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        常頂空冷器腐蝕原因分析

        2014-02-27 07:22:40孔德炳西安晨宇環(huán)境工程有限公司陜西西安710000
        化工管理 2014年15期
        關(guān)鍵詞:合格率工藝

        孔德炳(西安晨宇環(huán)境工程有限公司 陜西 西安 710000)

        常頂冷凝系統(tǒng)的設(shè)備腐蝕問題一直是影響常減壓蒸餾裝置安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運(yùn)行的重要因素之一。某公司常減壓蒸餾裝置常頂空冷由于嚴(yán)重腐蝕泄漏于2008年全部更換,但更換后的空冷運(yùn)行至2年半時(shí),又因嚴(yán)重腐蝕而發(fā)生多次泄漏。本文針對(duì)常減壓蒸餾裝置常頂空冷腐蝕泄漏的特點(diǎn),從常頂冷凝系統(tǒng)工藝特點(diǎn)出發(fā),在分析工藝防腐運(yùn)行情況的基礎(chǔ)上,結(jié)合常頂空冷管束入口內(nèi)襯鈦管的特點(diǎn),找出了造成常頂空冷嚴(yán)重腐蝕泄漏的原因,并建議從加強(qiáng)工藝防腐管理、防止電偶腐蝕等方面進(jìn)行防腐,從而延長常頂空冷的使用壽命。

        一、常頂空冷器腐蝕特點(diǎn)

        常頂空冷為濕式空冷,共有8臺(tái),管束材質(zhì)為10號(hào)碳鋼,入口處內(nèi)襯300mm鈦管。常頂8臺(tái)空冷由于嚴(yán)重腐蝕泄漏于2008年1月全部更換,但自2010年7月以來,8臺(tái)空冷管束相繼發(fā)生腐蝕泄漏?,F(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn),泄漏點(diǎn)位于管束入口內(nèi)插300mm鈦管末端附近,且漏點(diǎn)均位于管束下部;管束減薄部位主要集中在入口內(nèi)插鈦管末端附近的一定距離內(nèi),且管束下部的減薄明顯比上部減薄嚴(yán)重。

        二、常頂冷凝系統(tǒng)工藝特點(diǎn)

        常頂冷凝冷卻系統(tǒng)的基本流程為,從常壓塔頂餾出的溫度為110℃~120℃的混合油氣,首先經(jīng)換熱器與熱媒水進(jìn)行換熱冷凝,然后進(jìn)常頂空冷器繼續(xù)冷卻至40℃左右進(jìn)入回流罐。

        三、腐蝕環(huán)境及工藝防腐運(yùn)行情況

        在原油加工過程中,原油中含有的氯化物會(huì)發(fā)生水解生成HCl,硫化物在260℃以上時(shí),可分解產(chǎn)生H2S。HCl和H2S的沸點(diǎn)都非常低,其標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)分別為-84.95℃和-60.2℃[1]。因此,在原油加工過程中生成的HCl和H2S會(huì)伴隨著常壓塔頂?shù)挠蜌膺M(jìn)入常頂冷凝冷卻系統(tǒng),當(dāng)溫度冷凝至露點(diǎn)溫度以下時(shí),HCl和H2S會(huì)溶于冷凝水中形成HCl-H2S-H2O腐蝕環(huán)境,從而對(duì)常減壓蒸餾裝置塔頂冷凝系統(tǒng)的設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕[2,3]。

        為防止塔頂冷凝系統(tǒng)的設(shè)備腐蝕,采取了“一脫二注”的工藝防腐措施,“一脫”即電脫鹽,其目的是脫除原油中的氯化物,以減少因氯化物水解而產(chǎn)生的HCl含量,其控制指標(biāo)為脫后原油鹽含量小于等于3mg/L;“二注”即注水、注中和緩蝕劑(NH-1有機(jī)胺中和緩蝕劑),其控制指標(biāo)為塔頂冷凝水的pH值大于等于6,鐵離子含量小于等于3。

        監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,2008年~2010年期間,電脫鹽的合格率高達(dá)98.85%,說明電脫鹽運(yùn)行良好,脫鹽效果顯著。常頂冷凝水監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,pH值的合格率較高,各年的合格率均在90%以上,而常頂冷凝水中鐵離子的合格率相對(duì)較低,除2009年的合格率在90%以上,其余兩年的合格率均在90%以下,尤其是2008年的合格率只有65%??梢?,常減壓蒸餾裝置的“二注”防腐效果不是很理想。

        四、腐蝕原因分析

        1.工藝防腐效果不理想

        “一脫二注”工藝防腐是防止常減壓蒸餾裝置塔頂冷凝系統(tǒng)設(shè)備腐蝕的主要手段,工藝防腐的效果好壞直接影響著塔頂冷凝系統(tǒng)的設(shè)備腐蝕。由監(jiān)測數(shù)據(jù)可知,電脫鹽的合格率高達(dá)98.85%,說明電脫鹽可知效果良好。而“二注”防腐效果并不是很理想,常頂冷凝水鐵離子合格率較低,尤其是2008年的合格率只有65%。這說明“二注”工藝防腐效果不理想是導(dǎo)致常頂空冷產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕的主要原因。

        由常頂冷凝水監(jiān)測數(shù)據(jù)可知,pH值的合格率較高,2008年~2010年的合格率均在90%以上,而鐵離子合格率卻較低,除2009年的合格率在90%以上,其余兩年的合格率均在90%以下,這說明存在pH值合格、鐵離子不合格的情況。這與pH值控制范圍過寬有關(guān),該常減壓蒸餾裝置將塔頂冷凝水pH值的控制指標(biāo)設(shè)置為大于等于6,而一般煉廠均將常減壓蒸餾裝置塔頂冷凝水的pH值控制指標(biāo)設(shè)置為6~7.5或6.5~7.5之間[4,5]。這是因?yàn)?,?dāng)pH值小于6時(shí),HCl的腐蝕會(huì)很強(qiáng),當(dāng)pH值大于8時(shí),H2S的腐蝕作用增強(qiáng),pH 值介于6~8時(shí)腐蝕速率較低[5]。 因此,一般煉廠均將塔頂冷凝水的pH值控制指標(biāo)設(shè)置為6~7.5或6.5~7.5,而該常減壓蒸餾裝置將塔頂冷凝水的pH值控制指標(biāo)設(shè)置為大于等于6,顯然是不合適的,因?yàn)?,?dāng)pH值大于8時(shí),H2S的腐蝕作用增強(qiáng),從而使塔頂冷凝系統(tǒng)的設(shè)備遭受較為嚴(yán)重的腐蝕。因此,pH值控制指標(biāo)設(shè)置范圍過寬是導(dǎo)致“二注”工藝防腐效果不理想的主要原因。

        2.電偶腐蝕

        由常頂空冷的腐蝕特點(diǎn)可知,常頂空冷的泄漏點(diǎn)位于管束入口內(nèi)插300mm鈦管末端附近,且漏點(diǎn)均位于管束下部;管束減薄部位主要集中在入口內(nèi)插鈦管末端附近的一定距離內(nèi),且管束下部的減薄明顯比上部減薄嚴(yán)重。具體泄漏點(diǎn)位置和減薄部位見圖2。這與電偶腐蝕有關(guān)。

        圖2 常頂空冷管束泄漏/減薄部位示意圖

        常頂空冷管束材質(zhì)10號(hào)鋼的主要成分為鐵,內(nèi)襯鈦管的主要成分是鈦,當(dāng)10號(hào)鋼管束與鈦管絕緣不好時(shí),會(huì)形成鐵-鈦電偶對(duì)。該電偶對(duì)在電偶序中鐵的電位較負(fù),為陽極,鈦的電位較正,為陰極。因此,在H2S-HCl-H2O腐蝕環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生電偶腐蝕,使10號(hào)鋼發(fā)生嚴(yán)重腐蝕,其電偶腐蝕示意圖見圖3。常頂汽油是液態(tài)碳?xì)浠衔?,屬非極性溶液,其電導(dǎo)率比較小,陰、陽極之間的溶液引起的歐姆降很大,電偶作用的距離較近。因此,如果產(chǎn)生電偶腐蝕,腐蝕最嚴(yán)重的部位應(yīng)該集中在離鈦管末端較近的10號(hào)鋼管表面上,且離鈦管末端越遠(yuǎn)10號(hào)鋼管的壁厚減薄量越小[1]。

        圖3 電偶腐蝕示意圖

        結(jié)論和建議

        從上述分析可以看出,常頂空冷腐蝕是由H2S-HCl-H2O腐蝕體系引起的,“二注”工藝防腐效果不理想是導(dǎo)致常頂空冷快速腐蝕泄漏的主要原因,入口內(nèi)插鈦管會(huì)與10號(hào)鋼形成電偶對(duì),發(fā)生電偶腐蝕,使位于鈦管末端附件的10號(hào)鋼管束腐蝕加劇,從而導(dǎo)致了空冷管束的嚴(yán)重腐蝕泄漏。

        為滿足裝置長周期運(yùn)行的需要,根據(jù)腐蝕原因分析結(jié)果,現(xiàn)提出如下建議。

        (1)加強(qiáng)工藝防腐管理,提升工藝防腐效果

        pH值控制指標(biāo)范圍設(shè)置過寬是導(dǎo)致“二注”工藝防腐效果不理想的主要原因。因此,建議將常頂冷凝水pH控制指標(biāo)設(shè)置為6~8,從而提升“二注”工藝防腐效果。同時(shí),還應(yīng)加強(qiáng)“一脫二注”工藝防腐管理,平穩(wěn)控制工藝防腐各項(xiàng)指標(biāo),進(jìn)而提升工藝防腐效果。

        (2)避免異種金屬接觸,防止電偶腐蝕

        當(dāng)10號(hào)鋼管束與入口內(nèi)襯鈦管絕緣不好時(shí),會(huì)發(fā)生電偶腐蝕,使碳鋼材質(zhì)的空冷管束發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。因此,建議不再使用入口處內(nèi)襯300mm鈦管的空冷管束,以防止電偶腐蝕。

        [1]曾孟秋.常頂空冷器失效原因探討.石油化工腐蝕與防護(hù).2003,20(1):30~32.

        [2]杜榮熙,張林,梁勁翌.原油蒸餾裝置的腐蝕與防護(hù).石油化工腐蝕與防護(hù),2007,24(4):57~61.

        [3]夏延燊.蒸餾裝置塔頂冷凝系統(tǒng)防腐蝕工藝與腐蝕監(jiān)測.石油化工設(shè)計(jì).2007,24(3):55~58.

        [4].芝文,顏軍文.常減壓蒸餾裝置低溫腐蝕與防護(hù).石油化工腐蝕與防護(hù).2008,25(2):34~37.

        [5]胡洋,薛光亭,付士義.常減壓裝置低溫部位的腐蝕與防護(hù).腐蝕與防護(hù),2006,27(6):411~413.

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