(中國石油烏魯木齊石化公司, 新疆 烏魯木齊 830019)

隨著高硫原油加工量的不斷提升，加氫裂化裝置的設(shè)備腐蝕問題越發(fā)凸顯。生產(chǎn)過程中生成腐蝕介質(zhì)并在裝置反應(yīng)系統(tǒng)的空冷器內(nèi)形成銨鹽，導(dǎo)致裝置的低分氣空冷器發(fā)生腐蝕泄漏，嚴(yán)重影響到裝置的正常運(yùn)行。目前，加氫裂化裝置空冷器腐蝕的研究不斷深人，但對(duì)低壓空冷器即熱低分氣空冷器的腐蝕問題關(guān)注則不夠。結(jié)合加氫裂化裝置低分氣空冷器發(fā)生腐蝕泄漏的案例，對(duì)空冷器的腐蝕原因及防護(hù)對(duì)策進(jìn)行了探討與分析。

1 設(shè)備情況

該加氫裂化裝置處理量為1.0 Mt/a,其熱低分空冷器A-102A/B操作介質(zhì)為氫氣、硫化氫和油氣，操作壓力2.5～2.8 MPa，入口溫度230 ℃，出口溫度45～60 ℃，單臺(tái)空冷器共有列管180(2×90)根，管束規(guī)格為φ25×2.5 mm。換熱管設(shè)計(jì)壓力4.0 MPa，設(shè)計(jì)溫度300 ℃。其中換熱管束均為翅片管，換熱管材質(zhì)均為15CrMo。

A102A/B兩組入口采用間歇注水方式，每月注水一次，每次注水4 h，每次注水量不小于2.5 t/h。注水閥門可以調(diào)節(jié)每路注水量，注水水質(zhì)采用除鹽水，注入水中加入高效緩蝕劑。

2 現(xiàn)象及分析

2019年3月20日15∶00，對(duì)加氫裂化裝置巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)熱低分空冷器A102B管束處有異響，立即進(jìn)行現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)A102B東側(cè)管箱入口側(cè)第三排第2根管束有輕微泄漏，拆除泄漏管束翅片確認(rèn)漏點(diǎn)位置，見圖1。裝置停工后，先對(duì)泄漏管進(jìn)行堵管處理，然后對(duì)低分系統(tǒng)進(jìn)行 2.7 MPa 氮?dú)饷芊鈾z查,A102B未發(fā)現(xiàn)泄漏。

圖1 管束泄漏位置

3 歷年故障檢修、檢查及檢驗(yàn)情況

3.1 2011年情況

2011年1月9日運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)A-102B管束泄漏，泄漏部位為(東側(cè))最下排管束(出口側(cè))從左至右第十九根，管束靠近中間位置有條20 mm左右的裂紋，檢修過程中對(duì)空冷器出口側(cè)最下排管束的第17,18,19,20和21共計(jì)五根進(jìn)行堵管。

3.2 2013年和2016年情況

2013年及2016年兩次大檢修期間，均對(duì)A102A/B管束進(jìn)行了渦流檢測，抽檢率為單臺(tái)總管束(單臺(tái)總管束共計(jì)180根)的10%，即18根，每排管束抽檢3根，符合檢驗(yàn)要求(見圖2和圖3)。兩次大檢修抽檢檢測的管束均未發(fā)現(xiàn)靈敏度當(dāng)量以上缺陷信號(hào)，故檢測正常有效。此次泄漏管束不在兩次大修期間空冷電渦流抽檢檢測的管束中。此兩次檢驗(yàn)說明A102A/B管束兩個(gè)運(yùn)行周期中未發(fā)生NH4HS結(jié)鹽沖刷腐蝕。

圖2 2013年大修管束電渦流檢驗(yàn)情況

圖3 2016年大修管束電渦流檢驗(yàn)情況

3.3 運(yùn)行期間偏流檢查情況

2017年3月對(duì)A102A/B進(jìn)行紅外熱成像檢測。從檢測結(jié)果上看，因A102A/B兩組管束阻力和氣量的不同，空冷器頂部入口側(cè)管束存在輕微偏流情況，溫偏差較小，但該空冷器進(jìn)出口未設(shè)計(jì)閥門，無法調(diào)節(jié)A和B空冷器介質(zhì)流量。

3.4 注水情況

因2011年冬季注水期間發(fā)生過除鹽水殘留在A102A/B管束內(nèi)，并導(dǎo)致A102B管束凍裂泄漏， 所以，對(duì)冬季運(yùn)行方案及實(shí)際運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了評(píng)審，重新制定冬季運(yùn)行空冷器A102防凍方案，即在冬季運(yùn)行期間A102A/B不進(jìn)行注水。2011—2018年只執(zhí)行夏季注水方案(每年4月至9月每月注水一次)，在夏季運(yùn)行期間，車間安排每月對(duì)A102A/B進(jìn)行一次注水，每次注水4 h，每次注水量不小于2.5 t/h，期間未發(fā)生A102A/B管束泄漏，在此期間車間持續(xù)監(jiān)控A102A/B進(jìn)出口壓差(保持在0.01～0.02 MPa之間)，未見異常上升。

4 結(jié)鹽及腐蝕分析

4.1 NH4HS結(jié)鹽可能性分析

4.2 NH4HS沖刷腐蝕分析

根據(jù)裝置實(shí)際運(yùn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以計(jì)算出A102A/B實(shí)際運(yùn)行體積0.063 1 m3/s，空冷器流道體積為0.0282 6 m3，計(jì)算得出實(shí)際流速值為 2.23 m/s，kp1(腐蝕系數(shù))值0.144，遠(yuǎn)小于加氫裝置腐蝕準(zhǔn)則中Kp在 0.5以下，流速控制在3～6 m/s的控制指標(biāo)，所以正常情況下NH4HS沖刷腐蝕可能性很小。

4.3 注水影響分析

4.4 低流速及偏流影響分析

一般來說過低流速或偏流會(huì)導(dǎo)致管內(nèi)局部出現(xiàn)結(jié)垢沉積物，產(chǎn)生局部垢下腐蝕[3]。計(jì)算得出A102A/B實(shí)際流速為2.23 m/s，流速正常偏低，壓差檢測結(jié)果變化很小。偏流檢測發(fā)現(xiàn)除空冷器頂部入口側(cè)管束存在輕微偏流外，再無偏流現(xiàn)象。其說明A102A/B因過低流速或偏流導(dǎo)致局部垢下腐蝕有其可能性，但應(yīng)該是局部的、長期結(jié)垢沉積導(dǎo)致的結(jié)果。

5 空冷器泄漏原因分析

5.1 NH4HS結(jié)鹽沖刷腐蝕

分析得知A102A/B中的NH4HS結(jié)鹽沖刷腐蝕本身可能性很小，如果發(fā)生腐蝕，應(yīng)該是管壁大面積的減薄，當(dāng)管子壁厚減薄到不足以承受內(nèi)部壓力時(shí)就會(huì)發(fā)生爆裂[4]。這種泄漏表現(xiàn)為漏點(diǎn)尺寸較大泄漏量大的形式，與本次氮?dú)庠噳簷z查時(shí)，氮?dú)庠噳荷?.1 MPa時(shí)未發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，當(dāng)壓力升至2.7 MPa(操作壓力)時(shí)才發(fā)現(xiàn)一根管束有輕微泄漏的事實(shí)不符，說明本次泄漏非NH4HS結(jié)鹽沖刷腐蝕所致。

5.2 設(shè)備原始制造缺陷擴(kuò)展

加氫裂化裝置從2010年開工至今約9年時(shí)間，低分空冷器A102A/B如存在設(shè)備原始制造的不開口缺陷，在長期的使用過程中有可能擴(kuò)展后形成管子開口缺陷，使管子發(fā)生泄漏。而按照缺陷擴(kuò)展理論，這種擴(kuò)展開口一般會(huì)有一定的尺寸，會(huì)造成較大的泄漏，與本次泄漏特征亦不相符。

5.3 兩種因素的疊加影響

低分空冷器A102A/B可能存在原始制造的內(nèi)壁不開口微小缺陷，在長期的使用過程中也未發(fā)生擴(kuò)展。同時(shí)在此微小缺陷處發(fā)生了因過低流速或偏流引起的輕微垢下腐蝕，管子內(nèi)部的腐蝕減薄導(dǎo)致缺陷處于開口狀態(tài)。由于原始缺陷微小且處于穩(wěn)定狀態(tài)，從而泄漏會(huì)表現(xiàn)出非常微小的特征，和實(shí)際情況較吻合，應(yīng)該是失效泄漏的原因。

6 結(jié)論及建議

6.1 結(jié) 論

(1)熱低分空冷器由于腐蝕產(chǎn)物濃度很小及管內(nèi)流速小等因素,致使NH4HS結(jié)鹽沖刷腐蝕可能性很小，設(shè)計(jì)選材是合理的，運(yùn)行期間的檢驗(yàn)、檢查均說明未發(fā)生結(jié)鹽沖刷腐蝕。

(2)泄漏原因主要是原始制造的內(nèi)壁不開口微小缺陷與過低流速或偏流引起的輕微垢下腐蝕所造成，也有可能設(shè)備原始制造缺陷擴(kuò)展造成。

(3)2011年冬季因注水發(fā)生A102B管束凍裂泄漏，被動(dòng)冬季停止注水，沒有造成事實(shí)上的NH4HS沖刷腐蝕。

6.2 建 議

(1)利用2019年大檢修，對(duì)A102A/B進(jìn)行全面檢驗(yàn)檢測，驗(yàn)證確認(rèn)空冷器泄漏原因，同時(shí)根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果對(duì)空冷器缺陷管束進(jìn)行消缺處理并確定是否計(jì)劃更新。

(2)對(duì)冬季注水方式重新進(jìn)行評(píng)審，根據(jù)評(píng)審結(jié)果調(diào)整注水方式。

(3)增加變頻風(fēng)機(jī)。對(duì)A102A/B風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，將工頻空冷器改造為變頻空冷器，減少因?yàn)榄h(huán)境溫度變化大、頻繁調(diào)整操作，從而避免A102A/B管束凍裂或管束溫度不均勻出現(xiàn)過低溫度區(qū)，產(chǎn)生垢下腐蝕的結(jié)果。