發(fā)表時間： 2022-10-22 15:53:09
作者： 李銘陽 大慶煉化公司煉油生產(chǎn)三部設(shè)備組
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摘要：本文簡述了針對常減壓裝置出現(xiàn)的常頂油氣和原油換熱器管束頻繁出現(xiàn)泄漏的情況，對產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，提出控制腐蝕發(fā)生的工藝方面和監(jiān)檢測優(yōu)化措施。
關(guān)鍵詞：常減壓裝置；常頂換熱器；腐蝕
常減壓裝置是煉油生產(chǎn)加工的關(guān)鍵性工序，其安全運作狀況對相關(guān)企業(yè)長周期運作起到了至關(guān)重要的作用。因為原油之中包含有大批量的水分、鹽、硫化物、酸等具有腐蝕性成分，這也讓腐蝕泄漏事故大概率會在常減壓裝置運作過程中發(fā)生。
常減壓裝置作為石油化工企業(yè)的重要組成，其是運用原油各組分的多樣化物理特性，對其開展標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)處理、組分分離、提取等系統(tǒng)的工藝流程運作，從而獲取汽油、煤油、柴油、潤滑油等眾多類型的原油產(chǎn)品以及下游裝置原料的煉油企業(yè)基礎(chǔ)性裝置。作為煉油生產(chǎn)運作的關(guān)鍵性工序，常減壓裝置的運作平穩(wěn)性對煉油企業(yè)是否可以較長周期內(nèi)安全化運作起到了至關(guān)重要的作用。常減壓裝置的核心設(shè)施主要包括有常壓塔、減壓塔、塔頂換熱器以及其工藝管道等腐蝕情況長期以來都受到設(shè)備與工藝人員的關(guān)注，倘若產(chǎn)生腐蝕泄漏，這會導(dǎo)致裝置停車，更為嚴(yán)重的情況下甚至?xí)l(fā)安全突發(fā)事故，大概率會引發(fā)較大的人力與財力損失。所以，全面探究常減壓裝置常頂換熱器腐蝕控制，有著極為重要的現(xiàn)實價值。
1、腐蝕的問題
腐蝕具體所指的是在負(fù)面環(huán)境因素的整體影響之下，設(shè)施的材料出現(xiàn)化學(xué)改變引發(fā)設(shè)施喪失最初性能，這無疑會為企業(yè)帶來難以估量的負(fù)面后果，特別是電化學(xué)腐蝕在金屬設(shè)施當(dāng)中發(fā)生概率較高，煉油廠最常見的腐蝕核心是常減壓裝置與周邊位置產(chǎn)生化學(xué)綜合反應(yīng)而出現(xiàn)，倘若產(chǎn)生此種問題，對煉油廠而言無疑是巨大的損失，同時更是會嚴(yán)重影響日常生產(chǎn)運作的安全性與規(guī)范性。
某公司常減壓裝置常頂E1/1換熱器在2018年和2019年初頻繁出現(xiàn)泄漏，換熱器單程管束572根中的56根被封堵，腐蝕問題影響了裝置平穩(wěn)生產(chǎn)，給裝置的長周期平穩(wěn)運行帶來隱患。裝置采用了塔頂“三注”防腐工藝，常頂切水的總Fe+ 含量在指標(biāo)范圍內(nèi)，整個塔頂系統(tǒng)環(huán)境均勻腐蝕得到控制，但換熱器管束的局部腐蝕未能解決。
2、腐蝕原因分析
2.1 常頂換熱器腐蝕的機(jī)理
公認(rèn)的常頂換熱器腐蝕泄漏的機(jī)理有露點腐蝕和結(jié)鹽垢下腐蝕2種。
露點腐蝕方面：原油中含油的有機(jī)氯和氯化鹽在高溫下可生成HCL，一般MgCl在120℃90%可水解生成HCL，CaCl在150℃開始水解。HCL和H2S互相作用在有水的作用下形成HCl+H2S+H2O的腐蝕環(huán)境在局部低溫區(qū)形成PH值＜2的水滴，造成設(shè)備腐蝕穿孔。
垢下腐蝕方面分析：由于常頂氣相中含有NH3與HCl直接反應(yīng)生成NH4Cl的結(jié)晶，在換熱器低溫區(qū)結(jié)垢，NH4Cl極易潮解，在局部發(fā)生NH4Cl+H2O→NH3H2O+HCl反應(yīng)，造成垢下腐蝕。
2.2 現(xiàn)場工藝防腐情況分析
常減壓裝置的常頂餾出口注水點能夠起到稀釋塔頂?shù)蜏乩鋮s系統(tǒng)（餾出口管線、換熱器、回流管）的HCl環(huán)境的作用，但對于控制換熱器內(nèi)部管束的露點腐蝕和垢下腐蝕發(fā)生還沒有針對性。
垢下腐蝕方面來看：經(jīng)Aspen流程模擬計算，二套常減壓塔頂管束內(nèi)部NH4Cl的結(jié)晶溫度約為99℃，低于露點的102℃，從理論上來看氣相狀態(tài)的NH3和HCl在油氣混合氣的露點前未反應(yīng)結(jié)鹽，到達(dá)露點102℃后就溶于液相水中，不會造成結(jié)鹽垢下腐蝕；但如果換熱器內(nèi)介質(zhì)的流量/流速過低，換熱器邊緣管束內(nèi)介質(zhì)發(fā)生滯流，無法溶解NH3和HCl，兩者反應(yīng)生成NH4Cl造成結(jié)垢，產(chǎn)生的NH4Cl產(chǎn)物因介質(zhì)流速過小，無法被沖刷（原理如圖1所示）造成了NH4Cl結(jié)鹽，引起垢下腐蝕，堵塞換熱器管束。
圖1 換熱器管束內(nèi)部介質(zhì)示意圖
露點腐蝕方面，露點區(qū)域邊緣的管束液態(tài)水較少且流速很慢，造成露點區(qū)域HCl濃度過大，PH值可達(dá)到2以下，造成露點腐蝕，快速腐蝕換熱器管束。
3、控制腐蝕發(fā)生優(yōu)化思路
3.1 注水點位置和注入量優(yōu)化
有針對性的在2臺換熱器的入口分別增加注水點，該注水點距離水的露點位置和結(jié)鹽點位置很近，可大大增加換熱器內(nèi)液態(tài)水的含量，有效沖刷流量/流速過小的換熱器管束內(nèi)的NH4Cl結(jié)晶，而且在露點處增加大量的液態(tài)水，稀釋露點處的HCl避免垢下腐蝕和露點腐蝕的發(fā)生，介質(zhì)流向如圖2所示。
圖2 注水后換熱器管束內(nèi)部介質(zhì)示意圖
為了使常頂餾出口的水與緩蝕劑充分混合，在塔頂餾出線注水點使用專業(yè)大角度精準(zhǔn)分散噴嘴；而在換熱器入口處選用專業(yè)小角度實心直噴霧化噴嘴，液態(tài)水穿過初凝區(qū)，稀釋初凝區(qū)的強(qiáng)酸，同時均勻冷凝、沖洗易結(jié)鹽物質(zhì)，防止局部腐蝕穿孔，也可以避免噴嘴直對的管壁出現(xiàn)沖刷腐蝕。
3.2 PH值及其監(jiān)控手段優(yōu)化
對比發(fā)現(xiàn)，我公司常頂切水PH值控制偏大，經(jīng)常貼近或超過中石油規(guī)定的上限，給NH4Cl形成提供了有利的條件，近期化驗監(jiān)測數(shù)據(jù)如下：
表1 常頂切水?dāng)?shù)據(jù)分析
裝置注水所用的酸性水汽提凈化水PH值和CL離子超過“中石油防腐管理規(guī)定”要求，也是造成切水PH值較大的原因，近期化驗監(jiān)測結(jié)果如下：
表2 凈化水?dāng)?shù)據(jù)分析
在注入水的PH值較大的情況下，可適當(dāng)減少氨水注入量，降低PH值，在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，氨水注入量對塔頂PH值影響很大，調(diào)節(jié)不當(dāng)容易造成常壓塔頂?shù)蜏夭糠值腜H值迅速降低至6以下的酸環(huán)境，造成嚴(yán)重的系統(tǒng)腐蝕，應(yīng)在調(diào)節(jié)過程中加密分析頻次。
3.3 防護(hù)材質(zhì)優(yōu)化思路
換熱器管束的材質(zhì)選型的方向很多，下面對材質(zhì)的選擇進(jìn)行分類描述。
鈦管束應(yīng)用：鈦合金的管束被更多應(yīng)用在現(xiàn)場，鈦材耐HCl腐蝕，強(qiáng)度高、密度小是抗Cl腐蝕的理想材料，壽命可達(dá)10年，但升級為鈦材后，換熱器出口管線腐蝕加速可能性增大（遼陽、長慶均出現(xiàn)過該問題）原因是鈦管束與出口碳鋼管線形成高點位差的電偶腐蝕，在更換鈦材后，需要同時對換熱器出口管線的材質(zhì)進(jìn)行升級，需設(shè)計部門進(jìn)行詳細(xì)核算。
雙相鋼管束應(yīng)用：雙相鋼也有較強(qiáng)的抗腐蝕能力，且造價比鈦材低，但在煉油廠的應(yīng)用不多，獨山子發(fā)生過有雙相鋼材質(zhì)管束出現(xiàn)泄漏的案例，其可靠性低于鈦材。
涂層的應(yīng)用：涂層的改造成本最低，遼河石化曾經(jīng)采用碳鋼加涂層解決常頂原油換熱器的腐蝕問題，使用壽命在2～3年，但涂層的質(zhì)量千差萬別，相同廠家不同批次的產(chǎn)品都有很大差別很難做到可靠性。
綜上所述，就管束選材可靠性來看鈦材＞雙相鋼＞涂層，從成本上來看鈦材的價格比雙相鋼多30%，而涂層的造價最低為鈦材的1/4。因此預(yù)算允許的情況下更換換熱器管束為鈦材是防腐蝕的最可靠選擇。
4、裝置實際改造情況
在2019年大檢修中，裝置在常頂換熱器E-1/1和E-1/2換熱器入口管線各新增注水點、緩蝕劑點、注氨點各1個，注水噴頭采用了專業(yè)小角度實心直噴霧化噴嘴，確保換熱器內(nèi)有較多液相水進(jìn)入，沖刷NH4Cl結(jié)晶避免垢下腐蝕和管束堵塞，稀釋露點處的HCl濃度，有效避免露點腐蝕，截止2019年底未發(fā)生換熱器的泄漏，優(yōu)化措施起到了一定效果。
5、結(jié)語
常頂腐蝕問題是困擾各大煉廠生產(chǎn)的重點難點問題，隨著大慶油田三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)的廣泛應(yīng)用，原油中有機(jī)氯的含量逐年增加，受熱反應(yīng)生成的高濃度HCl會造成常減壓低溫部分的腐蝕加劇，即使短時間的防腐蝕相關(guān)的參數(shù)波動也會造成嚴(yán)重的腐蝕后果，因此常頂換熱器的各項工藝指標(biāo)、“三注”參數(shù)、監(jiān)檢測數(shù)據(jù)需要實時關(guān)注。
