耿興東

（中國石油大慶石化公司煉油廠，黑龍江大慶163711）

某公司煉油廠22×104t/a 烷基化裝置由蘭州寰球工程公司設(shè)計(jì)，采用硫酸法C4烷基化工藝技術(shù)，以醚后C4為原料，經(jīng)過原料預(yù)處理、烷基化反應(yīng)、閃蒸及壓縮制冷、反應(yīng)產(chǎn)物精制、反應(yīng)產(chǎn)物分餾等工序，最終生產(chǎn)出烷基化油［1］。

烷基化反應(yīng)器（R-2201ABC）為臥式偏心雙支點(diǎn)內(nèi)置U 型管換熱器式攪拌反應(yīng)器，屬Ⅱ類壓力容器。反應(yīng)器內(nèi)硫酸與醚化后C4混合乳化，生成異辛烷，即烷基化油。反應(yīng)器內(nèi)部存在硫酸，發(fā)生腐蝕即可造成后路帶酸，需將反應(yīng)器切除系統(tǒng)［2］。

圖1 裝置反應(yīng)器

反應(yīng)烴進(jìn)料和酸混合進(jìn)入反應(yīng)器，經(jīng)攪拌混合形成乳化液，并完成烷基化反應(yīng)；葉輪背部形成負(fù)壓區(qū)，乳化液向壓力低區(qū)域流動進(jìn)入外套筒，一部分進(jìn)入反應(yīng)器上方沉降器進(jìn)行酸烴分離，分離的酸通過下酸管線循環(huán)利用，分離出的烷基化油和烴的混合物作為冷劑進(jìn)入反應(yīng)器管束，吸走烷基化反應(yīng)熱；另一部分乳化液進(jìn)入內(nèi)套筒循環(huán)［3］。

1 反應(yīng)器腐蝕泄漏

2020年4月，發(fā)現(xiàn)后路閃蒸罐反應(yīng)物側(cè)帶酸嚴(yán)重，經(jīng)過對比，反應(yīng)器C冷劑出口渾濁，初步確定反應(yīng)器C內(nèi)管束腐蝕泄漏。將反應(yīng)器C切除系統(tǒng)后，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器U型管管束外壁腐蝕嚴(yán)重。

2 泄漏位置及腐蝕原因分析

2.1 管束位于支撐圈處腐蝕

此類腐蝕外觀非常明顯，均位于管束與支撐圈相近部位，最深處腐蝕坑達(dá)2.5 mm，泄漏的管束也為此類腐蝕［4］。通過現(xiàn)場情況來看，管束迎著介質(zhì)流動方向腐蝕明顯，背對介質(zhì)流動方向無腐蝕，且迎著介質(zhì)流動方向的支撐圈也有明顯的腐蝕，而背對介質(zhì)流動方向的支撐圈則未見腐蝕，因此判斷此處腐蝕為硫酸在流動過程中遇支撐件，改變流動方向，在局部形成擾流狀態(tài)，不斷沖刷碳鋼表面，使其無法形成鈍化膜，進(jìn)而發(fā)生腐蝕。

（2）反應(yīng)器套筒折流處管束腐蝕

U型管管束在套筒邊緣處管表面腐蝕嚴(yán)重，且分布密集，從方位上來看，均是迎著介質(zhì)流動方向腐蝕較為嚴(yán)重。在反應(yīng)器內(nèi)介質(zhì)在攪拌槳的作用下由外側(cè)流向套筒內(nèi)部，流動方向發(fā)生180°的改變，在管束表面存在渦流狀態(tài)，不斷沖刷碳鋼表面，發(fā)生腐蝕。

（3）腐蝕分析

由上述腐蝕部位及腐蝕程度來看，管束是否腐蝕，與硫酸在金屬表面形成的鈍化膜有直接關(guān)系，在反應(yīng)器套筒內(nèi)部，酸烴乳化液在攪拌槳的作用下處于層流狀態(tài)，流速較低，沒有把金屬表面鈍化膜破壞。所以，處在此區(qū)域的管束沒有腐蝕現(xiàn)象。而在管束支撐及套筒邊緣的管束，由于流體流動方向的改變，不斷沖刷管束，使金屬表面的鈍化膜被破壞，導(dǎo)致管束腐蝕［5］。

3 相應(yīng)建議及對策

（1）酸濃度和溫度的控制

不同條件下硫酸對碳鋼的腐蝕速率見表1。

表1 不同條件下硫酸對碳鋼的腐蝕速率/（mm·a-1）

由表1可以看出，酸濃度低和酸溫度高易造成碳鋼管束腐蝕。酸濃度高的硫酸易在金屬表面形成鈍化膜，所以在反應(yīng)器運(yùn)行期間要保證酸濃度，根據(jù)化驗(yàn)測量數(shù)據(jù)補(bǔ)充新酸，將酸濃度控制在90%以上。保證硫酸酸溫度不會過高。

（2）管束外表面加裝護(hù)板

根據(jù)乳化液流動特性，在管束腐蝕嚴(yán)重的區(qū)域加裝護(hù)板，對沖刷嚴(yán)重、鈍化膜破壞的區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，見圖2。

圖2 管束加護(hù)板

同時(shí)使乳化液流動狀態(tài)趨于平緩，減少腐蝕發(fā)生?？梢詫⒐苁墳?16L 或Alloy20 合金材質(zhì)，在本質(zhì)上消除硫酸腐蝕，保證裝置平穩(wěn)生產(chǎn)。

（2）反應(yīng)溫度的控制

反應(yīng)溫度為烷基化裝置重要參數(shù)之一，維持合理的反應(yīng)溫度有利于減少腐蝕發(fā)生。同硫酸溫度對碳鋼腐蝕的影響，反應(yīng)溫度高也將提高腐蝕速率，低反應(yīng)溫度可抑制聚合反應(yīng)，并促進(jìn)烷基化反應(yīng)。但反應(yīng)溫度低于4 ℃，會抑制烴中的酸沉降分離，大量的酸從酸沉降器中攜帶出來，導(dǎo)致酸耗增加，腐蝕加劇。反應(yīng)溫度控制在4～10 ℃之間。

4 結(jié)束語

通過裝置反應(yīng)器泄漏的現(xiàn)象，可以推斷硫酸腐蝕主要是鈍化膜被破壞，鈍化膜的破壞主要和乳化液流動狀態(tài)和酸溫度密切相關(guān)；通過降低反應(yīng)器溫度，保護(hù)流動狀態(tài)不穩(wěn)定的管束區(qū)域，有效控制反應(yīng)器管束腐蝕，保證裝置平穩(wěn)生產(chǎn)。