重整裝置預(yù)加氫產(chǎn)物后冷器泄漏分析

張華軍

（中國(guó)石油華北石化公司，河北 任丘 062550）

華北石化公司130萬(wàn)噸/年重整裝置預(yù)加氫部分（石腦油加氫）采用先加氫后汽提再分餾的技術(shù)路線，在一定的反應(yīng)壓力和反應(yīng)溫度下將石腦油中的硫、氮化合物轉(zhuǎn)化為硫化氫和氨在汽提塔中除去，流程中不考慮預(yù)加氫催化劑器內(nèi)再生設(shè)施。預(yù)加氫部分采用循環(huán)氫流程。由于原料中的砷和氯含量較高，本裝置還分別設(shè)置了相應(yīng)的脫砷設(shè)施和脫氯反應(yīng)器以脫除原料中的砷和氯。預(yù)處理部分產(chǎn)生的少量含硫燃料氣送出裝置進(jìn)行脫硫，少量含硫廢水送至污水汽提裝置。該裝置預(yù)加氫產(chǎn)物后冷器E103A/B開工時(shí)水壓試驗(yàn)、氣密均正常，運(yùn)行2個(gè)月后出現(xiàn)泄漏。為消除隱患，預(yù)加氫單元進(jìn)行了停工檢修，拆檢時(shí)，發(fā)現(xiàn)E103A有3根浮頭螺栓發(fā)生斷裂，管束再次試壓查漏時(shí)，上水過(guò)程中即發(fā)現(xiàn)殼體內(nèi)有大量水流出，說(shuō)明管束存在嚴(yán)重泄漏情況。該設(shè)備型號(hào)為BES800-2.0/2.4-160-6/25-4Ⅰ，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 預(yù)加氫產(chǎn)物后冷器參數(shù)表

1 設(shè)備故障情況介紹

1.1 浮頭螺栓斷裂情況

預(yù)加氫產(chǎn)物后冷器E103A浮頭共有44條浮頭螺栓，拆檢時(shí)發(fā)現(xiàn)有三條斷裂，兩條位于6點(diǎn)方向，一條位于3點(diǎn)鐘方向，斷面灰暗，表面可見(jiàn)腐蝕產(chǎn)物，見(jiàn)圖1。對(duì)斷裂的螺柱進(jìn)行硬度測(cè)試，發(fā)現(xiàn)斷裂的螺柱硬度不均勻，測(cè)量值介于189～327HB；抽檢2根完好的螺栓，硬度值在200HB左右，見(jiàn)圖2。

圖1 螺栓斷面形貌

圖2 螺柱硬度檢測(cè)情況

1.2 管束檢查情況

管束外部（介質(zhì)側(cè)）呈青灰色，局部存在輕微點(diǎn)蝕和垢物附著，整體良好，未見(jiàn)明顯缺陷，詳見(jiàn)圖3。

圖3 管束外部總貌

循環(huán)水側(cè)管束腐蝕情況較嚴(yán)重，管板整體存在銹蝕情況，管接頭基本完好，未見(jiàn)明顯缺陷，見(jiàn)圖4。

圖4 管板總貌

2 腐蝕原因分析

2.1 浮頭螺栓斷裂原因分析

從斷面形貌來(lái)看，螺桿屬于脆性斷裂，無(wú)韌性變形，斷面顏色灰暗，并且腐蝕情況顯著。結(jié)合介質(zhì)特性，初步判斷為濕硫化氫應(yīng)力腐蝕斷裂。濕硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性與H2S濃度、構(gòu)件硬度、拉應(yīng)力水平直接相關(guān)。經(jīng)測(cè)算，H2S濃度約300ppm，分壓處于較低水平；螺柱硬度不均勻，并且部分測(cè)量數(shù)值超過(guò)237HB的濕硫化氫環(huán)境使用限值（《SHT3193-2017石油化工濕硫化氫環(huán)境設(shè)備設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中關(guān)于螺栓的規(guī)定），可見(jiàn)螺栓存在熱處理不到位的問(wèn)題，是導(dǎo)致出現(xiàn)螺栓斷裂的原因之一；另外，不能排除個(gè)別螺栓預(yù)緊力過(guò)高的影響。

2.2 泄漏原因分析

從螺栓斷裂的情況來(lái)看，浮頭螺栓共計(jì)44條，斷裂的3條位于兩處不同的位置，并且螺栓斷裂也存在時(shí)間差，密封面整體比壓損失應(yīng)該不大。另外，殼程壓力為2.05MPa，管程介質(zhì)壓力為0.4MPa，從受力角度分析密封面承受壓應(yīng)力，不利于產(chǎn)生泄漏。總體來(lái)看，雖不能排除浮頭螺栓斷裂導(dǎo)致密封面泄漏的可能性，但作為水冷器初期泄漏的原因可能性較小。

浮頭打開后對(duì)墊片進(jìn)行了檢查，墊片完好，未發(fā)生變形、石墨層損傷等情況，安裝新墊片后試壓不漏，說(shuō)明密封面可靠，可排除因密封面制造、安裝導(dǎo)致泄漏的原因。

試壓結(jié)果顯示管束存在泄漏情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查情況進(jìn)行分析，介質(zhì)側(cè)管束腐蝕相對(duì)輕微，循環(huán)水側(cè)腐蝕較為嚴(yán)重，換熱管內(nèi)存在垢下腐蝕情況，判斷泄漏是循環(huán)水側(cè)腐蝕為主。

管束采用內(nèi)外鎳磷鍍方案，鎳磷鍍?cè)谑┕きh(huán)節(jié)存在很多控制難點(diǎn)，容易在鍍層中形成針孔等缺陷。當(dāng)處于水介質(zhì)等電解質(zhì)溶液中時(shí)，由于鎳磷鍍層點(diǎn)位較高，缺陷處的基層管束（10#）電位較低，從而形成腐蝕電池，鍍層缺陷處的金屬作為陽(yáng)極產(chǎn)生溶解。由于缺陷尺寸很小，形成了大陰極 小陽(yáng)極的惡劣腐蝕環(huán)境，進(jìn)而大大加速了陽(yáng)極區(qū)的溶解速度，導(dǎo)致管束在較短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)腐蝕穿孔。

3 結(jié)語(yǔ)

考慮到預(yù)加氫產(chǎn)物后冷器E103A/B開工兩個(gè)月就發(fā)生泄漏的情況，可以確定該換熱器泄漏的原因是在鍍層中形成針孔缺陷。由于鎳磷鍍生產(chǎn)過(guò)程的不可控性，及鎳磷鍍施工過(guò)程可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響，預(yù)加氫產(chǎn)物后冷器E103A/B新管束未做鎳磷鍍，水壓試驗(yàn)合格后進(jìn)行了回裝，運(yùn)行正常。

裝置技術(shù)人員對(duì)該裝置處于相似工況下的同類型設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，對(duì)后續(xù)換熱器管束進(jìn)行更換時(shí)，可考慮采用合成樹脂換熱器專用涂料對(duì)管束進(jìn)行防腐以及增加管子壁厚提高腐蝕余量。