨之改變，極易引起嚴(yán)重的腐蝕問題。百葉窗開閉程度不一致也會引起進(jìn)風(fēng)量不均衡的問題。第七，空冷器系統(tǒng)腐蝕問題分析，裝置中氯離子含量過高，氯離子腐蝕問題較為復(fù)雜，仍處于研發(fā)階段。

2 系統(tǒng)防腐對策分析

2.1 材料結(jié)構(gòu)方面

從空冷器加工制造角度出發(fā)，需要及時(shí)進(jìn)行材料種類方面的調(diào)整，現(xiàn)階段空冷器采用碳鋼、Incoloy825的較多，需要結(jié)合物料性能、價(jià)格等進(jìn)行材料的選擇，二者價(jià)格差異懸殊，這一狀況限制了Incoloy825材料的應(yīng)用。有時(shí)盡管選型期間設(shè)計(jì)參數(shù)較為苛刻，但仍選擇碳鋼材料，這種方法存在一定弊端。需要空冷設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)選材意識的強(qiáng)化，并考慮細(xì)化要求、設(shè)計(jì)條件等要素。高壓空冷器方面，國內(nèi)管箱、管子以碳鋼材料為主，管端套管以1Cr18Ni9Ti為主，套管材料需要從300系列不銹鋼、Incoloy825中選擇。結(jié)合當(dāng)下使用經(jīng)驗(yàn)，絲堵式管箱的應(yīng)用范圍較“U”型管結(jié)構(gòu)更為廣泛。其次，從防腐角度出發(fā)，如果物料中氯離子含量較高，可采用每管程一排換熱管的設(shè)計(jì)模式；硫化氫含量高的裝置中，可采用抗H2S 專用低合金稀土鋼。再者，對于高壓空冷器而言，管子出入口設(shè)計(jì)需要考慮流體分配均一性的要求，保證各管子流體流量大體一致的要求?？山柚M軟件進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)分析，在此基礎(chǔ)之上考慮管箱開口、布管等設(shè)計(jì)要求等要素。此外，如果采用Incoloy825材料制造空冷器，建議管子、管箱采用相同材料，提高復(fù)合板質(zhì)量、監(jiān)管質(zhì)量等要素。從提高空冷器結(jié)構(gòu)合理性出發(fā)，一般不建議管箱進(jìn)出口位置設(shè)置異性接管，可借助入口緩沖管箱、分配孔板等進(jìn)行替代。

2.2 管道設(shè)計(jì)和平面布置分析

高壓空冷器設(shè)計(jì)制造中，注意事項(xiàng)分析如下：第一，建議采用一分二、二分四、四分八的處理模式，保證整體對稱加工。第二，進(jìn)出口管子的連接處可采用三通形式處理。若必須采用彎頭設(shè)置，需要重點(diǎn)考慮直管段長度等要素，建議直觀長度大于10倍管徑。第三，企業(yè)設(shè)備運(yùn)行一段期間后，一般腐蝕最為嚴(yán)重的區(qū)域是散熱器管子進(jìn)出口位置，為此需要考慮管線壁厚的調(diào)整。第四，為了合理考察參數(shù)影響，進(jìn)出口管線需要加強(qiáng)溫度指示方面的考慮，是避免發(fā)生偏流的常規(guī)做法。第五，彎頭設(shè)置中，一般不建議與連接管在一個(gè)平面，可垂直連接處理。第六，對于完成對稱的空冷器布置處理中，可根據(jù)工藝需求進(jìn)行單點(diǎn)注水、多點(diǎn)注水管理。后者關(guān)鍵問題在于考慮注水量的要求，盡量保證注水點(diǎn)與空冷器位置接近。

2.3 腐蝕控制原則

第一，需要根據(jù)Kp數(shù)值大小進(jìn)行腐蝕環(huán)境的選擇，一般當(dāng)Kp小于0.3時(shí)，可將高壓空冷器看作碳鋼管束；當(dāng)Kp在0.3～0.5時(shí)，腐蝕復(fù)雜度較高，可根據(jù)實(shí)際狀況選擇碳鋼或者高合金鋼；當(dāng)Kp高于0.5時(shí)，腐蝕概率大幅增加，建議散熱器材料選擇Incoloy825材料，這對整體安全性具有極大幫助。

第二，從系統(tǒng)工藝運(yùn)行角度出發(fā)，需要盡量避免氯離子含量過高引起的危害，可采取的策略包括：控制原料，如及時(shí)對物料進(jìn)行氫補(bǔ)充、注水處理；還可以選擇型號更高的材料，如哈氏合金材料。一般建議選擇前者，原因在于氯離子含量過高狀況下，散熱器材料的抗腐蝕性、成本等差異較大。國外工程公司一般會選擇哈氏合金材料，國內(nèi)尚未有所應(yīng)用。此外，為了避免氯離子的負(fù)面影響，可采用碳鋼、Incoloy825材料等進(jìn)行處理，該材料在抗銨鹽、抗氯離子方面效果較好，但該材料結(jié)構(gòu)并不能完全解決氯離子的負(fù)面影響，需要結(jié)合操作彈性、安全余量等進(jìn)行計(jì)算分析。

第三，當(dāng)下國內(nèi)高壓空冷器中，不論碳鋼、高合金鋼，設(shè)計(jì)期間需要充分考慮流速范圍的影響，避免流速過高過低等帶來的負(fù)面影響。一般如果散熱器材料為碳鋼，建議流速為3m/s～6m/s，雙相不銹鋼為3m/s～9m/s。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，大部分設(shè)計(jì)人員對流速上限重視度較高，單位考慮流速下限的影響，需要對這方面問題進(jìn)行優(yōu)化處理。高壓空冷器方面，需要考慮300系列的不銹鋼材料，這對避免氯離子腐蝕問題具有極大幫助。

2.4 工藝設(shè)計(jì)方面的優(yōu)化

為了保證上述設(shè)計(jì)要求的順利實(shí)現(xiàn)，需要考慮工藝要求等要素，這對提高空冷器安全性具有極大幫助。結(jié)合催化劑、負(fù)荷等要素進(jìn)行控制。并結(jié)合注水量、注水點(diǎn)等進(jìn)行管理和優(yōu)化，及時(shí)降低水中銨鹽含量。如果需要進(jìn)行多點(diǎn)注水處理，需要考慮水量要求。此外，引入系統(tǒng)中的水不可含有其他雜志，這是降低系統(tǒng)腐蝕的重要措施。

結(jié)語

當(dāng)下石化煉化企業(yè)中，高壓散熱器應(yīng)用范圍逐漸增大，影響因素逐漸增多，需要結(jié)合設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等要求進(jìn)行分析，保證滿足行業(yè)基本規(guī)范。并結(jié)合中石化、中石油企業(yè)調(diào)查報(bào)告、腐蝕結(jié)果等進(jìn)行全面分析，及時(shí)選擇合理的解決措施，降低硫、氮引起的管道腐蝕問題，必要時(shí)可添加緩釋阻垢劑，保證整體運(yùn)行滿足安全性、合理性的基本要求。

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