烷基化裝置分餾進(jìn)料加熱器管束泄漏分析

楊海東，齊鶴，王添宇

（中國(guó)石油大慶煉化分公司，黑龍江 大慶 163000）

大慶煉化公司30 萬(wàn)t·a-1烷基化裝置由蘭州寰球工程公司設(shè)計(jì)，采用蘭州寰球工程公司自主研究開(kāi)發(fā)的流出物制冷硫酸法碳四烷基化技術(shù)[1]，由中石油第七建設(shè)工程公司承建。本裝置采用大慶煉化公司14 萬(wàn)t·a-1MTBE 裝置和慶化公司14 萬(wàn)t·a-1MTBE 裝置所產(chǎn)輕C4為原料，設(shè)計(jì)規(guī)模為30 萬(wàn)t·a-1，裝置于2017年9月開(kāi)始建設(shè)，2018年10月投產(chǎn)。

1 換熱器內(nèi)漏的現(xiàn)象及判斷

自2022年4月1日，烷基化裝置異丁烷塔頂回流罐水包脫液頻次由3～4 次/天增加至8～10 次/天，裝置通過(guò)調(diào)整精制水洗量并增加置換頻次，脫水頻次略有下降，但僅維持1 周就又開(kāi)始惡化。再調(diào)整精制水洗量和置換頻次，脫水頻次無(wú)好轉(zhuǎn)。排除精制餾出物帶水原因后，技術(shù)人員分析可能是異丁烷塔進(jìn)料加熱器E10508發(fā)生內(nèi)漏。4月11日將E10508凝結(jié)水切除，觀察發(fā)現(xiàn)異丁烷塔頂回流罐水包界位上漲速度明顯減緩，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)將殼程凝結(jié)水壓力泄放，用報(bào)警器檢測(cè)殼程高點(diǎn)放空處可燃?xì)怏w報(bào)警，判斷換熱器E10508 發(fā)生內(nèi)漏。

2 換熱器檢修過(guò)程介紹

2022年4月11日，裝置將換熱器E10508 切除退料、吹掃、加裝檢修隔離盲板。4月12日，開(kāi)始檢修E10508，上水試壓找漏，發(fā)現(xiàn)仍是原堵管處于管箱焊接位置腐蝕泄漏（如圖1），無(wú)其他新增管束泄漏。4月13日，對(duì)管板進(jìn)行補(bǔ)焊，后重新上水打壓2 遍，無(wú)泄漏。試壓完成，拆盲板氣密時(shí)發(fā)現(xiàn)管箱本體大法蘭密封面處焊口有砂眼，重新加裝盲板。4月14日，拆卸管箱，外委至機(jī)械廠加工處理。4月15日，處理密封面焊口過(guò)程中發(fā)現(xiàn)存在其他問(wèn)題，重新處理密封面。4月18日，回裝管箱，重新氣密合格后，拆盲板、吹掃、投用。

3 換熱器內(nèi)漏原因分析

3.1 工藝操作原因

在換熱器E10508 發(fā)現(xiàn)泄漏之前，管殼程出入口溫度及壓力操作平穩(wěn)，未有大幅度調(diào)整操作，可排除因工藝操作造成的管束泄漏。

3.2 設(shè)備安裝原因

2022年4月13日，對(duì)管板進(jìn)行補(bǔ)焊，后重新上水打壓2 遍，無(wú)泄漏。本次拆卸后進(jìn)行外觀檢查，管箱墊片完好，無(wú)泄漏痕跡，管束未見(jiàn)磕碰傷，排除檢修安裝因素造成內(nèi)漏。

3.3 工藝介質(zhì)腐蝕原因

自閃蒸罐來(lái)的反應(yīng)流出物主要組成為烷基化油、異丁烷、正丁烷、少量未能沉降的硫酸和副反應(yīng)產(chǎn)生的硫酸酯。反應(yīng)流出物從閃蒸罐進(jìn)入精制單元，經(jīng)過(guò)堿洗、水洗進(jìn)行加工，脫除大部分硫酸和硫酸酯，保證pH 在6～11[2]。

通過(guò)表1可以發(fā)現(xiàn)仍有部分酸酯在堿洗罐中未能被分解，這部分酸酯被攜帶至水洗罐中，同時(shí)有少量酸酯在水洗罐中繼續(xù)分解，隨著水洗水排出，然后酸酯繼續(xù)被攜帶至后面的 E10508 中，在E10508 中遇到高溫的凝結(jié)水進(jìn)行換熱，溫度升高，酸酯分解速度加快，在最高溫處迅速分解，與烴中攜帶的水結(jié)合形成亞硫酸，腐蝕換熱器[3]。

表1 裝置精制單元操作條件

水洗過(guò)程中因除鹽水電導(dǎo)率低，為增加電導(dǎo)率，向精制水洗罐D(zhuǎn)10403 補(bǔ)少量的新鮮水，新鮮水補(bǔ)入量在100～200 kg·h-1，新鮮水中的氯離子(質(zhì)量分?jǐn)?shù):144.36 mg·kg-1)對(duì)白鋼材質(zhì)的管束存在一定的腐蝕性[4]，同時(shí)從現(xiàn)場(chǎng)管箱隔板的腐蝕情況看，二管程的出口隔板及密封處形成腐蝕，密封面形成縫隙，存在精制流出物在隔板處走短路，導(dǎo)致流體沖蝕管板上方管束下邊緣焊縫，在氯離子存在的環(huán)境下，使焊縫受應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂[5]。

因此，管程介質(zhì)經(jīng)換熱器加熱后分解、水合形成亞硫酸的烯酸環(huán)境，是導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)漏的直接原因。

3.4 設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題

2022年4月13日試壓完成后，拆盲板氣密時(shí)發(fā)現(xiàn)管箱本體大法蘭密封面處焊口泄漏，經(jīng)著色后發(fā)現(xiàn)是氣孔泄漏，屬于焊接質(zhì)量原因（如圖2）。管箱拆卸后，發(fā)現(xiàn)管箱法蘭與密封面不是整體，而是在原法蘭密封的基礎(chǔ)上粘貼的密封面。在螺栓孔邊緣以及管箱內(nèi)側(cè)可見(jiàn)明顯焊接痕跡。查看設(shè)備隨機(jī)資料后，發(fā)現(xiàn)管箱法蘭材質(zhì)為16Mn II（襯S30403），而非是整體法蘭。

委托第三方對(duì)管箱法蘭密封面進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)，在補(bǔ)焊過(guò)程中，將粘貼密封面燒穿后形成孔洞，發(fā)現(xiàn)管箱粘貼密封面厚度不足2 mm，且粘貼密封面與原法蘭密封面存在一定的間隙，未完全粘貼，存在夾層（如圖3）。

同時(shí)，對(duì)管箱內(nèi)側(cè)焊口進(jìn)行著色檢查，發(fā)現(xiàn)管箱內(nèi)側(cè)與隔板相交的焊口處也存在氣孔。說(shuō)明該換熱器在氣密過(guò)程中氣體是通過(guò)管箱內(nèi)壁的焊口氣孔進(jìn)入夾層，在通過(guò)外側(cè)焊口氣孔處排出，形成泄漏[6]。說(shuō)明在制造過(guò)程中，設(shè)備的焊接質(zhì)量不合格，存在制造缺陷（如圖4）。

管箱表面粘貼的密封面內(nèi)外側(cè)焊口存在氣孔，屬于焊接質(zhì)量不合格，且粘貼的密封面與原法蘭之間存在縫隙，說(shuō)明在設(shè)備制造過(guò)程中焊接質(zhì)量管控不到位，制造過(guò)程存在缺陷。這是導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)漏的間接原因。

3.5 管理原因

1）對(duì)運(yùn)行設(shè)備檢查管理不到位，未發(fā)揮全員設(shè)備管理作用。

2）對(duì)設(shè)備制造過(guò)程的監(jiān)造與驗(yàn)收重視程度不夠，未及時(shí)發(fā)現(xiàn)廠家制造不合理。

3）烷基化裝置設(shè)備腐蝕研究不夠透徹，也未能采取有效防范措施。

4 整改和防范措施措施

1）對(duì)管板處腐蝕泄漏的管束進(jìn)行補(bǔ)焊。

2）2022年4月15日-4月17日拆除管箱法蘭粘貼的原密封面，重新焊接新密封面（如圖5）；提報(bào)2023年檢修計(jì)劃，對(duì)E10508 整體更換。

3）提高堿洗循環(huán)液堿濃度，控制在3.5%～5.5%；增加流出物堿洗循環(huán)溫度，控制在45～50 ℃；增加堿洗罐中堿液的置換頻次，由分析堿濃小于1.5%時(shí)，補(bǔ)充堿液，改為每周一置換并補(bǔ)充堿液，保證堿液濃度以及排出溶解的酸酯等雜質(zhì)[7]。

4）2022年技改項(xiàng)目增加聚結(jié)脫水器，脫掉精致流出物的游離水及酸脂，減少E10508 內(nèi)酸環(huán)境的形成，減少腐蝕。

5 結(jié)語(yǔ)

1）腐蝕問(wèn)題日趨嚴(yán)重，要重視防腐蝕工作，尤其是工藝防腐蝕控制。

2）設(shè)備工作要注重全方位的細(xì)節(jié)管理，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出問(wèn)題，都可能造成大的損失。

3）加強(qiáng)設(shè)備制造過(guò)程監(jiān)控，提高設(shè)備施工質(zhì)量。

4）提高設(shè)備制造商的準(zhǔn)入門檻，將制造水平低的廠家拒之門外。