朱冬

(中國石化濟(jì)南分公司 煉油四部,山東 濟(jì)南 250000)

常減壓然餾裝置初始設(shè)計(jì)加工臨商原油,裝置處理能力150萬t/a,主要由電脫鹽、換熱網(wǎng)絡(luò)、常壓蒸餾、減壓蒸餾等部分組成。歷經(jīng)多次擴(kuò)能改造,裝置處理能力達(dá)到460 萬t/a,所加工原油為臨商油、進(jìn)口油、勝利下海油質(zhì)量比170∶173∶157的混合原油,常渣部分外甩,減壓部分處理能力為210萬t/a;產(chǎn)品方案為重整料、200#溶劑油、輕分子篩料、柴油餾份、重油催化原料、不同牌號的潤滑油基礎(chǔ)油料以及焦化原料。

由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)改造所選用的原油性質(zhì)偏重,經(jīng)過核算,在初餾塔拔出率不大于10%,常壓部分拔出率不大于30.03%,常壓總拔出率不大于35.88%的前提下,常壓處理能力達(dá)到460萬t/a。

而目前常減壓蒸餾裝置所加工原油日益輕質(zhì)化,根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù),汽油餾分收率達(dá)到15%以上。為解決因原油輕質(zhì)化、汽油收率提高帶來的初餾塔頂壓力過高,塔頂冷凝冷卻負(fù)荷增加等常壓系統(tǒng)出現(xiàn)的生產(chǎn)瓶頸問題,2021年4月份,于裝置大檢修期間對常減壓裝置進(jìn)行適應(yīng)性改造,通過更換初餾塔塔內(nèi)件、塔高塔頂冷凝冷卻能力等措施,降低常壓塔負(fù)荷,提升裝置加工輕質(zhì)原油的適應(yīng)能力,滿足裝置生產(chǎn)需求。

此次發(fā)生腐蝕內(nèi)漏的換熱器為2021年大檢修期間原油輕質(zhì)化項(xiàng)目更新的換熱器E1-1/2,型號:BIU1100-4.0-335-6/25-2I,殼體材質(zhì)為Q245R,管束材質(zhì)為10#,布置于框架2層。E1-1/2殼程介質(zhì)為原油(入口壓力1.3 MPa,入口溫度40 ℃,出口溫度60 ℃),管程介質(zhì)為初餾塔頂油氣(入口壓力0.04 MPa,入口溫度110 ℃,出口溫度65 ℃),該換熱器為原油進(jìn)裝后第一臺換熱器。

1 E1-1/2內(nèi)漏發(fā)現(xiàn)與應(yīng)急處置

2021年8月14日15:30,運(yùn)行一班班組長例行裝置采樣工作,發(fā)現(xiàn)汽油(初常頂汽油混合樣)顏色發(fā)黑異常,立即匯報(bào)運(yùn)行部管理人員,同時(shí)組織人員將汽油出裝改走不合格線、停汽油直供流程。

運(yùn)行部管理人員立即組織力量對初常頂汽油流程進(jìn)行排查,通過初、常頂汽油泵出口采樣,判斷為初頂油氣系統(tǒng)發(fā)生介質(zhì)互串問題。初頂油氣系統(tǒng)有4臺同位號原油換熱器,為原油進(jìn)裝后第一臺換熱器,通過逐一排查,16:10確認(rèn)E1-1/2管束內(nèi)漏,立即將該換熱器切出。經(jīng)過對初頂汽油分液罐充分置換,顏色正常后19:00采樣送檢,20:55分析結(jié)果合格,匯報(bào)調(diào)度同意后汽油恢復(fù)正常流程。

2 換熱器腐蝕情況

換熱器E1-1/2腐蝕位置如下:

管束抽出清洗后,發(fā)現(xiàn)泄漏管束位置如圖1所示。對泄漏換熱管切割抽取后,發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)距離管板0.5 m、位于換熱管內(nèi)側(cè),泄漏孔徑約4.5 mm。

圖1 換熱器腐蝕位置圖

另外觀察發(fā)現(xiàn)E1-1/2殼程,原油出口位置底部換熱管腐蝕比較嚴(yán)重,底部管板處也存在較深的腐蝕坑(圖2～6)。

圖2 E1-1/2腐蝕泄漏管束位置

圖3 E1-1/2腐蝕泄漏管束

圖4 與泄漏管束同層的管束腐蝕坑點(diǎn)

圖5 管板密封面腐蝕痕跡

圖6 筒體底部腐蝕坑點(diǎn)

3 換熱器管束腐蝕原因排查

3.1 換熱器管束外觀檢查

通過外觀檢查,未見管束有吊裝損傷等物理性損傷痕跡,換熱器管板接頭處焊肉飽滿,未見明顯腐蝕痕跡,著色檢查正常;換熱管測厚平均厚度為2.4 mm(圖7)。

常減壓裝置加工原油防腐設(shè)防值為硫含量1.0%,酸值含量1.5 mg/g(以KOH計(jì)),日常加工原油滿足設(shè)防值要求。查閱《高酸原油加工裝置設(shè)備和管道設(shè)計(jì)選材導(dǎo)則SH/T 3129—2012》主要設(shè)備推薦用材規(guī)定,介質(zhì)溫度小于240 ℃換熱器殼體及管束材質(zhì)推薦碳鋼材質(zhì),本次檢修改造設(shè)備材質(zhì)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。

3.2 換熱器管束材質(zhì)檢查

根據(jù)設(shè)計(jì)資料顯示,E1-1/2管束材質(zhì)為10#鋼,現(xiàn)場切除腐蝕泄漏管束,外委進(jìn)行金相檢驗(yàn)和光譜檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果如表1～2。

表2 光譜檢驗(yàn)報(bào)告

外委檢驗(yàn)結(jié)果:E1-1/2管束材質(zhì)符合設(shè)計(jì)材質(zhì),材料為10#鋼。

3.3 裝置原油鹽含量及水含量分析

通過LIMS質(zhì)量查詢系統(tǒng),查得數(shù)據(jù)如圖8～9。

圖8 2021年大檢修前后脫前原油鹽含量數(shù)據(jù)對比

圖9 2021年大檢修前后脫前原油含水量數(shù)據(jù)對比

通過數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn):2021年大檢修后,原油含鹽量和含水量均有較大幅度增加,這可能是造成管束腐蝕的原因之一。

3.4 換熱流程以及操作參數(shù)排查

2021年大檢修前后,換熱器換熱工藝流程未變化,換熱器原位置更新(圖10)。

圖10 換熱器流程圖

對常減壓裝置檢修后5-7月份操作參數(shù)數(shù)據(jù)和2020年數(shù)據(jù)進(jìn)行比對,具體見表3。

表3 2021年大修改造前后操作參數(shù)對比

2021年大檢修原油輕質(zhì)化技術(shù)改造項(xiàng)目,E1-1/1.2.3.4四臺換熱器整體更新?lián)Q大,安裝位置不變,換熱器由原BIU800-4/4-6/25-2I更換為BIU1100-4/4-6/25-2I,筒體/管束材質(zhì)為Q245R/10#,更新前后材質(zhì)未變。該設(shè)備制造日期2019年11月,投用日期2021年4月。

經(jīng)過對比核算,E1-1/2大檢修更新后,運(yùn)行工況發(fā)生較大變化,檢修改造前E1-1/2殼程側(cè)流速0.39 m/s,檢修改造后E1-1/2殼程側(cè)流速0.14 m/s,下降65%。另外對E1-1/2底部油泥進(jìn)行化驗(yàn)分析(表4)。

表4 底部油泥化驗(yàn)分析

至此,換熱器E1-1/2腐蝕原因判定為:E1-1/2更新增大后殼程側(cè)流速大幅度降低,導(dǎo)致?lián)Q熱器管束底部油泥積存,且2021年大檢修后常減壓進(jìn)裝原油含鹽量及含水量較檢修前有所升高,管束底部積累的油泥中含鹽量、含水量較大,油泥中的鈣、鎂、氯等離子溶解于水中,逐漸形成垢下腐蝕環(huán)境,溶解于水中的氯離子滲透穿過油泥接觸到管束,形成腐蝕,最終造成換熱器管束腐蝕穿孔。

4 E1-1/2腐蝕機(jī)理分析

由于換熱器殼程側(cè)油泥各處鹽含量不均勻,部分位置腐蝕較快形成蝕孔,蝕孔經(jīng)孕育期形成核后,蝕孔內(nèi)發(fā)生自催化過程(圖11)。

圖中的M+在此次管束腐蝕中主要為Fe2+。圖11 蝕孔內(nèi)發(fā)生的自催化過程

(1)

這使孔內(nèi)氫離子濃度升高,pH值降低而酸化,進(jìn)一步促進(jìn)陽極溶解,陽離子更多,如此循環(huán)。

最終孔內(nèi)氯離子濃度可為主體溶液中的3～10倍,使孔內(nèi)金屬處于HCl介質(zhì)中而成為陽極,呈現(xiàn)活化溶解狀態(tài);而蝕孔外常液仍是富氧,介質(zhì)維持中性,孔外金屬表面維持鈍態(tài)仍為陰極,發(fā)生氧的還原,這就構(gòu)成了活化(孔內(nèi))-純化(孔外)腐蝕電池。由于孔口易被腐蝕產(chǎn)物堵住,造成孔內(nèi)溶液滯留,使得電池又具有很強(qiáng)的閉塞性,這種腐蝕電池工作引起的自催化過程,促進(jìn)了孔蝕的迅速發(fā)展,進(jìn)而導(dǎo)致投用僅4個(gè)月?lián)Q熱器管束發(fā)生腐蝕穿孔泄漏。

5 防腐蝕優(yōu)化措施

(1)對泄漏換熱器E1-1/2下兩排管束進(jìn)行預(yù)防性堵管后投入使用。

(2)運(yùn)行部根據(jù)工況調(diào)整換熱器的投用量,由四臺換熱器并列運(yùn)行改為兩開兩備,改動(dòng)后E1-1/2殼程側(cè)流速由之前的泄漏前的0.14 m/s提高至0.28 m/s。通過提高換熱器殼程原油流速,降低腐蝕速率。

(3)對另一組換熱器中的E1-1/4進(jìn)行預(yù)防性檢修,抽出管束檢查,發(fā)現(xiàn)同樣存在管束腐蝕情況,但是腐蝕情況比E1-1/2輕微,預(yù)防性對E1-1/4堵管12根后投入備用狀態(tài)。

(4)運(yùn)行部匯報(bào)調(diào)度部門協(xié)調(diào)儲(chǔ)運(yùn)部加強(qiáng)原油脫水工作,并對原油切水水樣、電脫鹽污水水樣進(jìn)行采樣分析,關(guān)注其氯離子、pH值變化情況,指導(dǎo)生產(chǎn)調(diào)整。

6 結(jié)語

通過換熱器E1-1/2腐蝕原因排查,運(yùn)行部在“設(shè)備管理關(guān)注生產(chǎn)工藝和設(shè)備運(yùn)行條件的變化,保障設(shè)備運(yùn)行環(huán)境”體系要素方面落實(shí)不到位,未充分識別出裝置原油輕質(zhì)化改造E1-1設(shè)備變更擴(kuò)大后,裝置低加工負(fù)荷工況下,殼程原油側(cè)低流速對設(shè)備腐蝕加劇的風(fēng)險(xiǎn),未采取針對性預(yù)防腐蝕措施。

管設(shè)備要管運(yùn)行,后期運(yùn)行部加強(qiáng)對設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的管理,通過數(shù)據(jù)的積累及時(shí)識別出設(shè)備存在的問題,做到預(yù)防性維護(hù)檢修,減少或降低腐蝕事件的發(fā)生。