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        催化穩(wěn)定塔底重沸器管束腐蝕泄漏分析①

        2017-11-11 07:17:27
        化工機(jī)械 2017年1期
        關(guān)鍵詞:殼程沸器汽化

        文 朋

        (玉門油田分公司煉化總廠)

        催化穩(wěn)定塔底重沸器管束腐蝕泄漏分析①

        文 朋

        (玉門油田分公司煉化總廠)

        針對某催化裝置穩(wěn)定塔底重沸器管束的泄漏情況,分析得出其中介質(zhì)流動不暢汽化后形成氣泡對管束的撞擊和含硫介質(zhì)腐蝕是管束腐蝕泄漏的主要原因,并從工藝操作、設(shè)計選材等方面提出防護(hù)措施。

        催化裝置 重沸器 管束 腐蝕 泄漏

        玉門煉化總廠催化裝置于1994年11月建成投產(chǎn),原設(shè)計規(guī)模500kt/a,2004年9月改造為800kt/a,吸收穩(wěn)定系統(tǒng)利舊未進(jìn)行改造。穩(wěn)定汽油自重沸器H-303加熱后返回穩(wěn)定塔,熱源采用催化裝置回?zé)捰汀?016年3月發(fā)現(xiàn)分餾塔回?zé)捰托孤┲练€(wěn)定汽油中,隨后停用H-303更換管束,抽芯后發(fā)現(xiàn)管束腐蝕穿孔泄漏嚴(yán)重,筆者對泄漏情況和原因進(jìn)行了現(xiàn)場分析。

        1 設(shè)計及操作條件

        穩(wěn)定塔底重沸器H-303原設(shè)計為殼體材料16MnR,管束材料09Cr2AlMoRE。2013年9月整體更換該換熱器,由湖北晨光石化設(shè)備有限公司制造,殼體材料Q345R,管束材料10#。管程設(shè)計溫度420℃,操作溫度350℃;殼程設(shè)計溫度285℃,操作溫度180℃。

        2 外觀腐蝕情況

        催化裝置H303管束抽芯后,發(fā)現(xiàn)管束外側(cè)呈黑褐色,管束底部和管束上部出口到兩側(cè)管板之間光潔度較好,無明顯腐蝕痕跡;肉眼觀察管束內(nèi)部,內(nèi)表面比較光潔無明顯腐蝕痕跡。管束正上方換熱管之間被灰黑色積垢堵死,由圖1看出管束上面的垢層堆積致密,清除換熱管兩側(cè)出口之間表面垢層后,發(fā)現(xiàn)垢層下管束減薄最嚴(yán)重,表面存在蜂窩狀點蝕坑,已出現(xiàn)縱向裂口(圖2),檢查周邊管束,發(fā)現(xiàn)腐蝕減薄嚴(yán)重。管束屬于均勻減薄后被腐蝕穿孔。判斷腐蝕主要存在于管壁外側(cè),即殼程汽油一側(cè)介質(zhì)流動不暢汽化后造成起氣泡對管束撞擊和含硫介質(zhì)腐蝕是管束腐蝕泄漏的主要原因。

        圖1 管束結(jié)垢情況

        圖2 管束腐蝕情況

        3 泄漏原因分析

        3.1 介質(zhì)汽化造成高速氣泡撞擊

        穩(wěn)定汽油在管束上方處于氣相向液相轉(zhuǎn)變過程,汽化量大,氣流中形成大量含有硫化氫及液態(tài)烴等混合物的氣泡,氣泡受周圍液體擠壓崩裂,對管束表面形成錘擊,破壞金屬保護(hù)膜,腐蝕介質(zhì)不斷侵蝕最終形成蜂窩狀坑蝕[1]。同時,加劇了管束上部管子硫化氫腐蝕減薄速度,這是換熱管上方腐蝕減薄泄漏的主要原因。

        3.2 死區(qū)的形成

        管束上方介質(zhì)溫度最高,汽化量最大,外表面腐蝕最嚴(yán)重,積垢沉積最多,上方管束被結(jié)垢堵塞,致使流體流動不暢,流體流速低或不流暢會導(dǎo)致嚴(yán)重的垢下腐蝕[1]。升汽管間管束與殼體空間較小,形成死區(qū),腐蝕情況最嚴(yán)重。在殼程升汽管位置由于空間較大,腐蝕情況相對較輕。

        3.3 存在腐蝕介質(zhì)

        該催化裝置穩(wěn)定塔的穩(wěn)定汽油中硫含量在3‰~4‰之間,液態(tài)烴中H2S含量最高可達(dá)到0.4%。從穩(wěn)定塔抽出的汽油、液態(tài)烴等液體混合物經(jīng)與重沸器回?zé)捰蛽Q熱到180℃,輕組分迅速汽化,在殼程上部充滿H2S、液態(tài)烴等氣體混合物,構(gòu)成換熱管與殼體之間的腐蝕環(huán)境。水分與硫化物經(jīng)加熱濃縮附著于管束表面,使管束表面形成濃度較高的濕硫化氫腐蝕環(huán)境。

        硫化氫會發(fā)生電離,使水具有酸性:

        H2S = H++ HS-

        HS-= H++ S2-

        陽極:Fe - 2e→Fe2+

        陰極:2H++2e→H2

        陽極反應(yīng)產(chǎn)物:Fe2++ S2-→FeS

        硫化亞鐵是一種有缺陷的結(jié)構(gòu),與鋼鐵表面的粘結(jié)力差,易脫落,易氧化,且電位較正,因而作為陰極與鋼鐵基體構(gòu)成一個活性的微電池,對鋼基體繼續(xù)腐蝕。H2S除電化學(xué)腐蝕外,還存在氫鼓泡(HB)、氫致開裂(HIC)、硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SSCC)及應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂(SOHIC)等腐蝕形態(tài)[2]。同時,H2S和無機(jī)鹽等相互促進(jìn),進(jìn)一步加劇管束的腐蝕泄漏。

        3.4 管束材料耐蝕性差

        H-303管束設(shè)計材料為09Cr2ALMoRE,具有優(yōu)異的抗?jié)窳蚧瘹涓g能力,且相較于不銹鋼等材料價格低廉,在2013年以前也取得良好的使用效果,因此是一種經(jīng)濟(jì)有效的選擇,但應(yīng)注意09Cr2ALMoRE不耐Cl-腐蝕。2013年大檢修時由于H-303管束無法抽出,將換熱器整體更換,管束材料變?yōu)?0#,該材料耐蝕性能差,在高速氣流沖刷和濕硫化氫腐蝕環(huán)境下,易發(fā)生均勻減薄和應(yīng)力腐蝕開裂。

        4 建議

        4.1 在日常操作中要避免重沸器內(nèi)發(fā)生大量汽化,通過合理控制穩(wěn)定塔底液面和適當(dāng)提高穩(wěn)定塔操作壓力等手段,使汽化段上移。重沸器液位應(yīng)保持足夠高度,通常在管束上方應(yīng)保持150~200mm的液體,同時維持低流速,減少或避免在管束上方汽化造成高速氣流沖刷。

        4.2 由于穩(wěn)定塔底重沸器換熱管外側(cè)介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)、內(nèi)外壁溫差較高,要根據(jù)操作條件合理選材,宜選用抗腐蝕性能較高的材料如滲鋁、304、316及雙相不銹鋼等。

        4.3 采取一些工藝防腐措施,如在催化分餾塔頂加注中和劑、緩蝕劑,可使部分含硫腐蝕介質(zhì)溶解在汽油分液罐,隨含硫污水排出。同時,減少開停工次數(shù),降低原料含硫量,定期清洗管束減少垢層,也可以降低管束腐蝕泄漏風(fēng)險。

        4.4 在重沸器結(jié)構(gòu)設(shè)計階段盡可能增大溫度高區(qū)域氣相組分空間,避免管束處于氣液兩相區(qū),汽化造成高速氣流沖刷。采用折流桿、增加管束間隙、適當(dāng)增加殼程流動空間也可提高管束使用壽命。同時,在穩(wěn)定塔底抽出處,擴(kuò)大管子直徑,可降低液體的流速,從而降低沖刷腐蝕。

        [1] 李麗紅,丁杰.穩(wěn)定塔塔底換熱管管束失效淺析[J].石油化工腐蝕與防護(hù),2010, 27(1):58~60.

        [2] 梁文彬.塔底重沸器泄漏與改進(jìn)[J].石油化工腐蝕與防護(hù),2009,26(2):23~26.

        文朋(1987-),工程師,從事煉化企業(yè)設(shè)備現(xiàn)場管理和設(shè)備防腐蝕管理工作,362177917@qq.com。

        TQ051.5

        B

        0254-6094(2017)01-0114-02

        2016-07-17,

        2016-10-05)

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