常減壓蒸餾裝置塔頂注水工業(yè)實(shí)踐

廖 芝 文

(納爾科(中國(guó))環(huán)保技術(shù)服務(wù)有限公司，上海 200062)

常減壓蒸餾裝置的塔頂腐蝕主要是原油中的無(wú)機(jī)鹽如MgCl2和CaCl2在高溫下水解或有機(jī)氯分解形成HCl導(dǎo)致的露點(diǎn)腐蝕[1]及垢下腐蝕[2-4]。控制常減壓蒸餾裝置低溫腐蝕有多種措施,其中最常見(jiàn)的是優(yōu)化電脫鹽效果,注中和劑、注緩蝕劑和注水為組合的“一脫三注”措施,從而減少乃至消除腐蝕性介質(zhì)、稀釋其濃度、阻止腐蝕反應(yīng)等來(lái)控制腐蝕[3,5]。這其中因注水起到多重作用,具有防腐效果好且成本低等優(yōu)勢(shì),在各煉油廠得到廣泛應(yīng)用[1]。但是,由于對(duì)塔頂注水防腐作用機(jī)理、最佳實(shí)施方案及實(shí)際效果的研究不夠充分,許多方面仍有優(yōu)化的空間。本文結(jié)合各煉油廠應(yīng)用情況,對(duì)國(guó)內(nèi)外的注水工業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié),全方位討論注水水質(zhì)、注水量、加注點(diǎn)、加注設(shè)施等的最佳實(shí)踐,并結(jié)合實(shí)際案例說(shuō)明其實(shí)施效果。

1 塔頂注水的作用

常減壓蒸餾裝置塔頂?shù)母g介質(zhì)主要有強(qiáng)酸[如HCl、SOx(有氧存在情況下由硫醇和/或H2S的氧化生成)]及弱酸(如H2S、CO2和小分子有機(jī)酸)等。其中的強(qiáng)酸是設(shè)備腐蝕的主要原因,而弱酸起到促進(jìn)作用;同時(shí),系統(tǒng)中還存在無(wú)機(jī)氨,其與HCl及H2S反應(yīng)生成的鹽也很易沉積并在一定條件下形成垢下腐蝕(見(jiàn)圖1)。如果系統(tǒng)中沒(méi)有水的存在,以上腐蝕都不會(huì)發(fā)生。隨著塔頂油氣溫度的下降,當(dāng)達(dá)到露點(diǎn)時(shí)會(huì)伴隨HCl-H2S-H2O型低溫露點(diǎn)腐蝕,其pH可低至1.5～2.5,腐蝕速率可達(dá)到10～20 mm/a,從而對(duì)塔頂及塔頂揮發(fā)線(xiàn)、換熱器等造成嚴(yán)重腐蝕,甚至造成泄漏或著火事故。

圖1 塔頂?shù)蜏馗g環(huán)境示意

在常減壓蒸餾塔塔頂注水是煉油廠防腐的重要手段,腐蝕越嚴(yán)重的系統(tǒng),其作用越大,這是因?yàn)楹侠淼淖⑺桨缚梢赃_(dá)到以下作用:

(1)急冷:在注水量合適的情況下,含水蒸氣的塔頂高溫油氣與注入系統(tǒng)的小水滴接觸后,部分小水滴汽化吸收油氣的熱量,并先將部分較重油氣組分冷凝成液相。隨著溫度的進(jìn)一步下降,汽化的水及系統(tǒng)中原有的蒸汽也逐步冷凝,并改變露點(diǎn)形成的位置及露點(diǎn)區(qū)pH。因此,注水是控制露點(diǎn)形成區(qū)的有效手段,且設(shè)計(jì)合理的注水措施能提高露點(diǎn)區(qū)的pH,從而大大緩解腐蝕。

(2)洗滌:注入系統(tǒng)的水分散形成小水滴與油氣充分接觸后,能將油氣中易溶于水的介質(zhì)特別是HCl、H2S等酸性氣體洗滌到水中,從而減少氣相中的酸性介質(zhì),降低露點(diǎn)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

(3)稀釋:除洗滌氣相中的腐蝕性介質(zhì)外,大量未汽化的水也稀釋了液相中的腐蝕性介質(zhì)。對(duì)于未注水的系統(tǒng),油氣中的蒸汽冷凝后形成的水量很少,等量的酸溶解到少量水中會(huì)形成pH非常低的酸性溶液,對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕。

(4)除垢:所注水與油氣混合后高速通過(guò)管線(xiàn)或設(shè)備,沒(méi)有汽化的水對(duì)鹽垢具有溶解清洗作用,也能將部分腐蝕產(chǎn)物帶出系統(tǒng),從而減少垢下腐蝕。

盡管在塔頂注水有以上諸多優(yōu)點(diǎn),但如果使用不當(dāng)也會(huì)帶來(lái)負(fù)作用,常見(jiàn)的問(wèn)題包括但不限于以下幾個(gè)方面:

(1)注水量不足導(dǎo)致腐蝕加劇。當(dāng)注水量不足時(shí),注入系統(tǒng)中的水一開(kāi)始吸收了部分酸和垢物,隨著水不斷汽化,酸及鹽的濃度越來(lái)越高,并形成低pH環(huán)境,水完全汽化過(guò)程中會(huì)形成比不注水時(shí)更低pH的露點(diǎn)環(huán)境。此外,如果水全部汽化,會(huì)有更多的水垢集中形成,造成系統(tǒng)結(jié)垢加劇。因此,建議注入系統(tǒng)中的水要保證至少25%以上不汽化。

(2)增加能耗。注水量過(guò)大會(huì)吸收油氣中的熱量,從而影響原油的換熱。過(guò)量汽化的水占據(jù)了油氣空間,也給塔頂空氣冷卻器造成更大的冷卻負(fù)荷。如果不采用塔頂污水回注模式,還會(huì)增加污水處理的能耗。

(3)加劇油水乳化或降低油水分離效果。當(dāng)水量過(guò)大而塔頂罐體積一定時(shí),油水停留時(shí)間縮短而導(dǎo)致分離效果下降,塔頂回流及產(chǎn)品含水量均會(huì)上升,而排水含油量也可能增加,甚至出現(xiàn)排水乳化現(xiàn)象。

(4)雜質(zhì)帶入加速結(jié)垢或腐蝕。凈化水中可能會(huì)帶入焦粉,而硬度高的水也易導(dǎo)致結(jié)垢。如果注水中含有氧,會(huì)將部分硫化物轉(zhuǎn)化為SOx,進(jìn)而加速腐蝕。建議注水中氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于20 ng/g,而新鮮水氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)10 μg/g,超500倍以上。

正是因?yàn)橛绊懽⑺Ч囊蛩乇姸?需要綜合考量相關(guān)因素,使其效果達(dá)到最大化。

2 影響塔頂注水效果的關(guān)鍵因素

2.1 注水水質(zhì)

塔頂注水的水質(zhì)是影響注水效果的重要因素,如果水質(zhì)不符合要求,使用過(guò)程中會(huì)加劇腐蝕、結(jié)垢或影響產(chǎn)品質(zhì)量。通常要求水中不能含氧(質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于20 ng/g)、固體物,硬度不可太高。因此新鮮水、循環(huán)水及部分工業(yè)水不適合用作塔頂注水,而脫硫凈化水、軟化水及塔頂污水都是可以考慮的水源。其中凈化水可能會(huì)因?yàn)楹薪狗鄱绊懗赫麴s塔塔頂(簡(jiǎn)稱(chēng)常頂)石腦油質(zhì)量,含有氨會(huì)導(dǎo)致塔頂結(jié)垢,因此要求氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于50 mg/g。軟化水水質(zhì)好,但成本較高,同時(shí)增加了污水處理成本。因此國(guó)際上通用的做法是塔頂污水回注,這種方式避免了其他污染物或腐蝕因子的帶入,還可大量節(jié)水[6]。需要注意的是,回注污水不可含有大量油或顆粒物,以避免換熱器結(jié)垢或引起油水乳化。目前國(guó)內(nèi)普遍采用的注脫硫凈化水經(jīng)常存在pH過(guò)高的問(wèn)題,常見(jiàn)的pH為8.5～9.5,高pH的注水因富含氨氮,會(huì)增加塔頂結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn),也導(dǎo)致塔頂排水的pH過(guò)高,從而導(dǎo)致更多的H2S溶入水中而增加腐蝕風(fēng)險(xiǎn)(見(jiàn)圖2)。通常對(duì)于塔頂加注有機(jī)胺的系統(tǒng),污水pH控制在5.5～7.5,理想值是6.0～6.5。當(dāng)注水pH高并間接影響排水pH時(shí),采用回注模式可避免這一干擾因素。

圖2 碳鋼在含H2S水溶液中不同pH下的腐蝕曲線(xiàn)(60 ℃)

2.2 注水點(diǎn)

注水的主要目的是防止露點(diǎn)腐蝕和垢下腐蝕,對(duì)于無(wú)此類(lèi)問(wèn)題的環(huán)境并不需要注水。針對(duì)一般的常減壓蒸餾裝置,初餾塔塔頂(簡(jiǎn)稱(chēng)初頂)注水比較少見(jiàn),因?yàn)槌躔s塔進(jìn)料溫度不高,大部分鹽尚未水解,因此初頂水中氯離子質(zhì)量濃度很低,一般在30 mg/L以下,防腐壓力不大,為了節(jié)水,可考慮不注水。減壓蒸餾塔系統(tǒng)中因存在大量由抽空蒸汽冷凝下來(lái)的水,不存在明顯的露點(diǎn)腐蝕,一般也不用注水。當(dāng)然,如果減壓蒸餾塔塔頂(簡(jiǎn)稱(chēng)減頂)水中氯離子含量很高,防腐壓力很大時(shí),可考慮在增壓器后適當(dāng)注水。通常常頂?shù)蜏馗g是整個(gè)常減壓蒸餾裝置防腐壓力最大的,現(xiàn)對(duì)最佳加注點(diǎn)建議如下:

(1)注水在加注中和劑和緩蝕劑之后,注水點(diǎn)距離緩蝕劑注入點(diǎn)5倍以上管徑的位置,這樣可避免注水影響中和劑的作用效果。如果注水在加注中和劑前,則多數(shù)中和劑會(huì)溶入前面過(guò)來(lái)的液態(tài)水中而難以控制系統(tǒng)中的露點(diǎn)腐蝕。相反,注水在加注中和劑后可保證中和劑大部分分布在油氣中,并在氣相中及時(shí)與酸反應(yīng),同時(shí)溶入露點(diǎn)區(qū)的水中并提高其pH。

(2)注水點(diǎn)在塔頂揮發(fā)線(xiàn)垂直管段,離換熱器入口盡量遠(yuǎn)。這樣增加了水與油氣接觸的機(jī)會(huì),并充分洗滌其中的酸性介質(zhì)(見(jiàn)圖3)。

圖3 注水點(diǎn)在塔頂揮發(fā)線(xiàn)垂直管段時(shí)的水洗情況示意

如果注水點(diǎn)在塔頂揮發(fā)線(xiàn)出塔后的水平管線(xiàn),則極易導(dǎo)致水注入后直接到管線(xiàn)底部,引起水的分布不均,更大的風(fēng)險(xiǎn)是注入點(diǎn)處及后面的彎頭處易出現(xiàn)露點(diǎn)腐蝕或垢下腐蝕。圖4為某大型常減壓蒸餾裝置常頂注水后第一彎頭出現(xiàn)腐蝕的情況:塔頂揮發(fā)線(xiàn)注水口至第二個(gè)彎頭處腐蝕嚴(yán)重,主要表現(xiàn)為露點(diǎn)/垢下腐蝕,腐蝕坑最深處達(dá)6～7 mm。經(jīng)分析確定腐蝕的原因主要有以下幾點(diǎn):①垢下腐蝕,中和劑結(jié)鹽,同時(shí)注水點(diǎn)距彎頭較近,導(dǎo)致水分布不均勻,水平管段由于重力作用導(dǎo)致水上下分布不均勻,這兩個(gè)因素導(dǎo)致部分鹽垢未被沖掉,未沖掉的銨鹽吸收水分造成垢下腐蝕;②沖刷腐蝕,注入的水與油氣混合后形成的高速混合物流沖刷彎頭及管壁;③露點(diǎn)腐蝕,在靠近上部位置,吸收了強(qiáng)酸的水滴在高溫油氣作用下迅速汽化并形成低pH的露點(diǎn)腐蝕。

圖4 某常減壓蒸餾裝置注水點(diǎn)周?chē)母g狀況

綜上所述,若將注水點(diǎn)改到垂直管段,并優(yōu)化中和劑及緩蝕劑加注點(diǎn),可明顯減少腐蝕的發(fā)生。同類(lèi)裝置的大量經(jīng)驗(yàn)表明,進(jìn)行如圖5所示的改造,注水點(diǎn)周?chē)母g可完全得到控制。

圖5 塔頂防腐建議的注劑、注水點(diǎn)

(3)如果注水點(diǎn)在塔頂換熱器入口處,則會(huì)減少水與油氣的接觸時(shí)間,急冷、洗滌及稀釋的效果都會(huì)明顯下降,而因進(jìn)換熱器的水量增加,洗鹽、洗垢的作用得到加強(qiáng),并可調(diào)節(jié)出口溫度從而控制露點(diǎn)位置在換熱器內(nèi),這對(duì)鈦材等高等級(jí)的管束來(lái)說(shuō)是合理選擇。因此,必要時(shí)可在換熱器入口增加注水[4]。

如有多組換熱器并聯(lián),需要在注水分支上加流量計(jì),否則很難控制不同分支的注水量,會(huì)因偏流導(dǎo)致部分換熱器注水量不足。同樣,對(duì)于不對(duì)稱(chēng)分布的系統(tǒng)如空氣冷卻器,可考慮多點(diǎn)注水,如在總管及各空氣冷卻器入口分別設(shè)置加注點(diǎn)并設(shè)置流量計(jì)以確保流量均衡。

針對(duì)塔頂有多組換熱器的系統(tǒng),即使進(jìn)行了對(duì)稱(chēng)分布改造,氣相進(jìn)入換熱器仍不均勻,這種偏流問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致部分換熱器內(nèi)及其出口管線(xiàn)腐蝕嚴(yán)重,有必要通過(guò)調(diào)整換熱器入口注水量來(lái)調(diào)節(jié)出口pH,有時(shí)甚至需要在各入口處加注不同量的中和劑[1]。

(4)在注水點(diǎn)設(shè)置噴嘴以改善分布,該噴嘴需設(shè)置合適的孔徑以保證霧化效果,并防止堵塞。出水口應(yīng)順著油氣流動(dòng)方向布置,使油氣與水充分接觸。注水噴嘴的設(shè)計(jì)需要專(zhuān)業(yè)公司提供,最好為可在線(xiàn)拆卸式的,以防止堵塞后無(wú)法注水。

2.3 注水量

合適的注水量是實(shí)現(xiàn)塔頂注水效果的關(guān)鍵,過(guò)多的注水導(dǎo)致能耗上升、水耗及污水處理成本上升,同時(shí)有可能導(dǎo)致回流罐油水分離效果差,產(chǎn)品及回流帶水,而污水含油量也超標(biāo)。相反,如果注水過(guò)少,不但起不到注水應(yīng)有的效果,還會(huì)帶來(lái)許多負(fù)面影響,最主要的是吸收了酸的水在汽化過(guò)程中會(huì)形成新的露點(diǎn)腐蝕,從而加速系統(tǒng)腐蝕。其次注水量過(guò)少可能導(dǎo)致水全部汽化后系統(tǒng)結(jié)垢更嚴(yán)重[1]。

通常,以塔頂總物流量的5%(w)作為注水量的推薦值,但此經(jīng)驗(yàn)值在許多情況下并不適用,這是因?yàn)椴僮髯兓?、油的性質(zhì)變化等都會(huì)改變對(duì)注水量的要求。如當(dāng)原油變輕,常頂油氣量增加后,就要求注水量也相應(yīng)增加,而改變塔頂操作溫度或塔頂汽提蒸汽量時(shí),同樣要求調(diào)整注水量?？梢酝ㄟ^(guò)模擬軟件如PROⅡ或納爾科公司的Pathfinder來(lái)預(yù)測(cè)需要的注水量,以實(shí)現(xiàn)注水效果最優(yōu)化。Pathfinder模型根據(jù)系統(tǒng)操作條件,計(jì)算出最小注水量(所注水剛好完全汽化的量),在此基礎(chǔ)上增加25%作為推薦注水量,從而避免注水量不足導(dǎo)致的問(wèn)題。

2.4 注水對(duì)塔頂控制指標(biāo)的影響

優(yōu)化注水方案可改善防腐效果,因此通常塔頂污水中的鐵離子含量會(huì)降低。由于外來(lái)注水本身含有一定量的鐵離子、氯離子及氨等,而在計(jì)算系統(tǒng)中的鐵離子和氯離子時(shí),要將注水帶進(jìn)的部分扣除,因此常頂污水中的鐵離子并不是全部由腐蝕產(chǎn)生。另外,外來(lái)注水對(duì)系統(tǒng)存在稀釋作用,如果減少注水量,鐵離子因濃縮而濃度上升,這種情況下有可能并非系統(tǒng)本身腐蝕增加,因此要深入解讀相關(guān)數(shù)據(jù)。

注水也會(huì)影響探針監(jiān)測(cè)到的腐蝕速率數(shù)據(jù),這是由于注水影響油氣流速,同時(shí)改變露點(diǎn)溫度。因此,不能簡(jiǎn)單地看探針數(shù)據(jù),還要結(jié)合鐵離子濃度、測(cè)厚等監(jiān)測(cè)手段一起判斷總體腐蝕情況。

2.5 注水方式

通常塔頂注水要求連續(xù)進(jìn)行,以保證注水的長(zhǎng)期效果。但在實(shí)際生產(chǎn)中,受不同條件影響,會(huì)出現(xiàn)以下幾種情況:①在塔頂位置注水并連續(xù)進(jìn)行。這是大部分煉油廠常減壓蒸餾裝置的操作,以實(shí)現(xiàn)注水效果最大化。②在換熱器入口注水。如此可盡可能地保證注水前揮發(fā)線(xiàn)是干態(tài),從而避免進(jìn)換熱器前出現(xiàn)露點(diǎn)區(qū)。這種情況下,可考慮定期對(duì)塔頂管線(xiàn)進(jìn)行沖洗,以除去平時(shí)形成的鹽和垢。③必要時(shí)可考慮在塔頂及換熱器入口同時(shí)注水,以達(dá)到最佳防腐效果,這也是本文推薦的最佳方案。④如果注水量不夠,可考慮程序控制注水,實(shí)現(xiàn)多臺(tái)換熱器入口注水的自動(dòng)切換,從而減少用水量。其缺點(diǎn)是停止注水后隨著水的汽化,存在短時(shí)間的露點(diǎn)腐蝕。

3 塔頂注水的工業(yè)實(shí)踐

3.1 塔頂污水回注節(jié)約費(fèi)用

某9.0 Mt/a常減壓蒸餾裝置用軟化水作為常頂注水,為了節(jié)能降耗,決定實(shí)施塔頂注水回注改造,2001年起常頂水經(jīng)注水泵加壓后回注到常頂。一年的運(yùn)行結(jié)果表明,該方案在減少用水和排水的同時(shí),防腐效果也有所改善,常頂換熱器壽命從之前的不足半年提高到一年半以上。目前該裝置實(shí)施塔頂污水回注已經(jīng)超過(guò)20年,結(jié)果表明該方案切實(shí)有效。表1為該裝置2001年塔頂改回注水后的效果,經(jīng)測(cè)算,改造后節(jié)約費(fèi)用超過(guò)200萬(wàn)元/a。

表1 某9.0 Mt/a常減壓蒸餾裝置塔頂改回注水后的效果

3.2 納爾科Pathfinder軟件協(xié)助企業(yè)確定塔頂換熱器結(jié)垢原因

某10.0 Mt/a常減壓蒸餾裝置初頂油氣-原油換熱器油氣走管程,在初頂揮發(fā)線(xiàn)注水。為了增產(chǎn)石腦油,其干點(diǎn)指標(biāo)由不大于200 ℃提高到不大于210 ℃,初餾塔操作溫度也由175 ℃提高到192 ℃。由于初頂負(fù)荷增加,加上換熱器結(jié)垢越來(lái)越嚴(yán)重,初餾塔壓降從檢修后初期的50 kPa左右增加到200 kPa,導(dǎo)致不得不將換熱器逐臺(tái)切出清洗。換熱器打開(kāi)后,觀察到上層管束入口有較多無(wú)機(jī)垢(見(jiàn)圖6),而出口相對(duì)干凈。在換熱器管口采樣分析,發(fā)現(xiàn)垢樣中含有大量無(wú)機(jī)物特別是鈣、鈉、鎂等,如表2所示。

表2 初頂換熱器入口垢樣分析結(jié)果 w,%

圖6 初頂換熱器入口結(jié)垢情況及垢樣

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)診斷,并結(jié)合納爾科公司塔頂防腐專(zhuān)利軟件Pathfinder模型模擬結(jié)果,確定提溫后初頂最小注水量需達(dá)到23.9 t/h,而實(shí)際注水量只有15 t/h,可以確定除了塔頂負(fù)荷增加導(dǎo)致壓降上升外,另一個(gè)重要原因是注水不足導(dǎo)致的水全部汽化引起水垢沉積。對(duì)脫硫凈化水進(jìn)行采樣分析,發(fā)現(xiàn)其中含有很多金屬離子(見(jiàn)表3),印證了此前的判斷。

由于初頂溫度高達(dá)190 ℃左右,而實(shí)際注水量不足,所注水均發(fā)生汽化,導(dǎo)致殘余的金屬離子沉積在換熱器管口并引起壓降明顯上升[1]。經(jīng)Pathfinder模型模擬計(jì)算,確定該裝置初頂不同塔頂物流量(含回流和產(chǎn)品)及不同溫度對(duì)應(yīng)的注水量,如表4所示。

表4 不同條件下建議的初頂注水量 t/h

由于需要的注水量很大,且此前幾年的經(jīng)驗(yàn)表明,初頂腐蝕壓力不是很大,因此停止了注水。經(jīng)過(guò)超過(guò)兩個(gè)檢修周期的驗(yàn)證,初頂換熱器沒(méi)有再出現(xiàn)過(guò)結(jié)垢問(wèn)題,設(shè)備也沒(méi)有因此出現(xiàn)腐蝕導(dǎo)致的泄漏,且節(jié)水量達(dá)到數(shù)十萬(wàn)噸。

3.3 優(yōu)化塔頂注水量,創(chuàng)造效益顯著

某企業(yè)兩套常減壓蒸餾裝置在初頂和常頂注脫硫凈化水,之前僅根據(jù)經(jīng)驗(yàn)固定注水量,并沒(méi)有隨著生產(chǎn)變化進(jìn)行調(diào)整,也不確定注水量是否滿(mǎn)足要求。后經(jīng)采集所有相關(guān)數(shù)據(jù)并用納爾科公司Pathfinder軟件進(jìn)行系統(tǒng)模擬,確定部分塔頂注水量偏高,具體結(jié)果如表5所示。

表5 某企業(yè)兩套常減壓蒸餾裝置實(shí)際注水量與建議注水量 t/h

為節(jié)水及節(jié)能,對(duì)裝置注水量進(jìn)行了調(diào)整,最終分別將1號(hào)常減壓蒸餾裝置初頂注水量降低1.2 t/h,將4號(hào)常減壓蒸餾裝置常頂注水量降低2.5 t/h,實(shí)施后共節(jié)水3.7 t/h。該廠處理1 t凈化水需要0.2 t的0.45 MPa蒸汽,而1 t蒸汽的費(fèi)用是270元;注水泵的額定功率為11 kW,企業(yè)電費(fèi)按0.55元/(kW·h)核算。計(jì)算第一階段效益如下:

節(jié)水3.7×0.2×270×8 400/10 000=167.8萬(wàn)元/a;

節(jié)電0.55×11×8 400/10 000=5.1萬(wàn)元/a;

合計(jì)167.8+5.1=172.9萬(wàn)元/a。

降低注水量后,經(jīng)過(guò)半年的驗(yàn)證,其塔頂鐵離子濃度保持穩(wěn)定,防腐效果良好?？紤]到初頂防腐壓力不大,在企業(yè)同意的情況下可嘗試停止初頂注水,以進(jìn)一步減少污水排放,實(shí)現(xiàn)更高的節(jié)水目標(biāo)。

3.4 通過(guò)改變注水點(diǎn)和注水量控制露點(diǎn)位置

某企業(yè)16.0 Mt/a常減壓蒸餾裝置常頂部分管線(xiàn)采用涂層保護(hù),且常頂換熱器管束為鈦鋼材質(zhì),而換熱器出口管線(xiàn)材質(zhì)為碳鋼,企業(yè)擔(dān)心腐蝕集中在出口管線(xiàn)而影響裝置的安全運(yùn)行。為了保持常頂揮發(fā)線(xiàn)為干態(tài)從而避免露點(diǎn)腐蝕,將注水點(diǎn)放在換熱器入口。2022年11月初開(kāi)工后,常頂換熱器4根出口探針持續(xù)超過(guò)了0.2 mm/a的腐蝕指標(biāo)要求,最高時(shí)超過(guò)了0.5 mm/a。期間加大中和劑、緩蝕劑及水的注入量,并嘗試通過(guò)副線(xiàn)改變換熱器出口溫度,以減少露點(diǎn)腐蝕,但各種措施的實(shí)施都沒(méi)有明顯改善腐蝕狀況。

2022年11月26日將部分注水點(diǎn)改至常頂揮發(fā)線(xiàn),同時(shí)適當(dāng)降低換熱器入口注水量以保持總水量穩(wěn)定,改變后注水清洗油氣中酸性介質(zhì)的效果大大提升,在其他條件變化不大的情況下,探針腐蝕速率逐步下降并長(zhǎng)期保持在0.1 mm/a以下。表6為該企業(yè)常頂換熱器出口探針腐蝕速率。

表6 某企業(yè)常頂換熱器出口探針腐蝕速率 mm/a

為了達(dá)到節(jié)水目的,建議將塔頂注水改脫硫凈化水為塔頂污水回注,并于2023年2月15日將初頂污水及常頂二級(jí)污水改回注模式(流程示意見(jiàn)圖7),打通虛線(xiàn)部分的流程并關(guān)閉外來(lái)凈化水。經(jīng)過(guò)一個(gè)月的測(cè)試,達(dá)到了理想效果,其中初頂注水節(jié)約21 t/h,常頂二級(jí)注水節(jié)約8 t/h。經(jīng)與污水汽提裝置對(duì)接,確定汽提1 t污水需要0.12 t 壓力為0.45 MPa的蒸汽,該蒸汽價(jià)格為222元/t。因此年節(jié)省汽提蒸汽費(fèi)用為:(21+8)×0.12×222×8 400/10 000=649萬(wàn)元;年節(jié)省蒸汽超29 000 t,按生產(chǎn)1 t蒸汽排放CO2約200 kg估算,全年碳減排5 800 t以上,在不增加其他投資的情況下,帶來(lái)了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

圖7 塔頂注水回注流程示意

節(jié)水不能以犧牲防腐效果為前提,經(jīng)過(guò)對(duì)比污水回注前后的常頂防腐效果,可以確定污水回注后年總鐵腐蝕量甚至低于用脫硫凈化水時(shí)的量(見(jiàn)表7),且探針腐蝕速率降低,可見(jiàn)回注塔頂污水不影響防腐效果。國(guó)內(nèi)外同類(lèi)裝置的長(zhǎng)期實(shí)踐也證明,回注污水是最經(jīng)濟(jì)合理的選擇。

表7 塔頂污水回注前后的防腐效果對(duì)比

4 結(jié) 論

(1)注水是塔頂防腐的重要手段之一,適當(dāng)?shù)淖⑺蓪⒂蜌庵械乃嵝越橘|(zhì)洗滌到水中,從而降低露點(diǎn)區(qū)的酸濃度,大大緩解露點(diǎn)腐蝕;其次可將系統(tǒng)中的沉積物包括鹽類(lèi)洗出,減少垢下腐蝕。

(2)為了發(fā)揮注水的最大作用,需要選擇適當(dāng)?shù)淖⑺|(zhì)和注水點(diǎn),并保證合理的注水量。通常脫硫凈化水是比較常見(jiàn)且合適的水源;也可考慮將塔頂污水回注,達(dá)到既節(jié)水又節(jié)能的效果;軟化水、凝結(jié)水或新鮮水都存在一定的缺點(diǎn)。注水點(diǎn)建議在揮發(fā)線(xiàn)垂直管段,必要時(shí)可在換熱器入口補(bǔ)充加注點(diǎn)。注水量要保證至少25%的水不汽化,以防增加結(jié)垢和腐蝕隱患。過(guò)大的注水量存在浪費(fèi),需要結(jié)合生產(chǎn)變化隨時(shí)調(diào)整注水量,以達(dá)到防腐與節(jié)水的雙重目標(biāo)。

(3)多個(gè)案例及長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,對(duì)塔頂注水進(jìn)行深入研究并優(yōu)化,可產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益,也有利于落實(shí)節(jié)能減排方針,值得推廣。