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        加氫裝置高壓空冷器的腐蝕與防護

        2018-03-24 08:58:12周璐璐
        中國新技術新產品 2018年6期
        關鍵詞:加氫裂化設備

        周璐璐

        摘 要:高壓空冷器是石化行業(yè)中的關鍵設備,具有高壓高溫的特點,一旦發(fā)生腐蝕泄露問題,容易引起非計劃停車。本文針對加氫高壓空冷器腐蝕問題和原因進行了探討,提出了高壓空冷器防腐對策及材料選擇方面的要求,旨在為工程實踐提供一定的借鑒價值。

        關鍵詞:加氫裂化;腐蝕防護;設備;空冷器

        中圖分類號:TE965 文獻標志碼:A

        0 前言

        石化行業(yè)中,高壓空冷器應用較多,在長期高溫、高壓氫氣流作用下,極易發(fā)生泄露、失效等問題,危害極為嚴重,需要引起足夠重視?,F階段,各大油田長期連續(xù)開采,導致原油性質惡化問題突出,增加了介質中硫、氮元素的含量,進而容易生成硫化氫、氨氣等腐蝕性氣體,對煉油產業(yè)的危害較大。在煉油作業(yè)中,容易引起腐蝕防護、產品質量保證方面的問題,嚴重降低了裝置運行穩(wěn)定性,為此,需要解決加氫工藝操作中腐蝕防護問題,這是提高工藝裝置合理性、安全性的基本前提。

        1 腐蝕原因分析

        加氫高壓空冷器中,裝置設計余量方面一般較低,設計選型期間,加工原料中N、S比例偏小。近年來,擴能改造、原料各元素比例逐漸發(fā)生了變化,已經從低硫油加工轉化為高硫油的形式,但是空冷器選型設計方面尚未跟上節(jié)奏,由于調整不足,導致實際操作與設計狀況存在偏差,如空冷器流速、NH4HS含量偏大。

        第一,裝置設計中,有些企業(yè)的工藝中沒有設計循環(huán)氫脫硫處理,運行參數與設計值存在偏差,如Kp數值高于0.5,進而會導致泄露問題。第二,裝置內部原料改變問題的影響,一方面進料量增加,原物料中氮元素比例增加,受散熱器設計因素限值,需要采取增加注水量的方法處理,導致高分水中NH4HS比例增加,增加幅度超出散熱器承受能力。通過對裝置進行模擬分析得出,部分原料介質中NH4HS的含量已經超過10%。第三,部分空冷器是在原有基礎之上進行改造處理,改造后,裝置內部介質流速高也會引起泄露問題。一般狀況下,空冷器裝置的設計流速是5.5m/s左右,但是后續(xù)改造作業(yè)中,設計人員可能進行了限制流速處理,一旦設備運行流速超過6.0m/s,將會引起十分嚴重的危害。第四,介質流體分配不均的影響,對于高壓空冷器而言,結構方面分析,進出口管線一般是對稱布置,但是設備投入運營后,內部流體可能會隨管線走向、彎頭大小等發(fā)生變化,此外,空冷器泄露、檢修、重新啟動等工況也會發(fā)生物料分配不均的問題。第五,操作穩(wěn)定性差也會引起設備腐蝕。煉化廠中,進料含量控制不精確會導致設備穩(wěn)定性受到負面影響,如空冷器流速劇烈變化。再者,如果進料中N含量增加,注水量未變,將會引起污水中NH4HS增加。當地環(huán)境溫度變化可能會引起注入點液相水含量的變化。為此,需要加強相關因素多合理分析,避免腐蝕問題的加深。第六,部分企業(yè)為了降低運營成本,采用關停部分風機的方法,導致外界環(huán)境溫度發(fā)生變化,進風量也隨之改變,極易引起嚴重的腐蝕問題。百葉窗開閉程度不一致也會引起進風量不均衡的問題。第七,空冷器系統(tǒng)腐蝕問題分析,裝置中氯離子含量過高,氯離子腐蝕問題較為復雜,仍處于研發(fā)階段。

        2 系統(tǒng)防腐對策分析

        2.1 材料結構方面

        從空冷器加工制造角度出發(fā),需要及時進行材料種類方面的調整,現階段空冷器采用碳鋼、Incoloy825的較多,需要結合物料性能、價格等進行材料的選擇,二者價格差異懸殊,這一狀況限制了Incoloy825材料的應用。有時盡管選型期間設計參數較為苛刻,但仍選擇碳鋼材料,這種方法存在一定弊端。需要空冷設計人員加強選材意識的強化,并考慮細化要求、設計條件等要素。高壓空冷器方面,國內管箱、管子以碳鋼材料為主,管端套管以1Cr18Ni9Ti為主,套管材料需要從300系列不銹鋼、Incoloy825中選擇。結合當下使用經驗,絲堵式管箱的應用范圍較“U”型管結構更為廣泛。其次,從防腐角度出發(fā),如果物料中氯離子含量較高,可采用每管程一排換熱管的設計模式;硫化氫含量高的裝置中,可采用抗H2S 專用低合金稀土鋼。再者,對于高壓空冷器而言,管子出入口設計需要考慮流體分配均一性的要求,保證各管子流體流量大體一致的要求??山柚M軟件進行流體動力學分析,在此基礎之上考慮管箱開口、布管等設計要求等要素。此外,如果采用Incoloy825材料制造空冷器,建議管子、管箱采用相同材料,提高復合板質量、監(jiān)管質量等要素。從提高空冷器結構合理性出發(fā),一般不建議管箱進出口位置設置異性接管,可借助入口緩沖管箱、分配孔板等進行替代。

        2.2 管道設計和平面布置分析

        高壓空冷器設計制造中,注意事項分析如下:第一,建議采用一分二、二分四、四分八的處理模式,保證整體對稱加工。第二,進出口管子的連接處可采用三通形式處理。若必須采用彎頭設置,需要重點考慮直管段長度等要素,建議直觀長度大于10倍管徑。第三,企業(yè)設備運行一段期間后,一般腐蝕最為嚴重的區(qū)域是散熱器管子進出口位置,為此需要考慮管線壁厚的調整。第四,為了合理考察參數影響,進出口管線需要加強溫度指示方面的考慮,是避免發(fā)生偏流的常規(guī)做法。第五,彎頭設置中,一般不建議與連接管在一個平面,可垂直連接處理。第六,對于完成對稱的空冷器布置處理中,可根據工藝需求進行單點注水、多點注水管理。后者關鍵問題在于考慮注水量的要求,盡量保證注水點與空冷器位置接近。

        2.3 腐蝕控制原則

        第一,需要根據Kp數值大小進行腐蝕環(huán)境的選擇,一般當Kp小于0.3時,可將高壓空冷器看作碳鋼管束;當Kp在0.3~0.5時,腐蝕復雜度較高,可根據實際狀況選擇碳鋼或者高合金鋼;當Kp高于0.5時,腐蝕概率大幅增加,建議散熱器材料選擇Incoloy825材料,這對整體安全性具有極大幫助。

        第二,從系統(tǒng)工藝運行角度出發(fā),需要盡量避免氯離子含量過高引起的危害,可采取的策略包括:控制原料,如及時對物料進行氫補充、注水處理;還可以選擇型號更高的材料,如哈氏合金材料。一般建議選擇前者,原因在于氯離子含量過高狀況下,散熱器材料的抗腐蝕性、成本等差異較大。國外工程公司一般會選擇哈氏合金材料,國內尚未有所應用。此外,為了避免氯離子的負面影響,可采用碳鋼、Incoloy825材料等進行處理,該材料在抗銨鹽、抗氯離子方面效果較好,但該材料結構并不能完全解決氯離子的負面影響,需要結合操作彈性、安全余量等進行計算分析。

        第三,當下國內高壓空冷器中,不論碳鋼、高合金鋼,設計期間需要充分考慮流速范圍的影響,避免流速過高過低等帶來的負面影響。一般如果散熱器材料為碳鋼,建議流速為3m/s~6m/s,雙相不銹鋼為3m/s~9m/s。傳統(tǒng)設計中,大部分設計人員對流速上限重視度較高,單位考慮流速下限的影響,需要對這方面問題進行優(yōu)化處理。高壓空冷器方面,需要考慮300系列的不銹鋼材料,這對避免氯離子腐蝕問題具有極大幫助。

        2.4 工藝設計方面的優(yōu)化

        為了保證上述設計要求的順利實現,需要考慮工藝要求等要素,這對提高空冷器安全性具有極大幫助。結合催化劑、負荷等要素進行控制。并結合注水量、注水點等進行管理和優(yōu)化,及時降低水中銨鹽含量。如果需要進行多點注水處理,需要考慮水量要求。此外,引入系統(tǒng)中的水不可含有其他雜志,這是降低系統(tǒng)腐蝕的重要措施。

        結語

        當下石化煉化企業(yè)中,高壓散熱器應用范圍逐漸增大,影響因素逐漸增多,需要結合設計、制造、檢驗等要求進行分析,保證滿足行業(yè)基本規(guī)范。并結合中石化、中石油企業(yè)調查報告、腐蝕結果等進行全面分析,及時選擇合理的解決措施,降低硫、氮引起的管道腐蝕問題,必要時可添加緩釋阻垢劑,保證整體運行滿足安全性、合理性的基本要求。

        參考文獻

        [1]王靜,李淑娟.加氫高壓空冷器腐蝕原因分析及對策[J].石油化工腐蝕與防護,2016,33(5):13-16.

        [2]張偉東,孫濱.加氫裝置高壓空冷器的腐蝕與防護[J].石油化工腐蝕與防護,2015,32(1):31-34.

        [3]喬光譜,陳煒. 加氫裝置反應系統(tǒng)的氨鹽腐蝕分析及風險管理[J]. 腐蝕與防護,2012,3(7): 618-622.

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