李翔
【摘要】中國(guó)石化濟(jì)南分公司常減壓裝置常頂空冷器在運(yùn)行過(guò)程中頻繁發(fā)生泄漏,嚴(yán)重影響裝置平穩(wěn)運(yùn)行。常減壓裝置于2013年3月對(duì)常頂油氣系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí),在原有防腐措施的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低設(shè)備腐蝕,防腐效果顯著。
【關(guān)鍵詞】常減壓 常頂空冷器 腐蝕泄漏 常頂油氣系統(tǒng) 改造升級(jí)
一、系統(tǒng)升級(jí)背景
常減壓裝置作為原油加工的第一道工序,設(shè)備腐蝕問題嚴(yán)重,隨著原油性質(zhì)劣質(zhì)化,原油中硫、氯含量升高給設(shè)備帶來(lái)更大的沖擊腐蝕,其中低溫硫腐蝕在常壓塔頂系統(tǒng)尤為嚴(yán)重,導(dǎo)致常頂空冷器頻繁發(fā)生泄漏。
自2010年5月檢修開工,常頂油氣冷換設(shè)備故障率持續(xù)增高,其中最短運(yùn)行周期僅6個(gè)月,發(fā)生泄漏的空冷管束多為入口管束部位,油氣沖刷嚴(yán)重。常頂腐蝕加重情況2002年就已凸顯,管束連續(xù)穿孔泄漏。車間于2003年末通過(guò)對(duì)空冷器管束內(nèi)壁采用不同的防腐措施進(jìn)行試驗(yàn),在塔頂部位襯300mm的鈦管、管束內(nèi)壁整體涂刷TH-901、SHY-99、管束內(nèi)壁整體進(jìn)行Ni-P鍍等方法,以期找到有效的防腐手段,但從近年設(shè)備運(yùn)行狀況看,常頂空冷管束最長(zhǎng)壽命僅3年。泄漏部位不僅在空冷管束,空冷片管板、空冷入口短管及換熱器管束也出現(xiàn)泄漏,2007年投用的常頂—熱媒水換熱器E1-2于2009年5月出現(xiàn)管束泄漏,運(yùn)行周期2年,2010年檢修時(shí)進(jìn)行管束及入口短節(jié)的更新。由此可見,當(dāng)前采用的防腐措施盡管有一定效果,但未從根本上解決系統(tǒng)腐蝕難題。
二、設(shè)備腐蝕原因
(一)腐蝕機(jī)理分析
常減壓裝置低溫腐蝕主要在常頂系統(tǒng)溫度低于120℃的設(shè)備及管線的腐蝕,其腐蝕形態(tài)主要表現(xiàn)在均勻腐蝕、點(diǎn)蝕及H2S應(yīng)力腐蝕開裂。由于HCl和H2S的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)都非常低,在120℃以下,當(dāng)?shù)谝坏我旱纬霈F(xiàn)時(shí),HCl首先溶解在冷凝液中并使冷凝液的pH值迅速降到3.0以下,隨著冷凝液的增加,HCl的溶解量不斷增加,當(dāng)冷凝液達(dá)到一定量時(shí),H2S才開始在冷凝液中溶解,從而形成常壓塔塔頂系統(tǒng)HCl-H2S-H2O腐蝕環(huán)境。因此,在加工過(guò)程中形成的H2S、HCl均伴隨著常壓塔中的油氣聚集在常壓塔頂,在120℃以下遇到塔頂部位的蒸汽冷凝水可形成pH值達(dá)1~3的強(qiáng)酸腐蝕環(huán)境。這種腐蝕環(huán)境中的硫、氯離子可引起嚴(yán)重的均勻腐蝕,也可引起嚴(yán)重的局部腐蝕如點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕及應(yīng)力腐蝕開裂等。
(二)設(shè)備腐蝕原因分析
(1)油氣流速升高。流體的流速和流態(tài)是影響腐蝕非常重要的因素,介質(zhì)流速和湍流是測(cè)定腐蝕的兩個(gè)重要參數(shù),腐蝕速率總是隨著流速的加快而線性地增加的,由于高流速和兩相流的同時(shí)存在,流體的流動(dòng)能非常明顯的影響設(shè)備腐蝕。在設(shè)備或管道流速很高的部位,腐蝕明顯加大,流速加大導(dǎo)致腐蝕速率增加;同時(shí)腐蝕還與渦流有關(guān),腐蝕嚴(yán)重的部位都是發(fā)生在流速高且易發(fā)生渦流的部位。
本裝置目前設(shè)計(jì)原油加工能力為4.00Mt/a,是1999年的2倍,加工能力提高使常頂冷凝系統(tǒng)負(fù)荷升高,加大常頂油氣設(shè)備及管道系統(tǒng)流速,但常頂系統(tǒng)空冷器的入口規(guī)格、形式并未隨加工能力的提升而進(jìn)行改動(dòng),空冷器入口油氣流速快,加劇了油氣對(duì)空冷管箱入口處沖刷,同時(shí)常頂油氣流速高導(dǎo)致系統(tǒng)緩蝕劑保護(hù)膜生成后難固定,加速了系統(tǒng)薄弱部位腐蝕。
(2)油氣中含腐蝕介質(zhì)。由于原油劣質(zhì)化程度的加劇,原油含硫、含氯及酸值不斷升高,油氣中腐蝕介質(zhì)的增加進(jìn)一步加劇了系統(tǒng)的腐蝕性,特別是過(guò)高的氯離子含量,在設(shè)備上形成HCl-H2S-H2O腐蝕體系,造成了露點(diǎn)腐蝕。
常頂冷凝水中氯含量一直較高,氯含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)30μg/g的指標(biāo),這也與常頂頂部的腐蝕嚴(yán)重相吻合。
(3)其它原因。油氣中大量的污泥附著在設(shè)備表面形成了疏散結(jié)構(gòu)促進(jìn)了腐蝕介質(zhì)在管子表面聚集,設(shè)備表面涂層存在質(zhì)量缺陷,工藝防腐注劑加注不能穩(wěn)定降低腐蝕效果等因素導(dǎo)致腐蝕加劇。
三、常頂油氣系統(tǒng)升級(jí)概況
升級(jí)改造后的常頂油氣系統(tǒng)工藝流程:常頂油氣進(jìn)入新增常頂油氣—熱媒水換熱器(E1-2/1-4)換熱至85℃,再進(jìn)入常頂空冷器(EC-1/1-8),冷卻至40℃后進(jìn)入常頂回流罐。原常頂水冷器(EW-13/1.2)仍與空冷器并聯(lián),作常頂油氣流量大時(shí)的手段。
四、系統(tǒng)升級(jí)效果分析
(一)降低設(shè)備腐蝕安全隱患
系統(tǒng)升級(jí)前,常頂油氣通過(guò)常頂油氣管線直接進(jìn)入常頂空冷器冷卻,油氣流速高,對(duì)管束沖刷嚴(yán)重;常頂油氣線及空冷器入口處汽液兩相共存,最初凝結(jié)的水較少且飽和較多的HCl,酸值最大,從而腐蝕嚴(yán)重。
(1)汽液兩相轉(zhuǎn)變的露點(diǎn)部位向前遷移。常頂油氣最先經(jīng)過(guò)常頂油氣—熱媒水換熱器換熱,因此油氣最先冷凝的區(qū)域由系統(tǒng)升級(jí)前的空冷器入口遷移至系統(tǒng)升級(jí)后的熱媒水換熱器E1-2/1-4,汽液兩相轉(zhuǎn)變的露點(diǎn)部位也由原來(lái)的空冷器入口向前遷移至熱媒水換熱器E1-2/1-4,從根本上降低了空冷器的腐蝕速率,消除了空冷器的腐蝕安全隱患。
(2)提高了系統(tǒng)操作彈性。新增的4臺(tái)熱媒水換熱器采用碳鋼管束,腐蝕壓力相對(duì)較大。系統(tǒng)升級(jí)后即使將其切除后也不影響常頂油氣冷卻效果,檢修施工相對(duì)容易,該系統(tǒng)操作彈性較大,滿足安全生產(chǎn)的需要。
(3)空冷器入口油氣速率降低。系統(tǒng)升級(jí)前120℃左右的油氣以較高的速率進(jìn)入空冷器,對(duì)空冷器入口短節(jié)及空冷器管束沖刷嚴(yán)重,系統(tǒng)升級(jí)后,常頂油氣先經(jīng)過(guò)熱媒水換熱器換熱冷卻至85℃后再進(jìn)入空冷器,該溫度下汽液兩相并存不明顯,油氣速率也大大降低,從根本上消除了油氣的高速率對(duì)設(shè)備的沖刷腐蝕。
(4)降低常頂空冷器負(fù)荷。系統(tǒng)升級(jí)后,新增的空冷器(EC-1/7.8)與原有常頂空冷器(EC-1/1-6)并聯(lián),冷卻效果較前提高了1/3,一方面大大降低了常頂空冷器的負(fù)荷,另一方面對(duì)于加工輕質(zhì)原油及提高加工量等調(diào)節(jié),可操作的彈性更大了;同時(shí)EW-13/1.2仍與空冷器并聯(lián),可作為常頂油氣量較大時(shí)的備用手段。
(二)降低能耗
常頂油氣系統(tǒng)改造后,按照《石油化工設(shè)計(jì)能耗計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50441-2007)》規(guī)定的指標(biāo)及本裝置計(jì)算方法進(jìn)行了能耗計(jì)算,項(xiàng)目投用后,裝置電耗量略有上升,循環(huán)水消耗有所下降,裝置噸原油加工能耗407.870MJ/t,比改造前的單位能耗419.841MJ/t原料降低11.971MJ/t原料(折合0.28kg標(biāo)油/t原料,按500t/h原油加工量計(jì)算)。
由上述數(shù)據(jù)分析可知,常頂油氣系統(tǒng)改造后其節(jié)能降耗效果比較明顯。endprint