王愿祥 楊 靖
(中石油云南石化有限公司,云南昆明,650300)
從提升管反應器來的催化裂解油氣進入分餾塔C-0201下部,與循環油漿在人字型擋板逆向接觸,洗滌裂解油氣中催化劑并脫過熱,使油氣從“過熱狀態”變成“飽和狀態”進入分餾塔C-0201進行分餾。分餾后的油氣經除鹽水冷卻器E-0201A-H冷卻,再經干式空冷器A-0202A-P及循環水冷卻器E-0203A-H冷至40℃,進入油氣分離器D-0203進行氣、液、水三相分離。為控制塔頂系統的腐蝕,在分餾塔頂揮發線第一個彎頭后注入緩蝕劑,在分餾塔頂油氣-除鹽水冷卻器E-0201A-H油氣入口管分別注入酸性水。流程見圖1。
圖1 分餾塔頂系統流程簡圖
分餾后的塔頂油氣依次經除鹽水冷卻器、干式空冷器及循環水冷卻器冷至40℃,進入塔頂油氣分離器進行氣、液、水三相分離。其結構見圖2。冷卻器工藝參數見表1。
圖2 分餾塔頂油氣-除鹽水冷卻器設備簡圖
表1 分餾塔頂油氣-除鹽水冷卻器基本參數表
冷卻器打開后,將管束清洗前、后情況進行對比和分析。
管束清洗前,可以明顯看到管束的中部至尾部上半部分整體覆蓋有一層厚約2—4mm的垢物,垢物顏色包含有黑色+紅褐色+白色。管速外表面垢物也是在管束中部至尾部上半部分較厚,入口側及管束中下部明顯變少,詳見圖3。
圖3 管束清洗前腐蝕形貌圖
2.2.1 管束外表面
設備清洗后,對管束進行檢查發現,管速外表面從中部至尾部的中上部存在均勻腐蝕+坑蝕,深約0.3—1.0mm,局部管束腐蝕較重。其余部位管束外表面存在均勻腐蝕+坑蝕,深約0.1—0.3mm,腐蝕相對輕微,詳見圖4。
(a)清洗后人口處
(b)清洗后中后部圖4 管束腐蝕形貌圖
2.2.2 管板
入口側管板、管口存在均勻腐蝕+坑蝕,深約0.2—0.4mm,且有多臺管口、焊縫有開裂現象,以E-0201F最為嚴重,其余在E-0201A、E-0201C上也有發現,裂紋多以徑向為主,詳見圖5(a);出口側管板腐蝕輕微,未發現開裂現象,詳見圖5(b)。
(a)入口側
(b)出口側圖5 管板腐蝕形貌圖
2.2.3 測厚檢測
對冷卻器管束進行了測厚檢測,測厚數據在1.98—2.60mm(設計壁厚2.5mm)之間,部分管束存在明顯減薄,由于測厚反饋不出坑蝕減薄量,故部分管束腐蝕減薄量比檢測出的減薄量更大。
查詢分餾塔頂酸性水2021年2月至12月的化驗分析數據,可以看出酸性水中含有硫化物、氰化物、氯離子和氨氮等腐蝕性介質,其中pH值、總鐵含量均在控制指標范圍內,硫化物、氨氮含量波動大,部分數據偏高,氯離子含量無異常,氰化物含量少部分數據偏高,詳見表2和圖6。
表2 2021年分餾塔頂酸性水分析結果匯總表
圖6 分餾塔頂酸性水分析趨勢圖
分餾塔頂及換熱冷凝器系統最為常見的腐蝕機理為低溫 H2S-HCN-HCl-NH3-H2O、銨鹽垢下腐蝕等,與腐蝕介質成分密切相關[1]。原料油中的S、N的化合物在裂解反應過程中生成更多的H2S、HCN、NH3,有機氯化物分解或無機氯鹽水解生成HCl。
H2S在H2O環境中發生電離,以下反應對設備造成腐蝕:
(1)
鋼在硫化氫的水溶液中發生電化學反應:
陽極過程:Fe Fe2++2e
(2)
Fe2++HS-FeS+H+
(3)
(4)
由此可知,H2S+H2O對碳鋼設備可以形成兩方面的腐蝕:均勻腐蝕和濕硫化氫應力腐蝕開裂,特別是在入口側溫差較大,以及管口焊縫的焊接殘余應力,開裂的風險明顯升高。
上述介質在分餾塔頂揮發冷卻系統中構成了 H2S-HCN-HCl-H2O 型的電化學腐蝕介質[3]。
另外油氣中攜帶的催化劑粉末在經過冷卻器時停留在管束上,特別是冷卻器的注水難以沖洗到管束中部至尾部的中上部分,所以該部位催化劑粉末留存較多,垢下腐蝕較重。
(1)冷卻器管束外表面的均勻腐蝕、坑蝕主要為H2S-HCN-NH3-H2O腐蝕和垢下腐蝕。
(2)入口側管板開裂主要為濕硫化氫應力腐蝕開裂。
(1)目前8臺冷卻器管束均已換新,而管束腐蝕較重的部位為垢物留存較多處,建議加大各冷卻器入口的注水量,并改善注水水質。
(2)消除管板與管子的間隙,改進管子與管板的連接形式為:強度脹+密封焊+貼脹,使焊縫與熱影響區硬度均<200HB。
(3)可對管束、管板增加涂層防護,延長使用壽命。
(4)加強系統腐蝕檢測、化驗分析,及時發現異常并作出調整。