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      加工含硫含酸原油的常減壓蒸餾裝置設(shè)備材質(zhì)升級

      2018-05-11 01:28:18
      石油化工腐蝕與防護(hù) 2018年2期
      關(guān)鍵詞:減壓塔不銹鋼板減壓蒸餾

      (北京華福工程有限公司,北京 100015)

      國內(nèi)某煉油廠常減壓蒸餾裝置,于1969年9月建成投產(chǎn),是中國煉油史上最早的煉油裝置,加工能力為3 Mt/a。按低硫低酸石蠟基大慶原油設(shè)計(jì),主要設(shè)備的材質(zhì)均為碳鋼。2004年以來,大慶原油供應(yīng)緊張,需不斷摻混一定比例俄羅斯原油和冀東原油。由于進(jìn)口原油和冀東原油高硫高酸,使混輸大慶原油中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和酸值大幅提高,硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高達(dá)到0.26%,酸值最高達(dá)到0.62 mgKOH/g,設(shè)備和管線腐蝕加劇。為此決定利用裝置停工檢修期間完成50臺設(shè)備和超過3 800 m高溫管線材質(zhì)升級改造。

      1 含硫含酸原油腐蝕分析

      1.1 含硫含酸原油的腐蝕機(jī)理

      原油中存在的無機(jī)鹽、有機(jī)氯化物、硫化物和環(huán)烷酸,在加工過程中會(huì)對設(shè)備及管道產(chǎn)生腐蝕[1]。低溫部位主要是H2S-HCl-H2O型腐蝕。高溫部位主要是硫和環(huán)烷酸腐蝕。

      1.2 常減壓蒸餾裝置硫和酸腐蝕分布和分析

      經(jīng)可行性研究及專家評審,項(xiàng)目確定以加工原油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%,酸值0.7 mgKOH/g為材質(zhì)升級設(shè)防值。詳細(xì)設(shè)計(jì)用Aspen模擬軟件對裝置硫和酸分布進(jìn)行了模擬計(jì)算,根據(jù)含硫含酸原油腐蝕機(jī)理對實(shí)測和模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

      1.2.1 硫腐蝕分析

      從裝置硫分布實(shí)測和模擬計(jì)算值可見,原油中的硫化物經(jīng)蒸餾后各餾分主要分布在重質(zhì)餾分中,隨著餾分的變重,其中的硫含量相應(yīng)增加。常一線和減一線由于硫含量較低,溫度不高,硫腐蝕會(huì)較輕;而常二線、減二線、減三線、減四線及減渣線硫含量較高,而且溫度較高,所以高溫硫腐蝕較重,特別是減渣線的高溫硫腐蝕更重。但對于常頂和減頂,盡管其中硫含量不高,但屬于低溫輕油部位的腐蝕,其中的H2S溶解于水中,與水中的HCl共同引起設(shè)備的腐蝕,腐蝕也會(huì)非常嚴(yán)重。

      1.2.2 酸腐蝕分析

      從裝置酸分布實(shí)測和模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn),原油在蒸餾過程中有機(jī)酸主要分布在:初底重油系統(tǒng)、常減壓爐爐管、常減壓轉(zhuǎn)油線、常三線以下塔體、塔盤和內(nèi)構(gòu)件,常四線的設(shè)備和管線,減二線到減四線間的塔體、填料和內(nèi)構(gòu)件,減二線、減三線、減四線的管線和設(shè)備。尤其是減三線和減四線,有機(jī)酸含量較高,腐蝕最為嚴(yán)重。

      2 設(shè)備材質(zhì)升級內(nèi)容

      依據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果及分析,結(jié)合常減壓蒸餾裝置最新定點(diǎn)測厚數(shù)據(jù),參照相關(guān)裝置材質(zhì)升級經(jīng)驗(yàn)[2],確定對常減壓蒸餾裝置240 ℃ 以上設(shè)備、管道進(jìn)行材質(zhì)升級改造。材質(zhì)升級的范圍包括加熱爐、塔器、冷換設(shè)備和管道等。材料選用按設(shè)計(jì)導(dǎo)則確定。

      2.1 加熱爐

      常壓爐為立式立管方箱爐,其中大部分對流段管材由碳鋼升級為A335 P5,但每路倒數(shù)第2根采用TP321;大部分輻射段管材升級為TP321,但每路輻射管倒數(shù)第2根采用TP316L。

      減壓爐為對流輻射型圓筒爐,對流段爐管部分管材升級為TP321,蒸汽部分高溫段(最后一排)材質(zhì)升級為A335 P5;輻射段爐管全部采用TP316L。

      2.2 塔

      常壓塔、減壓塔封頭部位更換為復(fù)合板(Q245R+0Cr13Al),其他部位貼襯不銹鋼板(316L)。常壓汽提塔、減壓汽提塔采用貼襯不銹鋼板(304L)。常壓塔操作溫度240 ℃以上部位塔盤升級(304)。減壓塔及減壓汽提塔填料全部更換(317)。減壓塔及常壓汽提塔、減壓汽提塔塔內(nèi)件全部升級,塔內(nèi)支撐件整體更換(304)。塔類設(shè)備管口更換,按內(nèi)貼襯板材質(zhì)升級。

      2.3 冷換設(shè)備

      換128/1-8進(jìn)行整體更換,封頭和殼體選用復(fù)合板(Q345R+00Cr17Ni14Mo2),管束選用00Cr17Ni14Mo2。其他操作溫度240 ℃以上的13臺換熱設(shè)備,管束采用10號碳鋼滲鋁,零件采用碳鋼噴鋁防腐蝕,管箱和殼體利舊。5臺冷換設(shè)備管束升級為09Cr2AlMoRe。

      2.4 工藝管道

      低溫部位以工藝防腐蝕為主,不考慮管線材質(zhì)升級;操作溫度為260 ℃以上重點(diǎn)部位高溫管線材質(zhì)全部升級;操作溫度為240 ℃上下,重點(diǎn)部位部分管線材質(zhì)升級;管徑大于DN500直管段選擇復(fù)合板管材,管件選用合金鋼材質(zhì)。

      2.5 機(jī) 泵

      減三線、減四線以及減壓渣油泵體材質(zhì)升級,由原來的Ⅱ類材質(zhì)更換為Ⅲ類材質(zhì)。機(jī)泵材質(zhì)升級匯總見表1。

      2.6 儀 表

      常壓塔、常壓汽提塔、減壓塔、減壓汽提塔及其相關(guān)材質(zhì)升級的工藝管線配套的儀表系統(tǒng)升級,更換減四汽提液位的電浮球液位變送器(LT-204),減壓塔上增加一套減底液位指示。

      相應(yīng)設(shè)備及管線上的接液部分遠(yuǎn)傳儀表及其部件需要提升材質(zhì)等級。

      3 配套工藝防腐蝕及腐蝕檢測

      設(shè)置了必要的工藝防腐蝕藥劑注點(diǎn)以及定點(diǎn)監(jiān)測位置,使裝置在重新運(yùn)行中能實(shí)時(shí)監(jiān)測重點(diǎn)部位的設(shè)備腐蝕狀況,識別裝置隱患部位,為安全加工高硫高酸劣質(zhì)原油提供技術(shù)保障。

      4 設(shè)計(jì)難點(diǎn)問題的解決

      該次材質(zhì)升級重點(diǎn)為4臺塔器的材質(zhì)升級,由于升級改造時(shí)間短、資金有限、不能進(jìn)行整體更換,所以,業(yè)主要求采用塔內(nèi)襯不銹鋼板的材質(zhì)升級方案。

      塔內(nèi)襯不銹鋼的難點(diǎn)是溫差應(yīng)力常會(huì)使襯里產(chǎn)生拉裂、鼓包等破壞。設(shè)計(jì)組通過走訪國內(nèi)多家煉油廠,對成功和失敗的案例進(jìn)行細(xì)致分析,成功選用出熱膨脹系數(shù)接近的基材和襯里材料,確定了恰當(dāng)?shù)乃?nèi)襯板分塊尺寸,最終解決了塔內(nèi)襯不銹鋼板材質(zhì)升級的設(shè)計(jì)難題,使4臺塔的防腐升級得以順利實(shí)施,運(yùn)行多年未出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。

      5 運(yùn)行效果

      材質(zhì)升級前和材質(zhì)升級后腐蝕速率對比見表2。

      表2 腐蝕在線檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)對比

      由表2可以看出,材質(zhì)升級后的管道腐蝕速率大幅下降,其中減底渣油控制閥處探針腐蝕速率由0.157 4 mm/a下降為0.000 7 mm/a。

      常減壓蒸餾裝置設(shè)備材質(zhì)升級改造后,塔內(nèi)所襯不銹鋼板復(fù)合層沒有出現(xiàn)鼓包和脫落現(xiàn)象,管線沒有再出現(xiàn)因腐蝕泄漏而著火等安全事故。定點(diǎn)測試顯示腐蝕速率大幅降低。

      6 結(jié)論和建議

      (1)通過對某廠常減壓蒸餾裝置腐蝕狀況分析,模擬計(jì)算原油硫和酸分布,借鑒國內(nèi)同類設(shè)備材質(zhì)升級的成功經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),確定了裝置設(shè)備材質(zhì)升級范圍和材質(zhì)選擇。成功實(shí)施了技術(shù)難度高、風(fēng)險(xiǎn)大的內(nèi)襯不銹鋼板防腐蝕升級設(shè)計(jì)和施工。

      (2)常減壓蒸餾裝置設(shè)備材質(zhì)升級后,不僅滿足了加工含硫高酸原油要求,大幅提高經(jīng)濟(jì)效益,也使設(shè)備腐蝕隱患得以根治,延長了生產(chǎn)裝置使用壽命。設(shè)置恰當(dāng)腐蝕監(jiān)測點(diǎn),使裝置在運(yùn)行中能及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝置存在的腐蝕薄弱環(huán)節(jié),有效保障設(shè)備長周期安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

      (3)裝置穩(wěn)定運(yùn)行多年,無重大事故發(fā)生。腐蝕在線分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示,裝置材質(zhì)升級后設(shè)備和管道腐蝕速率大幅下降,防腐蝕效果明顯。

      (4)建議裝置在1至2個(gè)運(yùn)行周期后,適時(shí)對包括常減壓塔在內(nèi)的4臺塔塔體和減三線、減四線、減底泵整體更換。對操作溫度240 ℃ 以上管線全部進(jìn)行材質(zhì)升級,以確保裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行。

      [1] 崔新安,寧朝輝.石油加工中的硫腐蝕與防護(hù)[J]. 煉油設(shè)計(jì),1999,29(8):61-67.

      [2] 陳志平,張劍,欽峰,等.管線的高溫環(huán)烷酸腐蝕與控制技術(shù)綜述[J]. 管道技術(shù)與設(shè)備,2009(1):1-3,15.

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