常減壓裝置常頂換熱器腐蝕控制研究

常減壓裝置是煉油生產(chǎn)加工的關(guān)鍵性工序，其安全運(yùn)作狀況對相關(guān)企業(yè)長周期運(yùn)作起到了至關(guān)重要的作用。因為原油之中包含有大批量的水分、鹽、硫化物、酸等具有腐蝕性成分，這也讓腐蝕泄漏事故大概率會在常減壓裝置運(yùn)作過程中發(fā)生。常減壓裝置作為石油化工企業(yè)的重要組成，其是運(yùn)用原油各組分的多樣化物理特性，對其開展標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)處理、組分分離、提取等系統(tǒng)的工藝流程運(yùn)作，從而獲取汽油、煤油、柴油、潤滑油等眾多類型的原油產(chǎn)品以及下游裝置原料的煉油企業(yè)基礎(chǔ)性裝置。作為煉油生產(chǎn)運(yùn)作的關(guān)鍵性工序，常減壓裝置的運(yùn)作平穩(wěn)性對煉油企業(yè)是否可以較長周期內(nèi)安全化運(yùn)作起到了至關(guān)重要的作用。常減壓裝置的核心設(shè)施主要包括有常壓塔、減壓塔、塔頂換熱器以及其工藝管道等腐蝕情況長期以來都受到設(shè)備與工藝人員的關(guān)注，倘若產(chǎn)生腐蝕泄漏，這會導(dǎo)致裝置停車，更為嚴(yán)重的情況下甚至?xí)l(fā)安全突發(fā)事故，大概率會引發(fā)較大的人力與財力損失。所以，全面探究常減壓裝置常頂換熱器腐蝕控制，有著極為重要的現(xiàn)實價值。腐蝕的問題腐蝕具體所指的是在負(fù)面環(huán)境因素的整體影響之下，設(shè)施的材料出現(xiàn)化學(xué)改變引發(fā)設(shè)施喪失最初性能，這無疑會為企業(yè)帶來難以估量的負(fù)面后果，特別是電化學(xué)腐蝕在金屬設(shè)施當(dāng)中發(fā)生概率較高，煉油廠最常見的腐蝕核心是常減壓裝置與周邊位置產(chǎn)生化學(xué)綜合反應(yīng)而出現(xiàn)，倘若產(chǎn)生此種問題，對煉油廠而言無疑是巨大的損失，同時更是會嚴(yán)重影響日常生產(chǎn)運(yùn)作的安全性與規(guī)范性。某公司常減壓裝置常頂E1/1換熱器在2018年和2019年初頻繁出現(xiàn)泄漏，換熱器單程管束572根中的56根被封堵，腐蝕問題影響了裝置平穩(wěn)生產(chǎn)，給裝置的長周期平穩(wěn)運(yùn)行帶來隱患。裝置采用了塔頂“三注”防腐工藝，常頂切水的總Fe+

含量在指標(biāo)范圍內(nèi)，整個塔頂系統(tǒng)環(huán)境均勻腐蝕得到控制，但換熱器管束的局部腐蝕未能解決。腐蝕原因分析1.常頂換熱器腐蝕的機(jī)理公認(rèn)的常頂換熱器腐蝕泄漏的機(jī)理有露點腐蝕和結(jié)鹽垢下腐蝕2種。露點腐蝕方面：原油中含油的有機(jī)氯和氯化鹽在高溫下可生成HCL，一般MgCl在120℃90%可水解生成HCL，CaCl在150℃開始水解。HCL和H2S互相作用在有水的作用下形成HCl+H2S+H2O的腐蝕環(huán)境在局部低溫區(qū)形成PH值＜2的水滴，造成設(shè)備腐蝕穿孔。垢下腐蝕方面分析：由于常頂氣相中含有NH3與HCl直接反應(yīng)生成NH4Cl的結(jié)晶，在換熱器低溫區(qū)結(jié)垢，NH4Cl極易潮解，在局部發(fā)生NH4Cl+H2O→NH3H2O+HCl反應(yīng)，造成垢下腐蝕。2.現(xiàn)場工藝防腐情況分析常減壓裝置的常頂餾出口注水點能夠起到稀釋塔頂?shù)蜏乩鋮s系統(tǒng)（餾出口管線、換熱器、回流管）的HCl環(huán)境的作用，但對于控制換熱器內(nèi)部管束的露點腐蝕和垢下腐蝕發(fā)生還沒有針對性。垢下腐蝕方面來看：經(jīng)Aspen流程模擬計算，二套常減壓塔頂管束內(nèi)部NH4Cl的結(jié)晶溫度約為99℃，低于露點的102℃，從理論上來看氣相狀態(tài)的NH3和HCl在油氣混合氣的露點前未反應(yīng)結(jié)鹽，到達(dá)露點102℃后就溶于液相水中，不會造成結(jié)鹽垢下腐蝕；但如果換熱器內(nèi)介質(zhì)的流量/流速過低，換熱器邊緣管束內(nèi)介質(zhì)發(fā)生滯流，無法溶解NH3和HCl，兩者反應(yīng)生成NH4Cl造成結(jié)垢，產(chǎn)生的NH4Cl產(chǎn)物因介質(zhì)流速過小，無法被沖刷（原理如圖1所示）造成了NH4Cl結(jié)鹽，引起垢下腐蝕，堵塞換熱器管束。圖1換熱器管束內(nèi)部介質(zhì)示意圖露點腐蝕方面，露點區(qū)域邊緣的管束液態(tài)水較少且流速很慢，造成露點區(qū)域HCl濃度過大，PH值可達(dá)到2以下，造成露點腐蝕，快速腐蝕換熱器管束?？刂聘g發(fā)生優(yōu)化思路1.注水點位置和注入量優(yōu)化有針對性的在2臺換熱器的入口分別增加注水點，該注水點距離水的露點位置和結(jié)鹽點位置很近，可大大增加換熱器內(nèi)液態(tài)水的含量，有效沖刷流量/流速過小的換熱器管束內(nèi)的NH4Cl結(jié)晶，而且在露點處增加大量的液態(tài)水，稀釋露點處的HCl避免垢下腐蝕和露點腐蝕的發(fā)生，介質(zhì)流向如圖2所示。圖2注水后換熱器管束內(nèi)部介質(zhì)示意圖為了使常頂餾出口的水與緩蝕劑充分混合，在塔頂餾出線注水點使用專業(yè)大角度精準(zhǔn)分散噴嘴；而在換熱器入口處選用專業(yè)小角度實心直噴霧化噴嘴，液態(tài)水穿過初凝區(qū)，稀釋初凝區(qū)的強(qiáng)酸，同時均勻冷凝、沖洗易結(jié)鹽物質(zhì)，防止局部腐蝕穿孔，也可以避免噴嘴直對的管壁出現(xiàn)沖刷腐蝕。2.PH值及其監(jiān)控手段優(yōu)化對比發(fā)現(xiàn)，我公司常頂切水PH值控制偏大，經(jīng)常貼近或超過中石油規(guī)定的上限，給NH4Cl形成提供了有利的條件，近期化驗監(jiān)測數(shù)據(jù)如下：表1常頂切水?dāng)?shù)據(jù)分析裝置注水所用的酸性水汽提凈化水PH值和CL離子超過“中石油防腐管理規(guī)定”要求，也是造成切水PH值較大的原因，近期化驗監(jiān)測結(jié)果如下：表2凈化水?dāng)?shù)據(jù)分析在注入水的PH值較大的情況下，可適當(dāng)減少氨水注入量，降低PH值，在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，氨水注入量對塔頂PH值影響很大，調(diào)節(jié)不當(dāng)容易造成常壓塔頂?shù)蜏夭糠值腜H值迅速降低至6以下的酸環(huán)境，造成嚴(yán)重的系統(tǒng)腐蝕，應(yīng)在調(diào)節(jié)過程中加密分析頻次。3.防護(hù)材質(zhì)優(yōu)化思路換熱器管束的材質(zhì)選型的方向很多，下面對材質(zhì)的選擇進(jìn)行分類描述。鈦管束應(yīng)用：鈦合金的管束被更多應(yīng)用在現(xiàn)場，鈦材耐HCl腐蝕，強(qiáng)度高、密度小是抗Cl腐蝕的理想材料，壽命可達(dá)10年，但升級為鈦材后，換熱器出口管線腐蝕加速可能性增大（遼陽、長慶均出現(xiàn)過該問題）原因是鈦管束與出口碳鋼管線形成高點位差的電偶腐蝕，在更換鈦材后，需要同時對換熱器出口管線的材質(zhì)進(jìn)行升級，需設(shè)計部門進(jìn)行詳細(xì)核算。雙相鋼管束應(yīng)用：雙相鋼也有較強(qiáng)的抗腐蝕能力，且造價比鈦材低，但在煉油廠的應(yīng)用不多，獨山子發(fā)生過有雙相鋼材質(zhì)管束出現(xiàn)泄漏的案例，其可靠性低于鈦材。涂層的應(yīng)用：涂層的改造成本最低，遼河石化曾經(jīng)采用碳鋼加涂層解決常頂原油換熱器的腐蝕問題，使用壽命在2～3年，但涂層的質(zhì)量千差萬別，相同廠家不同批次的產(chǎn)品都有很大差別很難做到可靠性。綜上所述，就管束選材可靠性來看鈦材＞雙相鋼＞涂層，從成本上來看鈦材的價格比雙相鋼多30%，而涂層的造價最低為鈦材的1/4。因此預(yù)算允許的情況下更換換熱器管束為鈦材是防腐蝕的最可靠選擇。裝置實際改造情況在2019年大檢修中，裝置在常頂換熱器E-1/1和E-1/2換熱器入口管線各新增注水點、緩蝕劑點、注氨點各1個，注水噴頭采用了專業(yè)小角度實心直噴霧化噴嘴，確保換熱器內(nèi)有較多液相水進(jìn)入，沖刷NH4Cl結(jié)晶避免垢下腐蝕和管束堵塞，稀釋露點處的HCl濃度，有效避免露點腐蝕，截止2019年底未發(fā)生換熱器的泄漏，優(yōu)化措施起到了一定效果。結(jié)語常頂腐蝕問題是困擾