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        稀釋蒸汽發(fā)生器頻繁泄漏原因分析及優(yōu)化措施

        2020-12-29 06:26:32王強張樂張勇李懷強馬國民
        石油石化綠色低碳 2020年6期
        關(guān)鍵詞:乙烯老區(qū)換熱器

        王強,張樂,張勇,李懷強,馬國民

        (中國石油獨山子石化公司,新疆獨山子 833699)

        1 概述

        中國石油獨山子石化公司乙烯裝置采用了林德前脫乙烷前加氫技術(shù),設(shè)計乙烯生產(chǎn)能力為10萬t/a。其中,裂解爐稀釋蒸汽1號發(fā)生器(10-E-3011A/B/C)在正常運行期間利用中壓蒸汽的熱量來產(chǎn)生稀釋蒸汽,主要用來供裂解爐使用。該發(fā)生器在運行過程中頻繁發(fā)生泄漏,影響了裝置的正常生產(chǎn)。據(jù)相關(guān)文獻報道[1-3],稀釋蒸汽發(fā)生器的腐蝕主要有酸性介質(zhì)CO2,H2O和Cl-溶于工藝水后產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕;大量硫化物、堿形成NaOH-H2O 和H2S-H2O的腐蝕體系;工藝水中的溶解氧、雜質(zhì)與鐵發(fā)生的電化學(xué)腐蝕以及工藝水含有一定量Cl-產(chǎn)生的腐蝕。

        2 稀釋蒸汽1 號發(fā)生器運行現(xiàn)狀

        2009年開工以來,稀釋蒸汽1號發(fā)生器(10-E-3011A/B/C)頻繁泄漏,2013—2015年,該設(shè)備3臺管束全部更換為新管束。運行至2018年5月,裂解裝置污水排污系統(tǒng)在運行期間發(fā)現(xiàn)排污量變大、工藝水發(fā)汽氣量不足,初步判斷為稀釋蒸汽發(fā)生器10-E-3011A/B/C內(nèi)漏,同時可能存在結(jié)焦。檢修抽芯后發(fā)現(xiàn)工藝水側(cè)嚴(yán)重結(jié)焦,且換熱管出現(xiàn)腐蝕斷裂現(xiàn)象。經(jīng)查資料推測換熱器泄漏的主要原因為工藝水中的結(jié)焦物附著在換熱管外壁,形成相對封閉環(huán)境,工藝水蒸發(fā),造成局部堿濃縮腐蝕,致使換熱管腐蝕穿孔、斷裂,最終造成泄漏。為分析原因查找對策,積極開展同類裝置對比分析。

        3 兩套乙烯裝置換熱器運行情況對比

        通過與獨山子石化老區(qū)乙烯裝置(魯姆斯工藝)對比發(fā)現(xiàn),兩套裝置操作參數(shù)基本差異不大,但老區(qū)乙烯裝置換熱器運行周期長達13年以上,運行穩(wěn)定極少泄漏。

        3.1 換熱器物料分布

        圖1 為新、老區(qū)乙烯裝置換熱器管、殼程介質(zhì)分布。由圖1 可見,新區(qū)乙烯裝置稀釋蒸汽發(fā)生器管程介質(zhì)為中壓蒸汽,殼程介質(zhì)為工藝水;老區(qū)乙烯裝置發(fā)生器的介質(zhì)走向恰恰相反。新區(qū)乙烯裝置工藝水循環(huán)方式通過增壓泵強制循環(huán),老區(qū)乙烯裝置采用熱虹吸方式進行。

        3.2 換熱器檢修及設(shè)備參數(shù)對比

        圖1 新、老區(qū)乙烯裝置稀釋蒸汽發(fā)生器管、殼程介質(zhì)分布

        表1 為兩套乙烯裝置換熱器使用情況及設(shè)備參數(shù)對比。由表1 可知,新、老區(qū)乙烯裝置換熱設(shè)備材質(zhì)無較大差異,但老區(qū)乙烯運行周期較長,且最短也長達13年以上,新區(qū)乙烯的換熱設(shè)備運行4~6年就需要更換。新、老區(qū)乙烯裝置換熱器的主要不同點在于管殼程介質(zhì)分布不同。

        3.3 稀釋蒸汽罐運行參數(shù)對比

        3.3.1 工藝參數(shù)對比

        表2 為新、老區(qū)乙烯裝置稀釋蒸汽罐主要工藝參數(shù)。由表2 可知,稀釋蒸汽的壓力新、老區(qū)乙烯裝置控制一致,老區(qū)乙烯MS 溫度、壓力均低于新區(qū)乙烯管網(wǎng)溫度,且DS出口溫度老區(qū)高于新區(qū)乙烯DS過熱溫度。此外,新區(qū)pH值控制相對老區(qū)偏低,更有利于換熱器運行,其他參數(shù)控制水平基本一致。

        3.3.2 工藝水pH 值控制趨勢

        圖2為新區(qū)工藝水AP30003 pH值變化趨勢。通過注入工藝水中和胺EC1485A為主,輔以NaOH注入,控制工藝水pH值在設(shè)計范圍。

        表1 新、老區(qū)乙烯裝置換熱器設(shè)備參數(shù)

        表2 新、老區(qū)乙烯裝置稀釋蒸汽罐主要工藝參數(shù)

        圖3為老區(qū)乙烯裝置AP11019工藝水pH值變化趨勢,老區(qū)乙烯裝置全部注入NaOH,控制工藝水pH值在設(shè)計范圍。

        表3為新、老區(qū)乙烯裝置近幾年工藝水pH值參數(shù)對比。由表3可知,2015—2016年新區(qū)乙烯裝置工藝水pH 值控制較高,2016 年之后控制在林德設(shè)計指標(biāo)之內(nèi),同時與老區(qū)差別不大。以上類比說明pH值控制和助劑注入類型不是造成新區(qū)換熱器頻繁泄漏問題的主要原因。

        3.3.3 新、老區(qū)乙烯裝置汽提塔運行參數(shù)對比

        新、老區(qū)乙烯裝置汽提塔工藝參數(shù)見表4。通過表4可知,水質(zhì)運行pH值控制一致,流量壓力差異不大。

        圖2 新區(qū)乙烯裝置AP30003工藝水pH值變化趨勢

        圖3 老區(qū)乙烯裝置AP11019工藝水pH值變化趨勢

        表3 新、老區(qū)乙烯裝置工藝水pH 值對比

        4 同行業(yè)對比

        通過調(diào)研吉林石化、四川石化、茂名石化、鎮(zhèn)海石化、寧煤乙烯等企業(yè),比較了各家企業(yè)乙烯裝置稀釋蒸汽發(fā)生器工藝流程,發(fā)現(xiàn)主要有三種模式,見圖4~6。

        通過不同流程在工藝參數(shù)控制相近條件下運行效果的比對,發(fā)現(xiàn)C 類流程運行最好,周期最長,穩(wěn)定性最高。A 類流程相比C 類流程容易泄漏,運行周期也短。B 類流程在參數(shù)控制相對較好的情況下,泄漏最頻繁,周期短運行效果最差,還存在DS總管蒸汽過熱溫度偏低,過熱器出口凝液線泄漏等問題。運行最好的與最差的流程之間主要差異為以下2點:

        表4 新、老區(qū)乙烯裝置汽提塔主要工藝參數(shù)

        圖4 A類流程模式(四川乙烯、寧煤乙烯)

        圖5 B類流程模式(獨山子新區(qū)乙烯)

        圖6 C類流程模式

        1)工藝水介質(zhì)在換熱器管殼程中的分布。C類流程工藝水(較臟物料)走管程,中壓蒸汽走殼程。B 類流程工藝水(較臟物料)走殼程,中壓蒸汽走管程。

        2)換熱器兩側(cè)介質(zhì)溫差。C 類流程工藝水(163℃)與中壓蒸汽(210℃)之間溫差47℃,B類流程工藝水(163℃)與中壓蒸汽(280℃)之間溫差117℃。

        工藝水走換熱器殼程降低了工藝水流速,工藝水中的結(jié)焦物附著在管束外壁,工藝水蒸發(fā),造成局部堿濃縮腐蝕。管板后20 cm 左右管線腐蝕最為嚴(yán)重,并有斷管現(xiàn)象,使換熱管腐蝕穿孔、斷裂,最終造成泄漏。在換熱器檢修時得到了驗證,氣液相界面交接處腐蝕,管束斷裂情況較為嚴(yán)重。

        5 泄漏原因分析

        綜上所述,由于管殼程介質(zhì)分布不同,且殼程工藝水設(shè)計流速低。流速過低會使傳熱效率降低并出現(xiàn)沉淀,同時工藝水中含有苯乙烯等油類物質(zhì),這些物質(zhì)在高溫下易發(fā)生聚合,形成局部滯留區(qū),使局部過度蒸發(fā),堿性腐蝕加重。此外,堿濃縮后造成局部pH 值過大,在高溫下加快了管束的腐蝕泄漏。工藝水走殼程,換熱器兩側(cè)物料溫差過大,在MS 側(cè)出口凝液收集罐液位控制不穩(wěn)定情況下,中壓蒸汽進氣也會波動,換熱器內(nèi)部工藝水蒸發(fā)量不穩(wěn)定,使換熱器內(nèi)部形成比較嚴(yán)重的空泡腐蝕,空泡形成的沖刷腐蝕導(dǎo)致?lián)Q熱器泄漏加劇。

        上述B 類流程里,工藝水使用強制循環(huán),該方式存在換熱器進水分布不均的情況,每個換熱器的循環(huán)倍率存在差別,循環(huán)倍率高的堿濃縮腐蝕較重,泄漏速率也會加快,該方式的運行能耗也較另外兩種流程偏大。

        6 優(yōu)化措施

        1)重新核算現(xiàn)有換熱器,將管殼程物料重新分布,工藝水走管程,并通過改變稀釋蒸汽過熱器來降低加熱蒸汽溫度。

        2)將目前的換熱器管束重新采購,在兼顧發(fā)汽能力的情況下將管束的腐蝕裕量加大。

        3)定期清理更換該換熱器管束,做好工藝水水質(zhì)監(jiān)控,控制pH 值在8 ~9 之間,水中溶解氧濃度小于0.1 mg/kg;加強水質(zhì)調(diào)整,降低工藝水中的苯乙烯濃度在1 mg/kg,監(jiān)控DS發(fā)生器進料工藝水和DS發(fā)生器排污水中的Fe2+濃度在0.02 mg/kg以內(nèi),監(jiān)控DS發(fā)生器的腐蝕速率,保證系統(tǒng)平穩(wěn)運行。

        4)在現(xiàn)有E-3011 中壓蒸汽線入口總線上增加減溫器,通過注水降低中壓蒸汽的過熱溫度,降低物料兩側(cè)溫差,減緩腐蝕速率。經(jīng)過核算,該種方法對DS發(fā)氣量影響在10%以內(nèi)。

        7 結(jié)論

        目前已實施了中壓蒸汽線增加減溫器和水質(zhì)控制的優(yōu)化措施,2019 全年水質(zhì)pH 平均值控制在8.35,DS 發(fā)生器進料工藝水和DS 發(fā)生器排污水中的Fe2+濃度在0.02 mg/kg以內(nèi)。2019年至今換熱器運行穩(wěn)定,未發(fā)生泄漏,發(fā)汽效率良好。通過以上分析,稀釋蒸汽系統(tǒng)的運行核心是控制好水質(zhì)pH值以及工藝水的品質(zhì),防止結(jié)垢。同時在流程設(shè)計上要充分考慮介質(zhì)特性,合理選擇換熱器兩側(cè)介質(zhì),同時控制好換熱器兩側(cè)的介質(zhì)溫差。

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