煉油廠設備腐蝕故障失效分析三例

孫 亮，黃梓友，鄭明光

(中海石油惠州煉油分公司，廣東惠州 516086)

煉油廠設備腐蝕故障失效分析三例

孫 亮，黃梓友，鄭明光

(中海石油惠州煉油分公司，廣東惠州 516086)

結合煉油廠常減壓蒸餾裝置頂循環油/原油換熱器管束泄漏;硫酸烷基化單元反應流出物堿洗罐入口混合器前管段穿孔和汽柴油加氫精制單元柴油蒸汽發生器泄漏等三例設備腐蝕案例進行了失效原因分析。分析結果表明:常減壓蒸餾裝置頂循環油/原油換熱器管束泄漏由管程介質即頂循環引起，為HCl結露產生的H2O－HCl體系腐蝕所致;硫酸烷基化單元反應流出物堿洗罐入口混合器前管段穿孔由于注堿方式導致反應流出物和熱堿水在混合過程中產生局部低壓區，造成C4蒸發，大大加快了流速。另外堿液中水分稀釋反應流出物中夾帶的濃硫酸，使其含量變低，從而導致20合金的嚴重腐蝕;汽柴油加氫精制單元柴油蒸汽發生器泄漏主要由于殼程介質水、蒸汽或換熱管與管板的聯接制造缺陷引起。最后針對不同的腐蝕問題提出了防護措施。

煉油廠設備 腐蝕 原因分析 防腐措施

對煉油廠生產過程中發生的設備腐蝕故障進行失效分析，從中找出原因并采取可行的防腐措施是保證煉油廠裝置安全長周期運行的重要保障。

1 頂循環油/原油換熱器管束泄漏

1.1 概況

腐蝕現象:檢修試壓時發現常減壓蒸餾裝置頂循環油/原油換熱器管束及管束與管板焊接部位多處發生泄漏，共堵焊管62根(見圖1)。

圖1 試壓時芯子泄漏情況Fig.1 Leaks of wick with pressure test

換熱器型號:BES1300-3.12/3.9-475-6/25-2IBH B= 450;殼程介質/管程介質:原油/常頂循環 油;殼 體 材 質/管 束 材 質:16MnR/09Cr2AlMoRE;殼程溫度:進/出:60℃/97℃;管程溫度:進/出:138℃/119℃。

1.2 原因分析

從圖1可以看出，管束內有大量的腐蝕產物，表明腐蝕主要發生在管程，由管程介質即頂循引起，初步判斷為HCl結露產生的H2O—HCl體系腐蝕所致。

1.2.1 管束壁溫計算

基本參數:殼體直徑為1.3 m;管子規格為25 mm×2.5 mm;管子數量: 1024;折流板間距:450 mm;管間距:32 mm。

(1)殼層傳熱系數計算

(3)管束壁溫計算

經計算管束壁溫為:108.46℃。

1.2.2 水蒸氣與HCl分壓計算

水蒸氣與HCl分壓計算以2010年3月4日常壓塔操作及分析數據為參數。

在常壓塔內汽液達成平衡，塔頂壓力:0.1727 MPa，水蒸氣摩爾分數:8.18/18/(8.18/18+159.38/109)=23.71%

由于頂循抽出的都是液體，氣體溶解在液體中，則頂循平衡氣相分壓與塔頂相同，頂循經頂循泵加壓至9.16 MPa，則水蒸氣與 HCl分壓為:0.916 ×23.17%=0.2172 MPa。

3月4日常頂冷凝水中氯離子質量分數為42 μg/g，則常頂氯離子質量分數(與水相比)為42×18.18/8.18=93.34 μg/g。

從H2O-HCl相圖［1］(見圖2)可知，此時露點溫度為121℃，而管束壁溫為108.46℃，所以低于露點溫度將導致管束管壁或管板部位產生HCl結露，從而發生腐蝕。

圖2 水蒸氣+HCl分壓為2 atm時的HCl-H2O體系二元相圖注：1atm(大氣壓)=0.1 MPaFig.2 Binary phase diagram of HCl-H2O at 2 atm partial pressure

1.3 防腐措施

(1)加強和穩定電脫鹽的操作控制，保證脫后含鹽、含水指標達標;

(2)在頂循環系統加注中和緩蝕劑。

2 堿洗罐入口混合器前管段穿孔

2.1 概況

腐蝕現象:硫酸烷基化單元酸洗流出物線在堿液注入點后、反應流出物堿洗罐入口混合器前，被沖刷出溝槽并減簿穿孔(見圖3)。

介質:酸洗罐酸洗后流出物、循環堿液;材質:20合金;酸洗罐流出物溫度:31℃、循環堿液溫度:71℃。

圖3 D209酸洗后流出物管線沖刷減簿情況Fig.3 Erosion D209 effluent pipeline after pickling

2.2 原因分析

圖4 不同壓力下的C4沸點Fig.4 Boiling points of C4at different pressures

反應流出物中70%為C4組分，僅含有微量的濃硫酸，在正常操作條件下，注堿前的流速為1.53 m/s，注堿后的流速為2.07 m/s。不同壓力下的C4沸點圖［2］見圖4。正常操作壓力為1.0～1.1 MPa，沒有氣體生成，微量的濃硫酸不能造成20合金的嚴重腐蝕。但目前的注堿方式導致反應流出物和熱堿水在混合過程中產生局部低壓區，造成C4蒸發，大大加快了流速。另外堿液中水分稀釋反應流出物中夾帶的濃硫酸，使其含量變低，從而導致20合金的嚴重腐蝕。不同溫度、流速和酸質量分數的條件下20合金的腐蝕速率見表1。

表1 不同溫度、流速及不同酸質量分數下20合金的腐蝕速率Table 1 The corrosion rates of 20 steel in different temperature，flow rate and sulfuric acid concentrations mm/a

2.3 防腐蝕措施

(1)改進注堿方式，避免形成引起C4氣化的局部低壓區;

(2)增加定點測厚監測點，每月進行測厚監控。

3 加氫精制單元柴油蒸汽發生器泄漏

3.1 概況

腐蝕現象:汽柴油加氫精制單元蒸汽發生器試壓時管束與管板聯結處多處發生泄漏，共堵管10多根(見圖5)。

蒸汽發生器型號:BJU1500-4.0-600-6/25-6 I/B= 550;殼程介質/管程介質:水、蒸汽/柴油;殼程材質:16MnR;管程材質:管束/管板:10#/16MnR;殼程溫度:進/出:150℃/158℃;管程溫度:進/出:232℃/170℃。

圖5 E206堵管情況Fig.5 Plugging of E206

3.2 原因分析

由于蒸汽發生器的管程介質為產品分餾塔底部的柴油，柴油經加氫后，腐蝕性物質如硫、氮等生成硫化氫、氨等氣體，經產品分餾塔分離后，塔底柴油中腐蝕性物質很少，所以泄漏由管程介質腐蝕引起的可能性很小。

蒸汽發生器的泄漏應是由于殼程介質水、蒸汽或換熱管與管板的聯接制造缺陷引起的。

蒸汽發生器給水中的雜質很少，但在生成蒸汽過程中易導致雜質濃縮，從而產生嚴重的腐蝕問題。低壓蒸汽雜質含量與腐蝕機理熱力學圖見圖6。從圖6可以看出在生成蒸汽過程中可以導致NaCl和NaOH等各種雜質的濃縮，從而產生腐蝕［3］。

圖6 低壓蒸汽雜質含量與腐蝕熱力學Fig.6 Impurity concentration of low pressure steam and corrosion thermodynamic diagram

蒸汽發生器給水水質分析結果顯示，其開工以來水質達標率僅有33%。因此，蒸汽發生器的泄漏是由于鍋爐水雜質超標、濃縮所導致的腐蝕造成的。另外，泄漏基本發生在管板與管束聯接處，制造缺陷也是腐蝕破壞的誘因之一。

3.3 防腐措施

(1)控制蒸汽發生器給水水質達到標準要求;

(2)加強設備監造，減少制造缺陷。

［1］何潮洪，馮霄.化工原理［M］.北京:科學技術出版社，2007:32-41.

［2］中國石油和石化工程研究會.煉油設備工程師手冊［M］.北京:中國石化出版社，2003:243-245.

［3］中國石油化工設備管理協會設備防腐專業組.石油化工裝置設備腐蝕與防護手冊［M］.北京:中國石化出版社，1996:510-517.

Study on Three Cases of Corrosion Failures of Refinery Equipment

Sun Liang，Huang Ziyou，Zheng Mingguang
(CNOOC Huizhou Refining＆ Chemical Company，Huizhou，Guangdong 516086)

In the study of 3 corrosion failure cases of refinery equipment，i.e.corrosion leakage of recycle oil/crude oil heat exchanger in atmospheric－vacuum distillation unit overhead，failure of pipeline upstream of inlet mixer of caustic wash drum of reactor effluent of sulfuric acid alkylation unit and corrosion leakage of steam generator in gasoline and diesel hydrotreating unit，the causes of corrosion failures of refinery equipment were analyzed.The results demonstrated that，the corrosion leakage of atmospheric－vacuum distillation unit overhead recycle oil/crude oil heat exchanger was caused by tube side media(overhead recycle oil);The corrosion was the result of H2O－HCl system produced by HCl dew formation.The pipeline upstream of inlet mixer of caustic wash drum of reactor effluent of sulfuric acid alkylation unit failed because of accelerated flow velocity caused by C4vaporization in the low－pressure zone in the mixing of reactor effluent and hot caustic water due to the inappropriate ways of caustic addition.In addition，the water in caustic liquid diluted the sulfuric acid carried over with the reactor effluent，leading to serious corrosion of 20 alloy steel.The leakage of steam generator in gasoline and diesel hydrotreating unit was mainly caused by shell side media，water or fabrication defects of connection of heat exchanger tubes and shell plates.Prevention measures are recommended based upon different corrosion conditions.

refinery equipment，corrosion，cause analysis，corrosion protection measures

TE986

A

1007－015X(2012)01－0051－04

2011－11－ 15;修改稿收到日期:2011－12－12。

孫亮，男，高級工程師，現工作于中海石油惠州煉油分公司設備中心。E-mail:sunliangz@cnooc.com.cn

(編輯 張向陽)