常減壓蒸餾裝置常壓塔頂空冷腐蝕問題分析

何明川，張新昇

（中國(guó)石油大連石化公司，遼寧 大連 116000）

與其它大型常減壓裝置不同，3蒸餾常頂餾出物沒有設(shè)置原料換熱器，而是經(jīng)空冷器直接冷卻后進(jìn)入石腦油加氫單元，再經(jīng)加氫精制和輕烴回收分離處理后，為下游220×104t/a連續(xù)重整裝置提供100%直供料。雖然增加了空冷運(yùn)行投資，但降低了裝置1次投資與占地面積，并避免了塔頂石腦油/原油換熱器內(nèi)漏后，石腦油受污染，造成的重整裝置催化劑中毒。一旦空冷腐蝕泄漏可及時(shí)發(fā)現(xiàn)，切除更換。若選用和原油換熱流程，在換熱器前必須加水，實(shí)際的取熱量并不大；換熱器直徑會(huì)很大，而且管束材質(zhì)需要升級(jí)，設(shè)備投資較高［1］。

1 設(shè)備特點(diǎn)

為了減少裝置占地面積，設(shè)計(jì)3蒸餾裝置初頂、常頂油氣全部采用板式空冷器，其中常壓塔頂設(shè)置8臺(tái)（E-1022A-H），板片材質(zhì)為鈦板。該板式空冷器不僅占地面積小、換熱效率高（相同規(guī)模蒸餾裝置常頂油氣如采用普通空冷器，需12~16臺(tái)）；同時(shí)，由于板片為鈦材，具有很強(qiáng)的耐腐蝕能力［2］。

由于板式空冷器管箱與空冷主體管箱間采用的聚四氟乙烯靜密封面墊片的材質(zhì)和制造工藝缺陷，在開停工或操作波動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)頻繁泄漏。此外，由于空冷器板片間流道較窄，而蒸餾裝置2頂石腦油中存在腐蝕產(chǎn)物和氨鹽雜質(zhì)，在板片間會(huì)發(fā)生堵塞，降低空冷器冷卻效率，并導(dǎo)致空冷器出口分支及部線焊縫出現(xiàn)腐蝕泄漏問題［3］。為保證塔頂冷卻效果，2011年停檢期間在板式空冷器平臺(tái)邊增設(shè)2臺(tái)普通管束空冷器。

2 改造情況

2014年裝置大停檢期間將2頂板式空冷器更換為普通管式空冷器，但因空間有限，只安裝了12臺(tái)。原設(shè)計(jì)流程見圖1，改造后流程見圖2。

圖1 原設(shè)計(jì)空冷器入口管線流程

圖2 常頂空冷器入口管線改造后流程

3 泄漏原因分析

3.1 垢下腐蝕

2014年停檢開工后，常頂空冷器先后出現(xiàn)泄漏問題，均集中在空冷器出入口管束相同位置。通過對(duì)泄漏管束和實(shí)際操作數(shù)據(jù)的取樣分析，得出泄漏主要有2方面原因。

（1）空冷器臺(tái)數(shù)由原來8臺(tái)增至12臺(tái)，盡管配管時(shí)力求做到均勻，但違背了正常空冷器流程的1-2-4-8-16（2n）均勻配管的設(shè)計(jì)理論，最終造成實(shí)際生產(chǎn)中塔頂餾出物無法平均分布到12臺(tái)空冷器中，尤其2側(cè)空冷器中實(shí)際的物流量偏差較大。

（2）此次改造時(shí)，各空冷器管束材質(zhì)改用抗H2S腐蝕能力較好的新型09鋼（09Cr2AlMoRe），同時(shí)在空冷器管束2端流速變化較大的部位襯鈦管，但由于襯管末端與管束本身沒有采取措施進(jìn)行過渡銜接或焊接密封，造成襯管末端與管束間存在縫隙，從而在縫隙內(nèi)出現(xiàn)死區(qū)，形成垢下腐蝕；而露點(diǎn)腐蝕多是在空冷管束入口的上部，常頂空冷器襯管及泄漏位置見圖3。

圖3 停檢常頂空冷器襯管及泄漏位置

為了防止類似問題重復(fù)出現(xiàn)，將塔頂各空冷器逐一停用，工藝處理干凈后，取出所有管束內(nèi)襯管，重新投用。同時(shí)為了緩解各空冷器工藝防腐注水分布不均問題，1方面對(duì)12臺(tái)空冷器注水線增加限流孔板，保證空冷器注水量一致；另1方面將塔頂餾出總線注水移到3路分支處。調(diào)整后，基本能做到各空冷分支均勻注水，從而達(dá)到工藝防腐效果。常頂空冷器注水點(diǎn)流程見圖4。

圖4 常頂空冷器注水點(diǎn)流程

3.2 露點(diǎn)腐蝕

2020年10月14日10時(shí)05分，3蒸餾外操巡檢過程中發(fā)現(xiàn)常頂空冷E1022D管束入口滲漏油氣，3蒸餾常頂空冷E1022D管束滲漏部位為入口管束上部，是典型的空冷管束露點(diǎn)腐蝕引起的。介質(zhì)進(jìn)入空冷后生成水滴在下部產(chǎn)生液態(tài)水，酸濃在管束上部較大，露點(diǎn)腐蝕高發(fā)于此［4］。

首先將塔頂餾出線注水前、空冷注水后入口、空冷1管程出口、空冷2管程出口介質(zhì)情況經(jīng)行計(jì)算并統(tǒng)計(jì)，見表1、2。

表1 注水前常頂餾出物情況

表2 注水后常頂餾出物情況

3.3 偏流原因

塔頂餾出物在注水前均是氣態(tài)，由于餾出線均包裹保溫層，且餾出物流量很大，不考慮溫度損失情況下露點(diǎn)為88℃，因此注水前無液態(tài)產(chǎn)物。由于設(shè)置12臺(tái)空冷，不是常規(guī)的8或16臺(tái)，入口管線存在偏流隱患，尤其注水后介質(zhì)變成氣液2相，布管的均勻程度至關(guān)重要。氣相介質(zhì)走向與管線高度或長(zhǎng)度關(guān)系較小，只取決于后路壓力。通過改變注水位置克服設(shè)計(jì)上的缺陷，完全相變的空冷產(chǎn)生的壓降主要取決于介質(zhì)氣化比例，即空冷的冷卻負(fù)荷。當(dāng)空冷出口溫度高，空冷內(nèi)氣相比例大，空冷產(chǎn)生的差壓大，塔壓就會(huì)升高。第1管程作用尤為明顯，出入口只有7℃溫差。因此，空冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況差異是造成偏流的主要原因［5］。

3.4 管束超速

由于當(dāng)初現(xiàn)場(chǎng)位置受限，只能設(shè)置12臺(tái)空冷，為了避免垢下腐蝕取消了入口襯管設(shè)置，所以即使3蒸餾在低負(fù)荷的工況下空冷入口管束內(nèi)流速達(dá)到7.9 m/s，略高于碳鋼空冷設(shè)計(jì)規(guī)范的3~6 m/s。當(dāng)3蒸餾高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，塔頂石腦油量增加，空冷管束不但有腐蝕風(fēng)險(xiǎn)還要考慮沖蝕的影響。有利條件是工頻風(fēng)機(jī)設(shè)置在1管程入口側(cè)，介質(zhì)進(jìn)入空冷就能被迅速冷卻生成大量液相，降低介質(zhì)流速，所以在日常操作過程中盡量不要停風(fēng)機(jī)。

3.5 液態(tài)水不足

通過模擬軟件計(jì)算空冷入口水量為6.6 t/h，占比空冷入口總水量的31%，雖然滿足30%液態(tài)水要求，但當(dāng)空冷出現(xiàn)偏流時(shí)液態(tài)水量會(huì)偏低。從常頂空冷E1022A-J油中水pH值分布也可看出中和劑的分配不均，認(rèn)定是物流分布不均造成的。

4 調(diào)整措施

（1）避免偏流。雖然裝置將空冷注水由總線改至分支改善了偏流情況，但目前裝置在調(diào)整塔頂壓力是通過調(diào)整空冷壓降來實(shí)現(xiàn)的，一旦12臺(tái)空冷之間冷卻負(fù)荷出現(xiàn)較大差異，空冷內(nèi)氣化率變化，空冷產(chǎn)生的差壓就會(huì)有差別，進(jìn)而導(dǎo)致空冷偏流。若保證空冷不偏流，空冷一定不能停風(fēng)機(jī)。冬季空冷出口溫度較低，空冷差壓變小，可適當(dāng)提高塔頂石腦油分離罐壓力來維持塔頂壓力。

（2）塔頂餾出線包保溫。由于常頂餾出線在露點(diǎn)以上14℃，會(huì)有液相析出。但若塔頂餾出線是冷壁，不能保證沒有液態(tài)產(chǎn)物出現(xiàn)。如果空冷入口介質(zhì)為氣液2相，以目前的空冷布置肯定會(huì)偏流。其次，常頂產(chǎn)物中存在強(qiáng)酸介質(zhì)，在沒有大量液態(tài)水之前一定要保證純氣態(tài)。

（3）調(diào)整中和劑注入位置。目前中和劑在總管注入，常頂餾出線DN1000較粗，分支空冷過多，容易分配不均，所以會(huì)出現(xiàn)個(gè)別空冷采水樣pH較低的情況。為了調(diào)pH值需要提高總體的中和劑注入量，調(diào)節(jié)方法不直接，而且造成中和劑劑耗升高。建議將中和劑與空冷前注水混合后隨空冷分支注水注入，即便是空冷中物流分配不均，這樣也可以保證每臺(tái)空冷中均有中和劑注入。

5 結(jié)束語

雖然3蒸餾裝置在建造之初有其特殊性，設(shè)備上先天有缺陷，但可以找到塔頂防腐操作策略。常頂溫度高于露點(diǎn)14℃以上，餾出線包保溫保證介質(zhì)純氣態(tài)；常頂空冷保持全開，保證進(jìn)空冷液態(tài)水量，維持分支出口溫度一致，保證不偏流；空冷分支注水、注中和劑分別控制空冷中的pH值。