加氫裂化高壓空冷器的防腐現(xiàn)狀和對策分析

趙明亮

摘 要：在石油化工企業(yè)生產(chǎn)過程中，加氫裂化高壓空冷器占有舉足輕重的地位，但是因為運(yùn)行環(huán)境的影響，容易發(fā)生腐蝕泄露狀況。該文首先對加氫裂化高壓空冷器的腐蝕原因進(jìn)行了分析，然后在此基礎(chǔ)上，從生產(chǎn)控制和檢修兩方面入手，提出了有針對性的防治策略。

關(guān)鍵詞：加氫裂化高壓空冷器;腐蝕;脫氧水

中圖分類號：TE986? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著我國石油資源的不斷萎縮，原油性質(zhì)和質(zhì)量不斷下降，其中表現(xiàn)較為突出的是原油中硫含量顯著增加，再加上生產(chǎn)工藝裝置的改擴(kuò)建，使得在原油生產(chǎn)中，不斷地出現(xiàn)影響設(shè)備穩(wěn)定性、產(chǎn)品質(zhì)量、運(yùn)行安全等方面的問題，主要特別注意的是，在加氫裂化工藝鐘，高壓空冷器容易出現(xiàn)腐蝕問題，已經(jīng)影響到石油化工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 加氫裂化高壓空冷器腐蝕現(xiàn)狀

加氫裂化裝置具有高溫、高壓、易燃易爆等特點，而且多在有毒的介質(zhì)中運(yùn)行，該裝置的主要功能是對目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行精煉，同時去除掉非理想成分比如硫、氮、氧等，在此過程中會產(chǎn)生大量的H2S，HCl，NH3，HCN等物質(zhì)，這些物質(zhì)遇水會生成NH4Cl、NH4HS等鹽類物質(zhì)，其中H2S、Cl-、NH4+等具有較強(qiáng)的腐蝕性，并且在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過程中會產(chǎn)生大量的熱量。此外，因為原油中硫含量的增加，使得加氫原料中硫含量增加，這也是造成設(shè)備腐蝕的重要原因之一。例如，某煉油廠兩臺改造后的加氫裂化高壓空冷器，在投入使用后的8月～15月，共計發(fā)生3次腐蝕泄漏事故，煉油廠被迫停產(chǎn)45天，相關(guān)的調(diào)查及研究結(jié)果顯示，造成設(shè)備泄漏的直接原因是在改造后，高壓空冷器出入口溫度降低，同時原料中硫含量增加。原料物質(zhì)中含有大量NH4Cl、NH4HS等物質(zhì)，其中硫化氫、氯離子的腐蝕作用明顯，特殊情況下還會遇到難控制的放熱反應(yīng)，腐蝕作用明顯。如國內(nèi)某煉油廠的重油加氫裝置中2臺空冷器在一年時間曾發(fā)生3次腐蝕泄漏事故，造成非計劃停工時長累積高達(dá)45天。腐蝕原因是工藝條件變化后原料中硫元素的比例增加。注水后生成腐蝕性物質(zhì)，繼而引發(fā)電化學(xué)腐蝕，最終引發(fā)穿孔、泄露等事故，對生產(chǎn)而言危害巨大。為此加強(qiáng)加氫裂化裝置空冷器防腐措施的分析具有較高的重要性。

2 加氫裂化空冷器腐蝕原因分析

2.1 裝置設(shè)計量低

對于部分企業(yè)的加工原料進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，實際運(yùn)營原料中N、S的比例較設(shè)計階段高。受原設(shè)計方案限制，無法進(jìn)一步提高進(jìn)水量，最終結(jié)果就是原料中腐蝕性氮硫化物濃度較高。據(jù)報告，部分裝置工藝模擬計算后，其NH4HS質(zhì)量濃度已經(jīng)超過10 %。近年來，國家擴(kuò)能改造項目逐漸增多，加工原料成分比例發(fā)生變化，高硫油比例大幅增加，但是相應(yīng)的空冷設(shè)備尚未做出相應(yīng)調(diào)整，這一狀況導(dǎo)致實際操作中空冷器的流速、高分水的NH4HS比例偏高。當(dāng)下國內(nèi)部分的煉油廠尚未進(jìn)行循環(huán)氫脫硫裝置的設(shè)置。

2.2 改造后裝置存在一定弊端

首先，改造后的空冷設(shè)備可能存在流速高的現(xiàn)象，易引發(fā)腐蝕泄漏事故。如某些裝置初始設(shè)計流速為5.5 m/s，后續(xù)擴(kuò)能改造期間進(jìn)行了流速限制。但是裝置投運(yùn)后，內(nèi)部介質(zhì)流速超過6 m/s，便會引發(fā)壓降變化、腐蝕程度變化等狀況。

其次，改造后物流分配不均也是增加高壓空冷設(shè)備腐蝕速度的主要原因。設(shè)計初期一般會對空冷器進(jìn)行對稱設(shè)計布置，多年生實際彎頭和直管段布置比例存在缺陷問題，易引發(fā)物料分配不均的后果。

2.3 操作條件影響

從空冷器投運(yùn)后的運(yùn)行狀況出發(fā)進(jìn)行分析，操作穩(wěn)定性差會增加腐蝕程度。裝置進(jìn)料對N含量控制精度不足，或者N元素比例存在顯著波動等均會引發(fā)空冷器的操作參數(shù)隨之發(fā)生改變，包括空冷入口溫度、內(nèi)部介質(zhì)流速等。此外，部分企業(yè)從節(jié)能降噪的角度出發(fā)，會擅自關(guān)閉空冷風(fēng)機(jī)，此時易形成溫度場分布不均、熱風(fēng)回流等現(xiàn)象引發(fā)的腐蝕。百葉窗開閉不合理也會引發(fā)類似結(jié)果。

3 加氫裂化空冷器防腐對策分析

3.1 生產(chǎn)運(yùn)行方面防腐對策分析

第一，提高高壓空冷器的流速。高壓空冷器一般具有較高流速，這是腐蝕事故發(fā)生的常見原因，為此空冷設(shè)計期間需要合理地進(jìn)行流速控制，不可超出設(shè)計上限。允許含水硫化氫的環(huán)境中，管道內(nèi)部介質(zhì)流速不可高于6 m/s。第二，提高操作參數(shù)控制的穩(wěn)定性，縮減核心參數(shù)波動幅度。操作不平穩(wěn)會增加腐蝕效應(yīng)。如進(jìn)料中N含量會對空冷器的入口溫度產(chǎn)生影響，因此，需要加強(qiáng)平衡計算方面的管理，避免空冷介質(zhì)中NH4HS物質(zhì)含量高引發(fā)的腐蝕。第三，盡量維持風(fēng)機(jī)對稱開停處理。避免僅考慮節(jié)能效果而隨意關(guān)閉風(fēng)機(jī)，提高空冷島溫度場分布的合理性、均勻性。同理，空冷器百葉窗的開閉也需要注重對稱性。第四，加強(qiáng)空冷器注水水質(zhì)的檢驗。在空冷器運(yùn)行廠區(qū)內(nèi)，需要加強(qiáng)對脫氧水、除鹽水等水質(zhì)的檢驗分析，避免污水裝置處理水不滿足空冷器運(yùn)行要求。相關(guān)資料表明，當(dāng)下國內(nèi)煉油廠空冷島注水水質(zhì)經(jīng)常無法滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。第五，定期進(jìn)行工藝參數(shù)檢測。原料油內(nèi)部元素種類較多，包括氮、硫、氯等。如果廠區(qū)內(nèi)部是熱聯(lián)合裝置，主要監(jiān)測對象為N、S元素的含量，一旦發(fā)現(xiàn)空冷器中N、S元素的比例高于設(shè)計值、開工初期數(shù)值，需要嚴(yán)格對Kp數(shù)值進(jìn)行限制。需要引起廠區(qū)人員注意的是一旦原料水質(zhì)發(fā)生明顯變化，需要及時地對高分排水水質(zhì)進(jìn)行分析和檢測。第六，注水量的控制需要滿足設(shè)計要求。注水量需要高于裝置處理量的6 %，合理地控制冷高分水銨鹽的濃度，Incoloy825材料的控制范圍可適當(dāng)放寬。碳鋼空冷器中注水點管理方面，需要保證剩余水量不低于25 %。主要原因在于吸收注水點氣象的氯化物，降低NH4Cl結(jié)晶頻率。如果廠區(qū)運(yùn)行水質(zhì)可采用脫氧水或蒸汽冷凝水，則后期防腐效果將會更加明顯。第七，空冷器在冬季低溫天氣運(yùn)行時，百葉窗出口溫度不可過低，必要時可借助百葉窗進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)管理。第八，原料油劣質(zhì)化狀況發(fā)生后，需要對腐蝕因子Kp值進(jìn)行控制。對于廠區(qū)內(nèi)部含有循環(huán)氫裝置的設(shè)備來說，需要先保證循環(huán)氫裝置運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性?？刹扇∵m當(dāng)排放、部分提純法對循環(huán)氫中硫化氫含量進(jìn)行管控。第九，空冷器運(yùn)營后，現(xiàn)場操作人員檢測內(nèi)容需要包括下述幾項：高壓空冷器運(yùn)行狀況、管束外表形狀，是否出現(xiàn)滲漏、彎曲、膨脹等問題;針對高壓空冷器絲堵、密封面和墊片的密封效果進(jìn)行核對，一旦發(fā)現(xiàn)故障問題及時進(jìn)行上報。每周檢測并記錄一次高壓空冷器的出口溫度，最大程度地降低偏流、結(jié)垢現(xiàn)象。

3.2 檢修方面防腐對策分析

加氫裂化高壓空冷器的檢修環(huán)節(jié)中，需要及時地對高壓空冷器內(nèi)部檢查進(jìn)行分析。單臺高壓空冷器的管束檢查中，需要隨機(jī)抽取5～10根翅片管進(jìn)行詳細(xì)檢查，拆開兩端絲堵后對襯管腐蝕狀況、襯管和基管貼合狀況、管子腐蝕程度、管子結(jié)垢程度等進(jìn)行核查。檢查方法包括管端目視、內(nèi)窺鏡或渦流探傷幾種形式。一旦發(fā)現(xiàn)管子內(nèi)部出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，需要對所有翅片管、管箱等進(jìn)行高壓水清洗或化學(xué)清洗，徹底消除結(jié)垢隱患后方可投入運(yùn)營。其次，針對高壓空冷器翅片管剩余壁厚進(jìn)行核查，方法包括內(nèi)部翅片拆除法、局部翅片拆除法。可借助超聲手段進(jìn)行厚度測量，必要時可對管子進(jìn)行破壞性檢測，切開部分翅片管進(jìn)行內(nèi)部核查。借助剩余壁厚核對腐蝕速率，從而確定管子的剩余壽命。

參考文獻(xiàn)

[1]趙繼文，胡艷梅，朱榮欣，等.加氫裂化裝置高壓空冷器防腐蝕控制事項[J].全面腐蝕控制，2013（12）：31-32.

[2]王靜，李淑娟.加氫高壓空冷器腐蝕原因分析及對策[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2016，33（5）：13-16.

[3]周素達(dá).加氫裂化高壓空冷器腐蝕分析與防護(hù)[J].引文版：工程技術(shù)，2015（45）：237.