污水汽提裝置脫氨塔回流泵腐蝕研究

王仕偉

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州516086)

技術(shù)進(jìn)步

污水汽提裝置脫氨塔回流泵腐蝕研究

王仕偉

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州516086)

中海油惠州石化有限公司污水汽提裝置加氫系列脫氨塔回流泵葉輪、口環(huán)頻繁腐蝕和破壞，平均運(yùn)行2～3個(gè)月就需要更換新葉輪、口環(huán)。研究表明，造成加氫系列回流泵葉輪、口環(huán)嚴(yán)重腐蝕破壞的根本原因是濃氨水中硫化氫銨(NH4HS)質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高。對(duì)回流泵進(jìn)行改造，通過(guò)增加磁力耦合器來(lái)降低回流泵的轉(zhuǎn)速，暫時(shí)解決了回流泵葉輪和口環(huán)被頻繁腐蝕和破壞的問(wèn)題。如要徹底解決加氫系列設(shè)備腐蝕問(wèn)題，需改造加氫系列脫硫塔，增加精餾段和提餾段的塔板數(shù)量或更換高效塔板，提高脫硫塔對(duì)H2S的汽提分割效率。

濃氨水 回流泵 硫化氫銨 污水汽提

1 裝置簡(jiǎn)介

中海油惠州石化有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)惠州石化)污水汽提裝置采用雙塔汽提工藝，由兩個(gè)系列含硫污水汽提裝置組成，共用一套氨精制系統(tǒng)。非加氫系列公稱(chēng)能力150 t/h，處理來(lái)自常減壓裝置、催化裂化裝置、焦化裝置的酸性水；加氫系列公稱(chēng)能力150 t/h，處理來(lái)自高壓加氫裂化裝置、中壓加氫裂化裝置的酸性水。圖1為兩套污水汽提裝置工藝流程。脫氨塔頂富氨氣凝液，一部分作為脫氨塔塔頂回流,另一部分返回到原料水罐；非加氫凈化水至常減壓裝置電脫鹽回用，加氫系列凈化水至加氫裂化裝置回用。脫硫塔頂酸性氣至硫磺回收制硫，脫氨塔頂富氨氣經(jīng)過(guò)兩級(jí)冷卻、分凝得到高濃度粗氨氣，粗氨氣經(jīng)過(guò)精制脫除微量H2S，再經(jīng)過(guò)增壓、冷凝變成液氨產(chǎn)品。非加氫系列和加氫系列污水汽提裝置流程一致。

圖1 惠州石化污水汽提裝置工藝流程

2 裝置腐蝕狀況及原因分析

2.1設(shè)備腐蝕情況

污水汽提裝置兩個(gè)系列流程、操作參數(shù)和設(shè)備材質(zhì)完全相同，非加氫系列經(jīng)過(guò)近10年的生產(chǎn)運(yùn)行未出現(xiàn)明顯的腐蝕，而加氫系列輸送濃氨水相關(guān)的管線、設(shè)備經(jīng)常遭到腐蝕破壞，富氨氣空冷器底部管束、換熱器底部管束穿孔泄漏，回流泵葉輪和口環(huán)、控制閥閥芯和閥座及節(jié)流孔板被腐蝕破壞，其中脫氨塔回流泵葉輪、口環(huán)腐蝕破壞情況尤其嚴(yán)重，平均運(yùn)行2～3個(gè)月就需要更換新葉輪、口環(huán)，給生產(chǎn)操作、設(shè)備維護(hù)帶來(lái)巨大影響(見(jiàn)表1)。根據(jù)腐蝕設(shè)備被破壞創(chuàng)面有嚴(yán)重沖刷痕跡的情況，判斷濃氨水對(duì)設(shè)備存在嚴(yán)重的沖蝕。富氨氣及富氨氣冷凝產(chǎn)生的濃氨水是從脫氨塔頂蒸餾抽出的產(chǎn)物，本身并不會(huì)攜帶機(jī)械雜質(zhì)，因此排除原料攜帶雜質(zhì)造成沖刷腐蝕的可能。

表1 加氫系列脫氨塔回流泵檢修記錄

2.2腐蝕原因分析

在脫氨塔頂富氨氣及其冷凝液(濃氨水)中，幾乎全部H2S與NH3結(jié)合生成硫化氫銨(NH4HS)，因此，在濃氨水中H2S全部以NH4HS形式存在。從表2(非加氫系列工藝參數(shù))、表3(加氫系列工藝參數(shù))可知，加氫系列進(jìn)料酸性水NH3和H2S質(zhì)量濃度高出非加氫系列進(jìn)料污水10倍以上，加氫系列脫硫水和脫氨塔回流濃氨水中的H2S質(zhì)量濃度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非加氫系列。

表2 非加氫系列工藝參數(shù)

表3 加氫系列工藝參數(shù)

美國(guó)石油協(xié)會(huì)(API)根據(jù)大量的煉油廠失效案例調(diào)研，提出限定溶液NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于8.0%，平均流速不大于6.1 m/s，以控制設(shè)備的沖蝕失效[1]。浙江理工大學(xué)偶國(guó)富教授通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試10#碳鋼在NH4HS溶液中的沖蝕規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果表明，在NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0%的溶液中，10#碳鋼表面會(huì)形成致密的腐蝕產(chǎn)物膜，對(duì)材料起保護(hù)作用；當(dāng)溶液中NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到8.0%，該腐蝕產(chǎn)物膜的厚度增加，但表面出現(xiàn)龜裂和疏松現(xiàn)象，在流動(dòng)條件下容易被沖刷脫落。10#碳鋼腐蝕速率隨溫度的升高而迅速增加，40 ℃以下10#碳鋼腐蝕速度主要受NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)和流速控制，當(dāng)溫度達(dá)到60 ℃時(shí)，NH4HS在10#碳鋼表面產(chǎn)物形成2 μm的致密腐蝕膜，但是此膜與基體的分界線明顯，容易從基體脫離，從而產(chǎn)生較大的腐蝕速率[1]。本裝置富氨氣系統(tǒng)管線、容器的材質(zhì)為20#碳鋼，化學(xué)性能與10#碳鋼十分相似，該實(shí)驗(yàn)結(jié)論可作為本裝置分析、解決腐蝕問(wèn)題的依據(jù)。

從表4(富氨氣系統(tǒng)NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)和溫度)可知:非加氫系列D105濃氨水NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)11.5%，因操作溫度只有15 ℃，相關(guān)的設(shè)備、管線未出現(xiàn)明顯腐蝕；同樣，雖然C102、D102的操作溫度分別高達(dá)120，90 ℃，但NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，分別為3.9%，3.1%，因此相關(guān)的管線、設(shè)備也未出現(xiàn)腐蝕。加氫系列脫氨塔回流增壓泵和回流控制閥腐蝕嚴(yán)重，該位置的NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)9.9%，操作溫度90 ℃，回流泵轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，換算成葉輪邊緣線速度為50.8 m/s(相當(dāng)于液相的流速)，在NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)高、濃氨水流速高及操作溫度高的惡劣操作條件下，最終導(dǎo)致對(duì)回流泵葉輪、口環(huán)的腐蝕和破壞。

表4 富氨氣系統(tǒng)NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)和溫度

脫氨塔頂出口至回流罐管線及回流罐液相出口至回流泵入口管線的材質(zhì)均為20#碳鋼，加氫系列富氨氣系統(tǒng)濃氨水中NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)非常高，操作溫度為90～120 ℃，導(dǎo)致濃氨水對(duì)管線的腐蝕。一方面是管線內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物膜厚度增加；另一方是管線內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物龜裂和疏松，在液體流動(dòng)沖刷的作用下脫落，這些微小腐蝕產(chǎn)物顆粒隨著流體流動(dòng)[1-2]。因濃氨水在管線中流動(dòng)的速度較低，沖刷腐蝕對(duì)管線和設(shè)備破壞不明顯，當(dāng)流經(jīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的離心泵葉輪時(shí)，對(duì)離心泵葉輪、口環(huán)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的腐蝕，導(dǎo)致被腐蝕設(shè)備頻繁失效。濃氨水流速?gòu)娜~輪邊緣徑向逐漸減小，實(shí)際檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)葉輪被沖蝕破壞的程度沿徑向逐漸減弱，也證明流體對(duì)葉輪沖刷腐蝕判斷。

3 對(duì)策及效果

2016年12月6日對(duì)加氫系列的回流泵進(jìn)行改造，將泵的聯(lián)軸器改造為磁力耦合器。磁力耦合器也稱(chēng)磁力聯(lián)軸器、永磁傳動(dòng)裝置。永磁渦流傳動(dòng)裝置主要由銅轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子和控制器組成，銅轉(zhuǎn)子與電機(jī)軸連接，永磁轉(zhuǎn)子與工作機(jī)的軸連接，銅轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子之間有空氣間隙(稱(chēng)為氣隙)，沒(méi)有傳遞扭矩的機(jī)械連接。這樣，電機(jī)和工作機(jī)之間形成了軟(磁)連接，通過(guò)調(diào)節(jié)氣隙來(lái)實(shí)現(xiàn)工作機(jī)軸扭矩、轉(zhuǎn)速的變化?；亓鞅酶脑烨昂筮\(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表5。

將泵的聯(lián)軸器改造為磁力耦合器后，在滿(mǎn)足生產(chǎn)需求的壓力和流量的前提下，回流泵轉(zhuǎn)速?gòu)? 000 r/min降低到2 300 r/min，葉輪邊緣線速度從50.8 m/s降低到38.9 m/s。改造為磁力耦合器后降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速，一方面降低了電機(jī)的電流，降低了能耗；另一方面降低液相經(jīng)過(guò)葉輪流速，減輕NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的濃氨水對(duì)管線和閥門(mén)的沖刷腐蝕，達(dá)到減輕腐蝕的目的。該泵改造后已經(jīng)連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行6個(gè)月，目前運(yùn)行狀況良好，緩解了濃氨水沖蝕破壞回流泵葉輪、口環(huán)的問(wèn)題。

表5 回流泵改造前后運(yùn)行參數(shù)

4 結(jié)語(yǔ)

研究表明，造成加氫系列回流泵嚴(yán)重腐蝕和破壞主要原因有兩個(gè)方面：一是在回流罐前的管線、設(shè)備被NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的濃氨水沖刷腐蝕，腐蝕產(chǎn)物脫落進(jìn)入濃氨水造成對(duì)回流泵葉輪、口環(huán)腐蝕[1-3]；二是NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的濃氨水經(jīng)過(guò)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的回流泵，本身就會(huì)造成嚴(yán)重的沖刷腐蝕。經(jīng)過(guò)對(duì)回流泵進(jìn)行改造，降低了回流泵的轉(zhuǎn)速，暫時(shí)解決了回流泵葉輪和口環(huán)被頻繁沖蝕、破壞的問(wèn)題。但是濃氨水中的NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)沒(méi)有降低，對(duì)設(shè)備、管線沖刷腐蝕仍然存在，降低回流泵轉(zhuǎn)速只能延緩濃氨水對(duì)回流泵的沖蝕、破壞。通過(guò)回流泵增加磁力耦合器的實(shí)踐，證明了NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的溶液，在流速高的位置對(duì)裝置設(shè)備存在嚴(yán)重的沖刷腐蝕，同樣也能解釋濃氨水管線調(diào)節(jié)閥、孔板腐蝕嚴(yán)重的問(wèn)題。

NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的濃氨水對(duì)設(shè)備的腐蝕主要受NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)、介質(zhì)流速和操作溫度影響，上述3個(gè)參數(shù)中的任意一個(gè)參數(shù)變大(其余兩個(gè)參數(shù)不變)，都會(huì)加速對(duì)設(shè)備的沖刷、腐蝕。其中NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)是產(chǎn)生沖刷、腐蝕的根本原因，要徹底解決沖蝕問(wèn)題，需改造加氫系列脫硫塔(C201)，增加精餾段和提餾段的塔板數(shù)量或者更換高效塔板，提高脫硫塔對(duì)H2S的汽提分割效率，盡量降低塔底脫硫水H2S質(zhì)量濃度(非加氫系列脫硫水H2S為330 mg/L，富氨氣系統(tǒng)未出現(xiàn)腐蝕)，最終減少進(jìn)入富氨氣系統(tǒng)H2S質(zhì)量濃度，達(dá)到降低濃氨水NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)目的，才能從根本上解決設(shè)備沖刷、腐蝕的問(wèn)題。

[1] 偶國(guó)富,任海燕,王寬心,等.10#碳鋼在NH4HS溶液中的沖蝕規(guī)律[J].石油學(xué)報(bào)(石油加工)，2014,30(5):929-933.

[2] 胡洋,朱勝?lài)?guó),王昌齡,等.氨精餾塔腐蝕失效原因分析[J].石油化工腐蝕與防護(hù),2013,30(2):61-63.

[3] 周威,花飛,龔朝兵，等.污水汽提裝置富氨氣系統(tǒng)腐蝕原因及對(duì)策[J].石油化工腐蝕與防護(hù),2013,30(1):40-43.

StudyonCorrosionofDeaeratorRefluxPumpinSewageStrippingUnit

Wang Shiwei

(CNOOCHuizhouPetrochemicalCo.,Ltd.,Huizhou,Guangdong516086)

The frequent corrosion and damage of impeller and ring in deaerator reflux pump in sewage stripping Unit of CNOOC Huizhou Petrochemical Co.,Ltd.with average replacement period of 2 to 3 months caused great effects on production operation and equipment maintenance.The results of study showed that the main reason for serious corrosion of the impeller and ring in reflux pump was the high mass fraction of hydrogen sulfide (NH4HS) in concentrated ammonia.The corrosion and breakage of impeller and ring in reflux pump was settled temporally through reduction of rotating speed of reflux pump by adding a magnetic coupler.It is proposed to transform the desulfurization tower in hydrogenation series,increase the number of trays of rectification and distillation,or replace the high efficiency tray to improve the stripping efficiency of H2S,so as to solve the problem of erosion of hydrogenation series equipment thoroughly.

concentrated ammonia water,reflux pump,ammonium hydrogen sulfide,sewage stripping

2017-06-27。

王仕偉，男，畢業(yè)于西南石油大學(xué)，大學(xué)本科，工程師，主要從事脫硫、制硫裝置工藝技術(shù)管理。

1674-1099 (2017)04-0023-04

：TE685

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