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。