蒸餾裝置常壓塔頂空冷入口管線腐蝕及對(duì)策

余金艷,桑寶龍,趙國(guó)棟,徐 贏

(大慶石化公司煉油廠，黑龍江 大慶 163711)

1 基本情況

某石化公司Ⅱ套常減壓裝置開工不到1個(gè)月時(shí)間，常頂空冷器入口管線出現(xiàn)泄漏。從測(cè)厚數(shù)據(jù)來看，常頂空冷器入口管線2,4及5點(diǎn)的彎頭(見圖1)及靠近彎頭上部存在明顯減薄，6點(diǎn)的彎頭及彎頭后面直管附近存在明顯減薄。常壓塔頂系統(tǒng)的工藝流程示意見圖2。

圖1 常頂空冷入口管線腐蝕減薄情況

圖2 常壓塔頂及頂循系統(tǒng)流程

2 腐蝕情況

常減壓蒸餾裝置原料油中含有氯和硫等雜質(zhì)，在加工過程中會(huì)形成HCl和H2S，而HCl和H2S會(huì)隨著塔頂餾出物一起進(jìn)入塔頂管線中。同時(shí)，在塔頂管線注入的中和劑NH3和塔頂餾出物，在經(jīng)過冷換設(shè)備進(jìn)行換熱時(shí)溫度降低，氣相中的HCl,H2S和NH3會(huì)直接生成氯化銨鹽(NH4Cl)和硫氫化銨鹽(NH4HS)晶體沉積在設(shè)備表面。銨鹽沉積在金屬表面之后，由于其極強(qiáng)的吸濕性，銨鹽能夠吸收氣相中含有的水蒸氣，在沉積的管壁處局部形成了高濃度的銨鹽水溶液，從而造成垢下腐蝕。裝置運(yùn)行不到2個(gè)月，常頂空冷器前管線就發(fā)生腐蝕泄漏，表現(xiàn)出明顯的低溫HCl-H2S-NH3-H2O腐蝕。

3 主要腐蝕因素及應(yīng)對(duì)措施

3.1 脫后原油鹽含量

裝置電脫鹽前后原油鹽含量分別見圖3，圖4和圖5。裝置脫前原油鹽質(zhì)量濃度最大值22.36 mg/L，最小值9.32 mg/L，平均值16.79 mg/L，均未超過30.4 mg/L的設(shè)計(jì)值；二級(jí)脫后原油鹽質(zhì)量濃度最大值8.46 mg/L，最小值2.04 mg/L，平均值3.41 mg/L，多次超3.0 mg/L的控制指標(biāo)，這是由于裝置開工運(yùn)行一個(gè)多月一直在調(diào)整電脫鹽系統(tǒng)，前期脫后鹽質(zhì)量濃度高，開工一個(gè)月后，脫后原油鹽質(zhì)量濃度基本控制在3.0 mg/L以內(nèi)，但平均脫鹽率偏低。

圖3 脫前原油鹽含量統(tǒng)計(jì)

圖4 一級(jí)脫后原油鹽含量統(tǒng)計(jì)

3.2 注水方式

目前采用的注水方式是總線供給常頂揮發(fā)線注水和空冷器前注水，此種注水會(huì)存在注水分布不均。斜管噴頭存在注水分布不均勻，容易形成氣液分層，常頂油氣線和常頂換熱器分別為Ni-Ti涂層和鈦材，腐蝕相對(duì)較輕，腐蝕位置后移，造成在涂層后的緊連碳鋼設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。

3.3 配管方式

空冷器入口配管情況見圖6。由圖6可以看出,空冷器入口管線為一分三結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)存在流體分布不均；中間支管與主管距離近，易形成流態(tài)不穩(wěn)造成偏流；支管空冷器入口直管段前連續(xù)兩個(gè)彎頭，存在流體方向突變易產(chǎn)生紊流，在處理量低(60%負(fù)荷)的情況下，易產(chǎn)生氣液分層，在上述結(jié)構(gòu)下，油氣加凝液，造成了復(fù)雜的流態(tài)，在中間支管的遠(yuǎn)離主管側(cè)向是凝液流，另一側(cè)是氣相流，凝液流如瀑布一樣，直瀉而下，從而加速了此部位的腐蝕，造成該側(cè)減薄穿孔。

圖6 空冷入口配管情況

兩側(cè)支管相互連接的彎頭距離太近，導(dǎo)致流體方向突變易產(chǎn)生紊流。彎頭底部為凝液流，上部為氣相流，凝液在腐蝕介質(zhì)濃度高時(shí)易產(chǎn)生腐蝕減薄。

3.4 含硫污水分析數(shù)據(jù)

常頂回流罐含硫污水分析數(shù)據(jù)見圖7。

由圖7可以看出：

圖7 常頂含硫污水腐蝕介質(zhì)趨勢(shì)

(1)pH值超標(biāo)次數(shù)多，有3次低于6.0的控制下限，2次超過9.0的控制上限；(2)Cl-質(zhì)量濃度最大值137.10 mg/L，有8次超30 mg/L的控制指標(biāo)，平均值28.44 mg/L，偏高；(3)總鐵質(zhì)量濃度最大值4.17 mg/L，有3次高于3 mg/L的控制指標(biāo)，平均值1.11 mg/L。

在裝置開工初期，電脫鹽系統(tǒng)的操作在調(diào)試和優(yōu)化中，運(yùn)行不正常，原油脫后鹽含量高，導(dǎo)致塔頂Cl-含量高，尤其是常頂系統(tǒng)。常頂含硫污水的pH值和總鐵含量也有數(shù)次超控制指標(biāo)。因此，優(yōu)化電脫鹽系統(tǒng)的操作參數(shù)，控制脫后鹽質(zhì)量濃度低于3 mg/L，是控制塔頂系統(tǒng)腐蝕的關(guān)鍵。

目前初頂和常頂均注中和緩蝕劑，常頂中和緩蝕劑在常頂油氣管線和常頂油氣空冷器的入口總管兩處注入，通常復(fù)配的中和緩蝕劑存在一個(gè)主要缺點(diǎn)，即不能單獨(dú)控制中和劑或緩蝕劑的注入量，有可能為了將pH值控制在合理范圍而注入過多的緩蝕劑，易導(dǎo)致油水乳化，回流帶水；或者為了控制鐵離子而注入過多中和劑，增加系統(tǒng)的結(jié)鹽風(fēng)險(xiǎn)?？蓪⒛壳暗摹耙幻搩勺ⅰ备脑鞛閭鹘y(tǒng)的“一脫三注”。

3.5 異種鋼焊接

空冷器入口總管線及中間支管三通為碳鋼釬涂鎳基合金，支管直管段為碳鋼，直管與三通焊接處存在異種鋼焊接，在液相水環(huán)境下，導(dǎo)致電偶腐蝕(見圖8)。

圖8 空冷入口管線異種鋼焊接

4 腐蝕風(fēng)險(xiǎn)核算

為評(píng)估常壓塔頂系統(tǒng)的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，建立了工藝仿真模型，將塔頂?shù)臒N、水和不凝氣混合，在一定條件下進(jìn)行閃蒸計(jì)算，從而得到露點(diǎn)溫度、銨鹽結(jié)晶點(diǎn)等參數(shù)，對(duì)塔頂系統(tǒng)的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 常頂系統(tǒng)關(guān)鍵溫度點(diǎn)計(jì)算結(jié)果

通過計(jì)算，常頂注水點(diǎn)前水露點(diǎn)溫度為 89.5 ℃，注水后常頂露點(diǎn)溫度為91.2 ℃。常頂注水后的平衡溫度為102.6 ℃，判斷常頂系統(tǒng)的初凝區(qū)在E-102A/B至KL-1/1—3之間，可以根據(jù)E-102A/B的出口溫度判斷初凝區(qū)是在E-102A/B內(nèi)，還是在E-102A/B至KL-1/1—3之間的油氣管道上。E-102A/B的換熱管為TA2，耐HCl-H2S-NH3-H2O腐蝕性能良好，但E-102A/B的碳鋼管箱、KL-1/1—3入口管道以及KL-1/1—3都存在較大的HCl-H2S-NH3-H2O腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，符合常頂空冷前管線運(yùn)行不到2個(gè)月就發(fā)生腐蝕泄漏的現(xiàn)狀。

5 結(jié)論及建議

為控制常壓塔頂系統(tǒng)的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，從電脫鹽操作、注水操作、配管設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)控制以及選材等方面提出如下建議：

(1)調(diào)整電脫鹽操作，為適應(yīng)原油的廣譜性，建議采用超聲波加破乳劑組合的電脫鹽方式；在兩級(jí)高速電脫鹽后增加三級(jí)電脫鹽。

(2)針對(duì)注水不均的問題，可在常頂注水管線增加流量計(jì)，將斜管噴頭改為霧化噴頭，若短期無法變更，可停掉常頂揮發(fā)線斜管噴頭注水，只在空冷器入口注水(需在每臺(tái)空冷器入口管線分別注水)。

(3)空冷器入口管線采用對(duì)稱設(shè)計(jì)，采用一分二結(jié)構(gòu)，并加大彎頭間距或取消一個(gè)彎頭，保證彎頭與三通間距不小于10倍管徑。

(4)對(duì)原油的有機(jī)氯含量和常頂油氣的活性硫含量進(jìn)行跟蹤分析，當(dāng)分析數(shù)據(jù)超標(biāo)或波動(dòng)較大時(shí)采取追加采樣分析或做盲樣比對(duì)。

(5)將異種鋼焊接處改為絕緣法蘭連接，同時(shí)需要關(guān)注與管線焊接的閥門短節(jié)同樣存在異種鋼焊接問題。