加氫裝置高壓空冷器的防腐設(shè)計分析

任亮

摘 要：高壓空冷器在石化行業(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用，可有效地保證相關(guān)設(shè)備安全穩(wěn)定地運行，但是在實際的工作過程中，系統(tǒng)被腐蝕的狀況屢見不鮮。因為空冷系統(tǒng)的設(shè)計容量有限，在原料中硫和氮的含量顯著提升狀況下，往往注水量沒有進行相應(yīng)的調(diào)整，這是造成空冷器出現(xiàn)腐蝕的最為重要的原因，此外，比如空冷器流量控制不到位，操作出現(xiàn)失誤等都是造成空冷器腐蝕的原因之一，因此應(yīng)該根據(jù)腐蝕原因提出行之有效的防腐措施，保證石化行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高壓空冷器;加氫裝置;防腐設(shè)計

中圖分類號：TE986? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

高壓空冷器廣泛地應(yīng)用于石化行業(yè)中，因為所處的環(huán)境較為惡劣，容易發(fā)生泄漏或者失效的狀況，如果不進行及時處理，容易造成較為嚴重的后果。近年來，很多油田已經(jīng)接近枯竭，所出產(chǎn)的原油質(zhì)量顯著的下降，硫、氮等元素的含量大幅提升，這樣在原油的加工過程中就容易產(chǎn)生腐蝕性氣體，比如硫化氫、氨氣等，在煉油過程中，容易造成設(shè)備或者裝置的腐蝕，給石化行業(yè)的安全生產(chǎn)帶來威脅，所以應(yīng)該給予高壓空冷器的腐蝕問題足夠的重視，這樣才能夠保證設(shè)備運行的穩(wěn)定性。

1 加氫高壓空冷器腐蝕的基本特征

在加氫反應(yīng)器中，原料中所含有的硫和氮會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成H2S和NH3，同時還有少量的HCl產(chǎn)生，在接下來的冷卻環(huán)節(jié)還會有NH4Cl以及NH4HS的結(jié)晶生成，NH4Cl的結(jié)晶溫度在176 ℃～204 ℃，結(jié)晶過程始于換熱器位置。而NH4HS的結(jié)晶溫度在26 ℃～65 ℃，在空冷器內(nèi)發(fā)生結(jié)晶，這樣就容易造成空冷器的堵塞，通過沖洗作業(yè)可以有效地減輕堵塞的狀況，但是在作業(yè)過程中，會產(chǎn)生NH4HS溶液，該溶液具有較強的腐蝕性。除此之外，NH4Cl的吸水性較強，在吸水后容易造成垢下腐蝕，加氫高壓空冷器腐蝕的基本特征主要包括3點。

1.1 腐蝕不易控制

相關(guān)的研究數(shù)據(jù)顯示，NH4HS注水溶解后具有較強的腐蝕性，這是造成空冷器腐蝕最主要的原因，此外，因為氯離子的存在以及注水水質(zhì)的影響，使得腐蝕過程變得更加復(fù)雜。在注水前，NH4Cl吸水后往往會造成垢下腐蝕，在注水后，由于空冷器及換熱器的材質(zhì)及構(gòu)造不同，所產(chǎn)生的腐蝕和泄露情況也不盡相同。

1.2 腐蝕狀況多發(fā)

在加氫設(shè)備中，因為反應(yīng)產(chǎn)物的溫度在逐漸地降低，這樣就會造成高壓空冷器正好處于結(jié)晶產(chǎn)生的溫度區(qū)間，目前，空冷器的材質(zhì)以塑鋼為主，容易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，而且腐蝕現(xiàn)象與溫度、壓力關(guān)系密切。

1.3 存在泄露風(fēng)險

因為高壓空冷器長期處于較差的運行環(huán)境中，比如高溫、高壓等，而且在介質(zhì)中還常伴有易燃物質(zhì)，如果發(fā)生泄漏勢必會帶來無法想象的后果。

1.4 空冷器質(zhì)量難以保證

現(xiàn)階段，空冷器普遍采用絲堵結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有一定的安全隱患，需要嚴格控制產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，而一些空冷器的廠家對空冷器的無損檢驗沒有給予足夠的重視，有的甚至只停留在紙面上，這樣空冷器的質(zhì)量就難以保證。

2 加氫高壓空冷器腐蝕的主要原因

2.1 設(shè)計處理量以及設(shè)計原料硫氮比偏低

現(xiàn)階段，煉油企業(yè)規(guī)模不斷擴大，原油的質(zhì)量卻顯著下降，原油中所含有的硫量大幅上升，但是石化企業(yè)卻沒有對高壓空冷器進行技術(shù)改造，導(dǎo)致空冷器的實際運行參數(shù)遠大于設(shè)計值，這就在很大程度上促進了腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

2.2 進料中含氮量過高

由于原油中的氮含量不斷提升，而因為空冷器設(shè)計上的缺陷，系統(tǒng)的注水量無法進行調(diào)解，這樣就直接造成了HCl的濃度顯著提高，通過相關(guān)的模擬計算可以得出，NH4HS的估算濃度為標準值的1.1倍。

2.3 高壓空冷器中原料流速過快

因為原料中各組分的變化，需要對空冷器進行相應(yīng)的改造，但是改造后的裝置原料流速顯著提升，這也在無形中加劇了腐蝕的狀況?？绽淦鞯脑O(shè)計流速一般在5.5 m/s左右，在對空冷器的改造過程中，設(shè)計人員已經(jīng)盡量地降低了原料的流速，但是改造后的裝置在運行中，原料流速往往會超過6 m/s，這樣會嚴重地影響到空冷器安全穩(wěn)定的運行。

2.4 物料分配不均

物料分配不均是造成高壓空冷器腐蝕的重要原因之一，從表面上看，空冷器的各進出口管線分布得較為均勻，但是在管線的有些位置比如彎頭處不可避免地會存在一些不合理的設(shè)置情況，這樣就會造成物料的分配不均，除此之外，如果空冷器出現(xiàn)泄露而停用時，同樣會引起物料的分配不均，這些都容易造成空冷器的腐蝕。

2.5 操作不穩(wěn)定

部分工作人員在進行進料時，沒有嚴格控制進料的數(shù)量以及進料中氮和硫的含量，這樣就會使空冷器的運行狀態(tài)中出現(xiàn)明顯波動的現(xiàn)象，比如，在進料中的氮含量顯著增加的背景下，沒有增加注水量則會造成空冷器中的NH4HS濃度的大幅增加，此外，空冷器的溫度控制不當(dāng)，也會影響到裝置液相中水的含量，這些情況都會促進空冷器腐蝕作用的發(fā)生。

2.6 空冷器內(nèi)部溫度分布不均勻

為了能夠有效地節(jié)省生產(chǎn)成本，有些企業(yè)會選擇性地關(guān)閉空冷器風(fēng)機，這樣就會造成空冷器內(nèi)部溫度分布不均勻，進而會造成裝置中物料分配不均，造成腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

2.7 進水水質(zhì)較差

進水水質(zhì)較差是引起空冷器腐蝕的重要原因之一，空冷器的進水可以采用除鹽水，也可以采用達標的污水等，但是目前，空冷器的進水水質(zhì)普遍不能達到國家相關(guān)的規(guī)范和標準的要求。

2.8 氯離子含量過高

空冷器中的氯離子普遍來源于原油、進水以及補充氫中，而不合理的進水方式又在一定程度上增加了氯離子在腐蝕過程中的作用。換熱器處于空冷器之前，容易因為HH4Cl的結(jié)晶而引起堵塞或者腐蝕，間斷性的注水不能使腐蝕問題得到解決。通過改進進水方式，可以有效地預(yù)防或者減少腐蝕狀況的發(fā)生，但是需要注意的是，當(dāng)氯離子的濃度超出一定的界限時，空冷器的腐蝕機理會更加復(fù)雜，具體還需要進行進一步的研究。

3 加氫高壓空冷器防腐策略分析

第一，從根本上說，近年來原油質(zhì)量顯著的下降，原油中硫和氮的含量顯著上升，這樣就會造成空冷器在運行過程中各項參數(shù)遠高于設(shè)計值，這也是空冷器發(fā)生腐蝕現(xiàn)狀的最重要原因，因此應(yīng)該采取有效的措施對原料中的硫和氮加以控制，抑制腐蝕狀況的進一步發(fā)展;第二，空冷器的各項運行參數(shù)也很大程度上影響著空冷器的腐蝕狀況，在實際的作業(yè)過程中，需要嚴格控制各項運行參數(shù)，其中要格外注意氮和硫含量較高的原料，這就要求相關(guān)工作人員保持良好的工作作風(fēng)，養(yǎng)成嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，保證生產(chǎn)過程穩(wěn)定有序地進行;第三，在原油質(zhì)量逐漸下降的背景下，氯離子在空冷器的腐蝕中所發(fā)揮的作用越來越大，而且在某些運行參數(shù)設(shè)置不合理的狀態(tài)下，腐蝕狀況會越發(fā)的嚴重，這就需要相關(guān)工作人員給予NH4Cl腐蝕問題足夠的重視，并且對空冷器的材質(zhì)進行優(yōu)化，優(yōu)先選擇Incoloy825合金，相較于傳統(tǒng)的塑鋼材質(zhì)，其具有更優(yōu)的防氯離子腐蝕能力;第四，對空冷器的結(jié)構(gòu)以及管道布置方式進行進一步的優(yōu)化，保證物料分配的均勻性，這樣也可以有效減少空冷器腐蝕狀況的發(fā)生概率;第五，科學(xué)合理地控制注水，尤其是當(dāng)空冷器的材質(zhì)為塑鋼時，需要保證各個注水點有足夠的剩余水相，一般控制在25 %以上，這樣可以對由于HCl而產(chǎn)生的腐蝕作用進行充分的抑制。除此之外，還需要根據(jù)空冷器的運行狀態(tài)對鹽濃度進行適時的調(diào)整，保證各項工作的正常開展。

參考文獻

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