酸性水汽提塔頂空氣冷卻器管束腐蝕泄漏原因分析及對(duì)策

顏 兵，魏城瑤

[恒逸實(shí)業(yè)（文萊）有限公司，浙江杭州311000]

煉廠酸性水汽提裝置處理的酸性水主要來(lái)源于上游常減壓、加氫、焦化等裝置，主要含有硫化氫和氨等成分。目前煉廠酸性水汽提裝置多采用全吹出、塔頂回流工藝。由于汽提塔頂部氣相在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生相變，有銨鹽析出，造成塔頂空氣冷卻器最下層管束出現(xiàn)結(jié)晶腐蝕泄漏。筆者對(duì)汽提塔頂空氣冷卻器管束腐蝕的原因進(jìn)行分析，并結(jié)合設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)際，提出減緩腐蝕的建議，延長(zhǎng)塔頂空氣冷卻器管束的運(yùn)行周期。

1 汽提裝置工藝流程

某煉廠酸性水汽提裝置采用常壓汽提工藝，規(guī)模為180 t/h，操作彈性50%～110%，裝置于2019年10月開(kāi)車投產(chǎn)。汽提工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 某煉廠酸性水汽提工藝流程

原料酸性水經(jīng)脫氣、除油后，進(jìn)入汽提塔的頂部，塔底用1.0 MPa蒸汽加熱汽提，酸性水中的硫

化氫、氨同時(shí)被汽提；塔頂酸性氣經(jīng)冷凝、分液后，凝液經(jīng)泵返塔作為回流，酸性氣送至硫磺回收單元回收硫磺，塔底即得到合格的凈化水，一部分送至上游裝置回用，剩余部分排至含油污水管網(wǎng)[1]。

2 空氣冷卻器

2.1 空氣冷卻器設(shè)備參數(shù)

空氣冷卻器設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 空氣冷卻器設(shè)備參數(shù)

2.2 空氣冷卻器工藝參數(shù)

空氣冷卻器工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 空氣冷卻器工藝參數(shù)

2.3 腐蝕現(xiàn)狀

裝置開(kāi)車一年后，于2020年11月14日發(fā)現(xiàn)空氣冷卻器管束出現(xiàn)泄漏，泄漏部位集中在底層管束，泄漏管束數(shù)量為底層管束總數(shù)量的16%。將泄漏管束切開(kāi)后發(fā)現(xiàn)，2 mm厚度的管束上表面嚴(yán)重減薄甚至消失，管束腐蝕示意見(jiàn)圖2。

圖2 管束腐蝕示意

3 腐蝕原因分析

3.1 腐蝕部位定位

泄漏管束為空氣冷卻器出口最底層管束。通過(guò)對(duì)腐蝕泄漏的多根管束進(jìn)行剖開(kāi)檢查，發(fā)現(xiàn)最底層管束腐蝕的部位從空氣冷卻器風(fēng)扇葉片正上方向出口管箱方向延伸約3 m，尤以風(fēng)扇葉片中心上方管束腐蝕最嚴(yán)重。

3.2 腐蝕形態(tài)分析

從剖開(kāi)的管束看，腐蝕部位沒(méi)有局部腐蝕坑，整體表現(xiàn)為均勻減薄，疑似沖刷腐蝕。

3.3 腐蝕原因分析

空氣冷卻器出口底層管束冷凝水量相對(duì)其他管程大，NH4HS大量溶解于水中，隨著空氣冷卻器管束溫度的降低，特別是一些局部冷態(tài)區(qū)，如出口端風(fēng)機(jī)的上方、整條管束中間由于重力撓度大而流速相對(duì)較低的部位，隨著NH4HS結(jié)晶析出，晶體會(huì)隨著高速氣相的帶動(dòng)造成對(duì)管束的沖刷腐蝕。腐蝕產(chǎn)物呈現(xiàn)黃色，是由于NH4HS在空氣中氧化后形成了多硫化物。

4 緩解腐蝕措施

由腐蝕成因分析可知，防腐對(duì)策是避免流程中低溫區(qū)的形成，減少NH4HS結(jié)晶的析出。

4.1 提高空氣冷卻器出口溫度

進(jìn)一步提高各空氣冷卻器出口分支溫度。由設(shè)計(jì)的不小于90 ℃調(diào)整至95～99 ℃，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)空氣冷卻器各出口分支管束的人工測(cè)溫，防止偏流現(xiàn)象產(chǎn)生。

降低空氣冷卻器遠(yuǎn)端風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率，維持進(jìn)出口管箱端風(fēng)機(jī)正常頻率運(yùn)行，將NH4HS的結(jié)晶腐蝕盡可能移至靠近出口管線端的出口管線上。

4.2 消除管束重力產(chǎn)生的撓度影響

對(duì)空氣冷卻器管束的水平度進(jìn)行測(cè)量后，將空氣冷卻器管束自由端的高度抬高5 mm，通過(guò)適度提高斜度以減少由于管束重力在中間部位產(chǎn)生的撓度，進(jìn)而減少積液，防止氣相流通截面積變小，流速增加，造成沖刷腐蝕加劇。

4.3 增加防暴雨措施

項(xiàng)目所處地文萊暴雨頻繁，年降雨量達(dá)2 500～3 500 mm。由于空氣冷卻器未設(shè)計(jì)百葉窗，當(dāng)暴雨來(lái)臨時(shí)，空氣冷卻器出口溫度下降迅速，即使提前調(diào)整空氣冷卻器風(fēng)機(jī)頻率，也無(wú)法應(yīng)對(duì)暴雨對(duì)空氣冷卻器出口溫度的沖擊。經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，暴雨時(shí)空氣冷卻器出口溫度瞬時(shí)最低降至80～85 ℃?？紤]到管壁表面溫度較介質(zhì)溫度低10 ℃，因此暴雨時(shí)管束低溫段會(huì)有銨鹽結(jié)晶析出。

鑒于此，在管束出口端風(fēng)機(jī)上方搭設(shè)擋雨棚，防止暴雨直接沖淋管束，造成溫度劇降。搭設(shè)擋雨棚后，經(jīng)數(shù)次暴雨天氣驗(yàn)證，空氣冷卻器出口溫度控制更加平穩(wěn)，且最低溫度不小于90 ℃。

4.4 降低塔壓

將塔頂壓力由原0.13 MPa降至0.12 MPa操作，以減少銨鹽生成。

4.5 空氣冷卻器入口注水

借助原有流程，向空氣冷卻器入口注入熱凈化水，維持出口溫度不變，增加出口液相，以降低銨鹽溶液濃度，減少銨鹽析出。需注意將注水量控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。

4.6 管束材質(zhì)升級(jí)以及結(jié)構(gòu)改造

采購(gòu)管束備用，新管束最下層管束材質(zhì)升級(jí)為Alloy 825合金（加厚管），同時(shí)降低翅化比。

5 效果驗(yàn)證

自2020年11月20日陸續(xù)對(duì)該空氣冷卻器采取上述防腐措施，自12月1日每?jī)芍軐?duì)空氣冷卻器管束進(jìn)行專項(xiàng)檢查驗(yàn)證防腐效果。截至2021年7月初，累計(jì)新增泄漏管束18根。7月初增加了空氣冷卻器入口的熱凈化水注入量，截至9月底未新增泄漏管束。

空氣冷卻器采取防腐措施前后出現(xiàn)泄漏管束數(shù)量對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 空氣冷卻器調(diào)整防腐措施前后泄漏管束數(shù)量統(tǒng)計(jì)

經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為，2020年11月20日以后陸續(xù)采取的防腐措施在一定程度上降低了管束的腐蝕速率，但保證空氣冷卻器管束長(zhǎng)周期運(yùn)行的防腐措施，仍需進(jìn)一步的探索和驗(yàn)證。

考慮到空氣冷卻器新增漏點(diǎn)數(shù)量有顯著降低，Alloy825合金材質(zhì)的備用空氣冷卻器管束暫未更換，使用效果待驗(yàn)證。

從近幾年新建煉廠的同類裝置了解到，其他企業(yè)全吹出的酸性水汽提裝置塔頂空氣冷卻器也存在類似的腐蝕現(xiàn)象，某廠通過(guò)內(nèi)窺鏡檢查發(fā)現(xiàn)：氣液二相界面處出現(xiàn)明顯泄漏點(diǎn)。分析其是由于相變產(chǎn)生的局部氣蝕，因此氣相流速不宜過(guò)低，避免二相界面的形成。

由于氣相流速過(guò)高會(huì)加劇管束的沖刷腐蝕，因此，空氣冷卻器的氣相流速需處在一個(gè)合理的范圍。如空氣冷卻器負(fù)荷設(shè)計(jì)余量較大造成單臺(tái)空氣冷卻器氣相流速偏低時(shí)，可考慮切出其中一臺(tái)或多臺(tái)，維持剩余幾臺(tái)空氣冷卻器高負(fù)荷運(yùn)行。

6 結(jié)語(yǔ)

酸性水汽提裝置采用全吹出工藝時(shí)，塔頂空氣冷卻器管束腐蝕泄漏已在多套裝置出現(xiàn)，但腐蝕機(jī)理尚無(wú)清晰定論。筆者僅從具體裝置的實(shí)際狀況進(jìn)行了分析，提出減緩腐蝕、延長(zhǎng)塔頂空氣冷卻器管束的運(yùn)行周期的建議，供同行參考。