催化裂化裝置吸收塔冷卻器的腐蝕與防護(hù)

(中國石油四川石化有限責(zé)任公司，四川 成都 610000)

1 冷卻器簡介

催化裂化裝置吸收塔部分工藝流程如圖1所示。壓縮富氣從吸收塔C-1301下部進(jìn)入，從分餾部分來的粗汽油以及作為補(bǔ)充吸收劑的穩(wěn)定汽油分別從第1層、第4層和第15層塔盤注入，與壓縮富氣逆向接觸。為了取走吸收過程中放出的熱量，在吸收塔中部設(shè)有兩個(gè)中段回流，分別從第7層和第22層塔盤用泵P-1305A/B和泵P-1306抽出，經(jīng)冷卻器E-1303A/B和E-1304A/B冷卻，然后返回第8層和第23層塔盤。在2018年8月巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)冷卻器E-1303A/B內(nèi)漏，于是對(duì)冷卻器進(jìn)行緊急隔離和設(shè)備檢修。冷卻器管束材質(zhì)為Q245R鋼，共計(jì)1 212根，冷卻器設(shè)備工藝參數(shù)見表1，其結(jié)構(gòu)示意見圖2。

圖1 吸收塔部分工藝流程

表1 冷卻器設(shè)備工藝參數(shù)

2 冷卻器腐蝕情況及后續(xù)處理

2.1 宏觀檢查和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)厚

對(duì)冷卻器E-1303A/B進(jìn)行宏觀檢查發(fā)現(xiàn)：冷卻器出現(xiàn)內(nèi)漏現(xiàn)象，拆除外浮頭后觀察到冷卻器內(nèi)有6根內(nèi)浮頭螺栓斷裂，見圖3。內(nèi)浮頭螺栓共有104根，其材質(zhì)為35CrMoA鋼，規(guī)格為M24×270 mm，其斷裂位置見圖4。

管束端口主要發(fā)生了均勻腐蝕和坑蝕，蝕坑深度為0.2～0.3 mm，見圖5和圖6，封頭腐蝕嚴(yán)重，見圖7。管箱主要發(fā)生了垢下腐蝕，蝕坑深度為0.2～0.6 mm；管箱隔板主要發(fā)生了均勻腐蝕和坑蝕，其表面附著大量的垢物和生物黏泥，其蝕坑深度為1.0～2.0 mm，新陽極塊使用剛滿2個(gè)月就出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕，主要腐蝕類型為均勻腐蝕和坑蝕，蝕坑深度為0.5～1.0 mm,見圖8。另外，通過現(xiàn)場(chǎng)打壓試漏發(fā)現(xiàn)，少部分管束與管板間的焊縫存在裂紋泄漏現(xiàn)象，其余管束均存在內(nèi)漏現(xiàn)象。

圖3 內(nèi)浮頭螺栓斷裂情況

圖4 內(nèi)浮頭螺栓斷裂位置

圖5 管束端口腐蝕情況

圖6 管束端口腐蝕坑

圖7 封頭腐蝕情況

圖8 管箱隔板及陽極塊腐蝕情況

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)厚結(jié)果見表2。由表2可以看出，管束、管箱隔板、管程接管、管箱短接和管箱封頭等部位厚度均有所減薄。

2.2 冷卻器處理情況

采用高壓水對(duì)管板表面和管束內(nèi)部進(jìn)行沖洗，清理附著的垢物和生物黏泥，為重新預(yù)膜創(chuàng)造有利條件；對(duì)管束管板間的泄漏焊縫進(jìn)行補(bǔ)焊處理，對(duì)內(nèi)漏管束進(jìn)行封堵，共封堵管束119根，加上以前封堵的12根管束，累計(jì)堵管率為10.8%，仍小于12%(堵管率控制指標(biāo))，因此，該冷卻器仍可繼續(xù)使用。

表2 冷卻器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)厚結(jié)果

3 冷卻器腐蝕原因分析

3.1 腐蝕機(jī)理

3.1.1 循環(huán)水垢下腐蝕

在循環(huán)水系統(tǒng)中，由于換熱管表面結(jié)垢，污垢下方處于缺氧狀態(tài)，而周圍循環(huán)水中溶解了大量的氧，因此容易形成氧濃差腐蝕電池，金屬易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，在腐蝕電池中,陰極反應(yīng)主要是氧的還原，陽極反應(yīng)則是鐵的溶解。碳鋼在循環(huán)水中發(fā)生的腐蝕反應(yīng)為：

反應(yīng)生成的Fe(OH)2從溶液中沉淀出來，在氧氣充足的情況下，進(jìn)一步氧化成Fe(OH)3，脫水后生成鐵銹，沉積在金屬表面,將其清除后，會(huì)發(fā)現(xiàn)金屬表面有很多大小不等的潰瘍狀蝕坑。

3.1.2 微生物腐蝕

循環(huán)水中的溶解氧以及滲入的各種油分，為微生物的生長繁殖提供了適宜條件。在適宜的溫度下，微生物迅速繁殖，其代謝產(chǎn)物與泥沙粘附形成危害更大的生物黏泥。生物黏泥附著的地方，成為垢下腐蝕易發(fā)生的部位。

3.2 腐蝕介質(zhì)分析

3.2.1 一中段油性質(zhì)分析

E-1303A/B殼程介質(zhì)為吸收塔一中段油，對(duì)其中的腐蝕介質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)分析，分析結(jié)果表明，一中段油的總硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，為125 μg/g，硫化物對(duì)設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕[1]。有研究表明，介質(zhì)中的硫含量越高，材料發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性越高[2]。

3.2.2 循環(huán)水水質(zhì)及流速分析

E-1303A/B管程介質(zhì)為循環(huán)水，2018年1月至8月循環(huán)水水質(zhì)分析結(jié)果見表3。從表3可以看出，循環(huán)水中的總堿度和總硬度較低，設(shè)備運(yùn)行期間，循環(huán)水中的鐵離子含量超標(biāo)。依據(jù)賴茲納穩(wěn)定指數(shù)來判斷循環(huán)水的結(jié)垢和腐蝕情況，當(dāng)循環(huán)水的總堿度和總硬度較低時(shí)，仍然會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。

表3 循環(huán)水水質(zhì)分析結(jié)果

實(shí)際檢測(cè)結(jié)果表明，E-1303A/B循環(huán)水流速偏低，僅為0.66 m/s，遠(yuǎn)低于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。循環(huán)水長期在換熱管中低速流動(dòng)，不可避免地造成生物黏泥在換熱管表面沉積，加重循環(huán)水垢下腐蝕。因此，要加強(qiáng)循環(huán)水水質(zhì)管理，保證循環(huán)水的流速。

3.3 腐蝕原因分析

3.3.1 螺栓斷裂原因分析

內(nèi)浮頭螺栓浸泡在含硫的一中段油介質(zhì)中，溫度為36～40 ℃，位于硫化物應(yīng)力腐蝕敏感溫度區(qū)。另外，螺栓的硬度偏高，會(huì)降低其抗硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的能力，且螺栓服役時(shí)間較長。分析認(rèn)為，螺栓斷裂的原因在于其發(fā)生了硫化物應(yīng)力腐蝕開裂。

3.3.2 管束腐蝕原因分析

管束主要發(fā)生了循環(huán)水垢下腐蝕和微生物腐蝕。管束上通常附著有生物黏泥和污垢，在清除附著物后，能發(fā)現(xiàn)黑色的腐蝕產(chǎn)物，這屬于典型的硫酸鹽還原菌腐蝕特征。清除腐蝕產(chǎn)物后，會(huì)發(fā)現(xiàn)金屬表面有很多蝕坑。由于垢下腐蝕過程中存在自催化作用，造成腐蝕加速進(jìn)行。隨著服役時(shí)間的延長，冷卻器內(nèi)換熱管的壁厚將逐漸變薄，最終發(fā)生破裂或穿孔。

3.3.3 管束管板間裂紋產(chǎn)生原因分析

冷卻器的管束與管板常用的連接方式主要有強(qiáng)度焊接、強(qiáng)度脹接以及脹焊結(jié)合等，該冷卻器采用脹焊結(jié)合的方式進(jìn)行連接，在管束與管板連接處，由于受到焊接殘余應(yīng)力以及硫化物等腐蝕性介質(zhì)的影響，此處容易發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂[3]。

4 預(yù)防措施及建議

(1)嚴(yán)格控制物料中硫化物、氯化物和氮化物等腐蝕性介質(zhì)的含量。

(2)加強(qiáng)循環(huán)水水質(zhì)管理，重點(diǎn)控制硬度、氯離子、pH值和濁度等指標(biāo)，以減輕循環(huán)水對(duì)設(shè)備和管道的腐蝕。

(3)定期監(jiān)測(cè)循環(huán)水流量及流速，防止偏流或流速過低，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，既要防止沖刷腐蝕，也要防止結(jié)垢。對(duì)于結(jié)垢傾向嚴(yán)重的冷卻器，可以增加反沖洗設(shè)施或采用超聲波除垢技術(shù)。

(4)冷卻器管束材質(zhì)升級(jí)。將換熱管管束更換為304不銹鋼管束，同時(shí)要定期監(jiān)控循環(huán)水中氯離子的含量，防止304不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開裂[4]。

(5)加強(qiáng)設(shè)備的防腐蝕管理，升級(jí)防腐蝕涂層材料，提高防腐蝕效果[5]。

5 結(jié) 語

冷卻器的安全運(yùn)行直接影響著裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)及循環(huán)水系統(tǒng)的有效運(yùn)行，加強(qiáng)冷卻器的管理至關(guān)重要。為減緩冷卻器結(jié)垢、堵塞及腐蝕泄漏，延長冷卻器的使用壽命，可以采取一系列措施來解決，包括采取材質(zhì)升級(jí)和工藝防腐蝕等手段聯(lián)合進(jìn)行防腐蝕控制，嚴(yán)格控制物料中的硫化物、氯化物和氮化物等腐蝕性介質(zhì)的含量，同時(shí)加強(qiáng)冷卻器操作運(yùn)行管理和循環(huán)水的水質(zhì)管理，保證各項(xiàng)防腐蝕措施落實(shí)到位。