煉油廠水汽系統(tǒng)設(shè)備管道 腐蝕泄漏原因分析及對策

張米川(烏魯木齊石化公司質(zhì)量安全環(huán)保處，新疆 烏魯木齊 830000)

0 引言

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，煉油廠水汽系統(tǒng)全年設(shè)備、管道堵漏作業(yè)占全廠堵漏作業(yè)量的75%，要降低日常運行靜設(shè)備檢維修量，關(guān)鍵在降低水汽系統(tǒng)堵漏工作量[1]。泄漏的治理需從源頭管理入手，煉油廠普遍存在幾項典型問題：水汽品質(zhì)管控的指標(biāo)意識差，防腐監(jiān)測指標(biāo)不全；蒸汽加熱設(shè)備隨運行負(fù)荷和季節(jié)變化凝結(jié)水量變化大，操作調(diào)整不及時導(dǎo)致水汽夾帶造成管束振動和沖蝕；夏季停用的低溫?zé)崴桶闊嵴羝?，未按?guī)范工藝防腐處理；循環(huán)水冷卻器在節(jié)能降耗與防腐蝕二者間形成的矛盾，造成循環(huán)水冷卻器流速不達(dá)標(biāo)；冬季低溫?zé)岬膿Q熱器，因設(shè)計考慮加熱低溫?zé)崴螅募厩袚Q為循環(huán)水冷卻器運行，熱源介質(zhì)溫度選擇較高，普遍達(dá)不到循環(huán)水冷卻器運行管理要求的溫度，造成管束易結(jié)垢腐蝕[2]。

隨著原油性質(zhì)復(fù)雜化，裝置原料的性質(zhì)、加工負(fù)荷與原設(shè)計之間的差距問題越來越突出。腐蝕環(huán)境和工藝運行狀況變化，使得原始設(shè)計采用的制造工藝、所選擇的材質(zhì)和防腐工藝等與生產(chǎn)實際產(chǎn)生偏差，設(shè)備原設(shè)計對設(shè)備防腐考慮的局限性，造成設(shè)備的故障率高、使用壽命短，影響到設(shè)備長周期安全運行。防泄漏管理應(yīng)充分識別腐蝕環(huán)境潛在的腐蝕風(fēng)險，制定切實可行的制作方案，通過對設(shè)備腐蝕原因的充分研判，摸清腐蝕的根本原因，通過工藝的管控、設(shè)備制造技術(shù)手段的革新，提高設(shè)備抗腐蝕及適應(yīng)腐蝕環(huán)境的能力，降低設(shè)備故障率。

1 總體思路

通過精準(zhǔn)分析制定循環(huán)水、鍋爐水和低溫?zé)崴人夹g(shù)指標(biāo)，全面落實水汽管控工藝指標(biāo)和日常過濾設(shè)施管理；制定停運設(shè)備設(shè)施專項管控方案，對停運的低溫?zé)崴到y(tǒng)采取投加FST-HS-7041 緩蝕劑，停運的蒸汽系統(tǒng)管線設(shè)備采取充氮防腐形式，解決停運設(shè)備的腐蝕問題；對標(biāo)40B219—2003 《石油化工裝置蒸汽疏水和疏水閥選用及配管設(shè)計技術(shù)條件》和GB/T 12712 《蒸汽供熱系統(tǒng)凝結(jié)水回收及蒸汽疏水閥技術(shù)管理要求》，對工藝水汽沖擊腐蝕，通過投用疏水器和測溫管理，設(shè)備運行狀況工藝模擬計算優(yōu)化工藝操作，控制水汽有效分離，減緩水汽互竄帶來的設(shè)備管道振動和沖蝕問題；針對故障率高的水汽系統(tǒng)蒸汽發(fā)生器、循環(huán)水冷卻器、蒸汽加熱器等，根據(jù)分類管理和分級管理要求，備用設(shè)備制作時采取新工藝和新技術(shù)，以適應(yīng)現(xiàn)場腐蝕環(huán)境達(dá)到耐腐蝕長周期運行的要求[3]。

2 實施方案

2.1 水汽指標(biāo)的優(yōu)化控制

按相關(guān)水汽管理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合烏魯木齊石化公司的實際情況，對鍋爐水、中壓蒸汽和循環(huán)水指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，并制定合格率控制指標(biāo)，如：調(diào)整鍋爐水磷酸鹽指標(biāo)5.0～15.0 mg/L(原0.5～15.0 mg/L)，減緩鍋爐結(jié)垢和腐蝕提高鍋爐運行效率；提高發(fā)汽品質(zhì)，提高汽輪機運行周期；因循環(huán)水系統(tǒng)各裝置不同設(shè)備實行統(tǒng)一供水，涉及大量奧氏體不銹鋼材質(zhì)的設(shè)備，要求循環(huán)水氯含量控制0～700 mg/L(原按碳鋼執(zhí)行0～750 mg/L)；對于循環(huán)水系統(tǒng)缺少除碳鋼以外材質(zhì)的腐蝕率掛片監(jiān)測，推進(jìn)不銹鋼和銅合金材質(zhì)腐蝕監(jiān)測掛片工作，以適應(yīng)循環(huán)水腐蝕監(jiān)測的實際需求；針對低溫?zé)崴|(zhì)無指標(biāo)的現(xiàn)狀，統(tǒng)一全廠水質(zhì)監(jiān)測和查漏COD 0～30 mg/L和濁度0～50 NTU 指標(biāo)，使低溫?zé)崴|(zhì)受控，明顯減少冬季低溫?zé)崴畵Q熱器泄漏問題。

2.2 停運水汽系統(tǒng)的防腐處理

北方低溫?zé)嵯到y(tǒng)一般在每年10 月15 日投用，于下年4 月15 日停運，每個周期有近半年多停運期，為了減少補水水耗全系統(tǒng)約不少于6 000 m3存水采取不排放，因系統(tǒng)不流動的水汽腐蝕，當(dāng)投用低溫?zé)峄蛘羝闊峋€時，產(chǎn)生大量管線腐蝕泄漏問題。為了解決該問題，對停運水汽系統(tǒng)采取因地制宜的防腐方式，蒸汽系統(tǒng)充氮、低溫?zé)崴到y(tǒng)緩蝕劑循環(huán)，具體說明如下[4]：

緩蝕劑FST-HS-7041，外觀淡黃色至黃色液體，25 ℃時的密度1.18～1.24 g/cm3，原液的pH≥12.5，主要含亞硝酸鹽/鉬酸鹽和銅緩蝕劑等組分，已成功用于軟化水、脫鹽水和自來水供水系統(tǒng)中，已被證明在冷凍水和熱水系統(tǒng)中很有效。

煉油廠夏季三套低溫?zé)嵯到y(tǒng)停工，四低單獨運行，為防止出現(xiàn)停工后低溫?zé)崴涣鲃釉斐商间撍€的腐蝕現(xiàn)象，現(xiàn)準(zhǔn)備在低溫?zé)嵬９ず髮Φ蜏責(zé)嵯到y(tǒng)加緩蝕劑。由于四低裝置正在運行，建南、建北伴熱線互竄導(dǎo)致低溫?zé)崴芫€內(nèi)存在壓力，從四低泵房凝結(jié)水箱處加注緩蝕劑，利用建南、建北低溫?zé)崴闊峋€互竄，將緩蝕劑由建南區(qū)域運行至建北區(qū)域，達(dá)到保護(hù)設(shè)備、提高換熱效率、排除系統(tǒng)隱患、延長運行周期的目的。

(1)在凝結(jié)水罐頂處加藥，根據(jù)保有水量6 000 t加藥6 t；(2)加藥結(jié)束后，低溫?zé)嵯到y(tǒng)循環(huán)5 天保證藥劑均勻；(3)加藥結(jié)束6 天后測量系統(tǒng)中末端取樣，若分析中亞硝酸根不到250 mg/L，提高四低循環(huán)泵的出口流量，從171 t/h 提高到300 t/h 運轉(zhuǎn)5 天；(4)根據(jù)分析指標(biāo)運行第12 天再取樣做分析，若分析亞硝酸根不到250 mg/L 另增加用藥量，每差60 mg/L 增加300 kg 的用量，監(jiān)測指標(biāo)時亞硝酸根≥250 mg/L為合格；(5)每2 周取樣做一次壓硝酸跟的分析和總鐵分析，總鐵：0～2 mg/L 為合格，亞硝酸根≥250 mg/L 為合格，低于250 mg/L，每差60 mg/L，增加300 kg 的緩蝕劑用量，再次檢測，直至合格；(6)對各系統(tǒng)低熱水低點放空進(jìn)行定期抽查，外觀檢查排水銹蝕物，分析水樣鐵含量，鐵離子含量均小于2.0 mg/L；安排建南和建北以及5 號大公路兩邊裝置，具有代表性的遠(yuǎn)端低溫?zé)峁芫€定點測厚點檢測，監(jiān)測管線和器壁腐蝕損耗程度計算腐蝕率均小于0.1 mm/a，驗證緩蝕劑防腐效果有效性。

2.3 工藝模擬計算優(yōu)化操作

開展蒸汽發(fā)生器、蒸汽加熱器以及減溫減壓器設(shè)備運行工藝模擬計算，優(yōu)化操作參數(shù)，與設(shè)計對標(biāo)，阻垢熱阻較大、存在明顯換熱管結(jié)垢的設(shè)備納入計劃檢修；開展蒸汽加熱器疏水閥蒸汽泄漏量計算，對蒸汽凝結(jié)水無疏水器的進(jìn)行測溫調(diào)整控制閥(或手閥)流量，結(jié)合凝結(jié)水背壓控制蒸汽凝結(jié)水溫度110～140 ℃，防止過低蒸汽加熱設(shè)備內(nèi)積水產(chǎn)生管束水錘振動，過高凝結(jié)水系統(tǒng)大量帶汽產(chǎn)生水汽沖蝕[5]。

(1)不同類型蒸汽疏水閥蒸汽泄漏量計算。

①熱靜力式蒸汽疏水閥蒸汽泄漏量計算。在0.5 MPa的蒸汽泄蒸汽疏水閥的漏汽率為30%、50%、70%、直通，在1.0 MPa 的蒸汽△t=5 ℃時，蒸汽疏水閥排W=170 kg/h。

②熱靜力蠟式蒸汽疏水閥。熱靜力蠟式蒸汽疏水閥蒸汽疏水閥的漏汽率為30%、50%、70%、直通，在0.5 MPa 的蒸汽泄漏量最大排水量200 kg/h。蒸汽疏水閥的漏汽率為30%、50%、70%、直通，在1.0 MPa的蒸汽泄漏量最大排水量約為300 kg/h。

③自由浮球式蒸汽疏水閥。自由浮球式蒸汽疏水閥蒸汽疏水閥的漏汽率為30%、50%、70%、直通，在0.5 MPa 的蒸汽泄漏量最大排水量300 kg/h。蒸汽疏水閥的漏汽率為30%、50%、70%、直通，在1.0 MPa的蒸汽泄漏量最大排水量160 kg/h。大排量蒸汽疏水閥：蒸汽疏水閥的漏汽率為50%和直通，在1.0 MPa的蒸汽泄漏量最大排水量160 kg/h。

煉油廠蒸汽加熱器凝結(jié)水有直通控制閥控制、現(xiàn)場手閥控制和安裝疏器3 種形式，通過不同結(jié)構(gòu)形式疏水閥、不同蒸汽壓力的最大排水量，結(jié)合凝結(jié)水測溫控制，充分利用蒸汽相變潛熱，減少水帶汽沖擊產(chǎn)生的泄漏問題。

(2)通過閃蒸罐對流程進(jìn)行模擬，對實際運行時的流量和壓力進(jìn)行比對，對于進(jìn)料量和壓力變化后對頁面的影響進(jìn)行測算，因此需要根據(jù)流程的特點對流程進(jìn)行進(jìn)一 步調(diào)整優(yōu)化，以此模擬作為初值，切斷或重新連接部分流股，以對模擬進(jìn)行調(diào)整。通過案例研究與實際對比后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)調(diào)閃蒸罐整過程中，通過對來料的閃蒸罐壓力控制，可以使運行平穩(wěn)，減少設(shè)備管道故障發(fā)生[6]。

2.4 水汽換熱器制作技術(shù)改進(jìn)

(1) 大焦化蠟油蒸汽發(fā)生器E-108，規(guī)格型號：BKU800/1400-1.89/1.52-170-6/25-2I 管殼程均為碳鋼材質(zhì)；采用釜式結(jié)構(gòu)，因水汽沖擊振動造成管板管接頭開裂，通過弓形折流板上下端開90°槽，開槽高度選擇30 mm(GB/T 151—2014 《熱交換器》設(shè)計一般要求開槽高度為15 mm)，很好起到減緩水汽沖擊管板管接頭焊縫振動開裂作用，保證此臺管束安全長周期運行。

(2)40 萬噸焦化原料預(yù)處理裝置二級抽空冷卻器冷-12，規(guī)格型號：FL-800-180-25-4，原設(shè)計殼體和管束材質(zhì)均為普通碳鋼。該裝置在加工西北局原油時，由于硫含量高達(dá)2.0%以上，減壓塔C-301 塔頂富含硫化氫，同時因設(shè)備設(shè)計溫度偏低存在運行超溫現(xiàn)象。為滿足壓力容器使用溫度和設(shè)備防腐要求，重新制作提高了設(shè)計壓力，設(shè)備殼體和管束材質(zhì)采用HIC鋼(抗氫鋼)，管接頭密封焊+ 液壓脹，并對管板熱影響區(qū)進(jìn)行熱處理，控制硬度小于200HB，滿足了壓力容器使用和設(shè)備防腐要求。

以上為部分技術(shù)改進(jìn)實例，基于以上設(shè)備更新改造制作思路，對水汽系統(tǒng)換熱設(shè)備管束進(jìn)行更新，對于腐蝕泄漏故障率高的冷換設(shè)備(管束)，均采取不同形式防腐手段(包括管束熱固化防腐處理)，延長設(shè)備使用壽命，保障裝置長周期安全運行[7]。

3 實施效果

通過對水汽系統(tǒng)進(jìn)行種技術(shù)改造以及綜合應(yīng)用相應(yīng)的管理手段，煉油廠循環(huán)水冷卻器的故障臺次自2019 年的36 臺次，下降為2021 年的10 臺次；低溫?zé)崴畵Q熱器的故障率自2019 年的6 臺次，下降為2021 年的0 臺次；蒸汽發(fā)生器和蒸汽加熱器自2019 年 12 臺次，下降為2021 年3 臺次；水汽換熱器平均每年節(jié)約檢修費不少于265 萬元；水汽管線自2019 年442 處次，下降為2021 年215 處次，約85% 集中在冬季。因設(shè)備故障率減少，高風(fēng)險檢維修頻次大幅度降低，保障了裝置安全生產(chǎn)，除了長周期運行經(jīng)濟(jì)效益外，產(chǎn)生的安全效益也十分明顯。

按全廠檢修規(guī)格型號較多的浮頭式BES900 換熱器計，檢修工序費用包括：拆裝盲板、拆裝前后頭蓋和小浮頭、拆裝管束，管束清洗試壓堵漏(試壓3遍)、管束電渦流檢測(按15% 抽檢)、管束熱固化防腐(按管束內(nèi)防腐計)等，計算如下：

單臺BES900 換熱器檢修(包括：拆裝盲板、拆裝前后頭蓋和小浮頭、拆裝管束，管束在工裝中安裝試一遍壓及堵漏，在裝置現(xiàn)場試2、3 遍壓及堵漏)，以及配合檢修搭拆腳手架換熱器前后頭蓋各1 處，吊車、運輸及材料產(chǎn)生的正常費用，全部按正常量約計21 900元[8]。

管束電渦流檢測，BES900 一般690 根列管，抽檢比例要求不少于15%，管子長度6 m，冷換設(shè)備管束電渦流檢測合同單價12.48 元/m，單臺換熱器電渦流檢測費用：690根×15%×6 m×12.48元/m=7 750.08元。

管束熱固化防腐費用，BES900 一般換熱面積220 m2，當(dāng)前熱固化防腐合同價110 元/m2,單臺管束內(nèi)外表面約：220 m2×110 元/m2×2=48 400 元；

一臺BES900 換熱器檢修發(fā)生費用合計：

21 900 元+7 750 元+48 400 元≈78 050 元

平均少發(fā)生41 臺換熱器檢修，共計減少發(fā)生檢維修費用：78 050 元×41 臺=3 200 050 元。

單臺次檢修發(fā)生費用約78 000 元，3 年節(jié)約檢修費不少于320 萬元。

4 結(jié)語

通過對水汽系統(tǒng)泄漏率高原因的分析，通過對水汽指標(biāo)的優(yōu)化控制、停運水汽系統(tǒng)的防腐處理、工藝模擬計算優(yōu)化操作以及水汽換熱器制作技術(shù)革新等措施的實施，較好地滿足了裝置工藝運行及設(shè)備防腐的要求。通過設(shè)備制造監(jiān)造、嚴(yán)格的技術(shù)要求和嚴(yán)控質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)，2019 年至2021 年運行工況和防腐效果有明顯改善。水汽系統(tǒng)管道(凝結(jié)水管線、水汽伴熱線、蒸汽管線等)泄漏堵漏量自2019 年442 處次，下降為2021 年215 處次，3 年減少動火堵漏約360 處次。設(shè)備管道在投用期間在線切出工藝處理作業(yè)，以及進(jìn)行檢維修施工，高風(fēng)險檢維修頻次大幅度降低，所產(chǎn)生的安全效益遠(yuǎn)大于經(jīng)濟(jì)效益，有力地保障裝置安全生產(chǎn)。