催化裂化裝置低溫?zé)崴畵Q熱器泄漏原因分析

王 旭，吳景陽，李 石

(中國石油天然氣股份有限公司大連石化分公司，遼寧大連116031)

催化裂化裝置低溫?zé)崴畵Q熱器泄漏原因分析

王 旭，吳景陽，李 石

(中國石油天然氣股份有限公司大連石化分公司，遼寧大連116031)

大連石化分公司1.4 Mt/a重油催化裂化裝置共有低溫?zé)崴畵Q熱器14臺，在運行中經(jīng)常出現(xiàn)管束的腐蝕泄漏問題，嚴重影響了裝置低溫?zé)崴到y(tǒng)的穩(wěn)定運行。從低溫?zé)崴到y(tǒng)的氧腐蝕產(chǎn)生機理、孔蝕和酸腐蝕形成的環(huán)境、低溫?zé)崴到y(tǒng)工藝流程設(shè)置、系統(tǒng)流速對垢下腐蝕形成的條件等方面分析了低溫?zé)崴畵Q熱器管束泄漏的原因。分析得出:低溫?zé)崴畬苁獗谛纬傻乃岣g、氧腐蝕和孔蝕等是導(dǎo)致管束泄漏的主要原因;由于工藝流程設(shè)計本身的缺陷導(dǎo)致流速過低形成垢下腐蝕也是管束泄漏的原因之一。針對上述原因提出了相應(yīng)的解決措施。

低溫?zé)崴?管束 泄漏

中國石油天然氣股份有限公司大連石化分公司1.4 Mt/a重油催化裂化裝置熱力站為低溫?zé)崴到y(tǒng)提供循環(huán)動力和熱量。低溫?zé)崴?75℃)在熱力站經(jīng)含油凝結(jié)水和乏汽初步加熱到100℃后送到催化裂化裝置再進行進一步加熱，然后送往系統(tǒng)管網(wǎng)用戶。該低溫?zé)嵯到y(tǒng)的正常循環(huán)水量為1 300 t/h，并可視在熱力站的低溫?zé)崴匏那闆r進行補水。催化裂化裝置低溫?zé)崴到y(tǒng)，共有各類換熱器14臺，其中E2207/1，2(一中回流/低溫?zé)崴?從使用至今多次出現(xiàn)管束泄漏，既污染整個低溫?zé)嵯到y(tǒng)的水質(zhì)，又嚴重影響了儲運罐區(qū)蠟油罐冬季的正常取熱。因此，分析其管束泄漏原因并制定相應(yīng)措施對整個低溫?zé)嵯到y(tǒng)的可靠運行意義重大。

1 低溫?zé)崴畵Q熱器運行情況

1.4 Mt/a催化裂化裝置熱力站共有低溫?zé)崴畵Q熱器6臺，分餾區(qū)域共有低溫?zé)崴畵Q熱器8臺。從2010年6月裝置停工檢修重新開工后運行至今，共有9臺換熱器管束出現(xiàn)泄漏，其中分餾區(qū)域E2207/1，2和E2221(外甩油漿/低溫?zé)崴?換熱器均因為管束泄漏嚴重，試壓過程中無法保證壓力穩(wěn)定導(dǎo)致管束報廢全部更換新管束。E2207/1，2換熱器管束分別在2008年和2010年6月停檢時兩次更換過新管束，2010年停檢期間更換的新管束使用時間僅為14個月;熱力站汽-水換熱器1號管束泄漏同樣嚴重，試壓后堵管44根(原管束無泄漏)。

2 管束泄漏原因分析

2.1 氧腐蝕、酸腐蝕和孔蝕

低溫?zé)崴畃H值要求控制在6～10。低溫?zé)崴腍+質(zhì)量濃度很低，而水中溶解氧的質(zhì)量濃度則較高。在此情況下，碳鋼表面腐蝕電池中的陰極反應(yīng)主要是氧的還原反應(yīng)，而陽極反應(yīng)則是鐵的溶解反應(yīng)。

當?shù)蜏責(zé)崴容^清潔時，主要發(fā)生的是以上的反應(yīng)，且生成的鐵銹會在金屬表面形成保護膜，阻止金屬的進一步的腐蝕，這時金屬的腐蝕速率比較小且比較穩(wěn)定。但當水中生物黏泥或其他雜質(zhì)較多時，會在金屬管束表面形成沉積物，在垢層下形成強烈的縫隙腐蝕或孔蝕。

孔蝕是一種從金屬表面向內(nèi)部擴展形成空穴或蝕坑狀的局部腐蝕形態(tài)［1］。縫隙腐蝕或孔蝕反應(yīng)中的陽極溶解都是一種自催化過程，且都與Cl－有關(guān)［2］。其腐蝕機理如下:金屬M在縫隙或蝕孔中溶解，生成金屬離子M2+，造成縫隙或蝕孔中的正電荷過量，結(jié)果使Cl－遷移到縫隙或蝕孔中以維持其溶液的電中性，縫隙或蝕孔內(nèi)會存在高質(zhì)量濃度的MCl2，MCl2水解后會產(chǎn)生H+和Cl－，導(dǎo)致縫隙或蝕孔內(nèi)金屬的進一步溶解，從而使這一腐蝕過程不斷加劇。低溫?zé)崴蠧l－質(zhì)量濃度達到5.0 mg/L，因此具備了縫隙腐蝕發(fā)生的條件，導(dǎo)致腐蝕的發(fā)生。

E2207/1，2換熱器在2006年和2010年停檢期間對泄漏換熱管進行了抽管檢驗，管外壁均穿孔泄漏，見圖1。

圖1 E2207/1，2管束外壁腐蝕情況Fig．1 Corrosion of bundle outer wall of E2207/1，2

從圖1中可見，管束外表面存在大量的點蝕、坑蝕現(xiàn)象，局部已經(jīng)出現(xiàn)穿孔，完全復(fù)合孔蝕的特征。

通過對上述低溫?zé)崴牟蓸臃治觯鋚H值在5～6已呈酸性，且水中油含量經(jīng)常超標，溶解氧指標同樣較高(2010年停檢期間已經(jīng)給低溫?zé)嵯到y(tǒng)增上了除氧施設(shè)，但效果并不明顯)，促使了氧腐蝕和酸性水腐蝕的不斷發(fā)生;同時因低溫?zé)崴尸F(xiàn)酸性，因此導(dǎo)致酸腐蝕的加劇。從水樣的表觀情況來看，水樣呈現(xiàn)為褐紅色(鐵離子含量超標)，說明在低溫?zé)崴到y(tǒng)中不斷有鐵離子被腐蝕溶解進入低溫水熱系統(tǒng)，因換熱器換熱管壁厚為2.5 mm，是整個低溫?zé)嵯到y(tǒng)最薄弱的部位，因此腐蝕泄漏必然從管束部位最先發(fā)生。

2.2 流速的影響和垢下腐蝕

E2207/1，2和E2221這3臺換熱器，熱源介質(zhì)全部走管程，低溫?zé)崴邭こ蹋捎跉こ虛Q熱管外的空間較大，因此低溫?zé)崴牧魉俸艿停话阍?.3 m/s以下，流速過低容易引起低溫?zé)崴须s質(zhì)等的沉積，并使換熱管的傳熱效率下降，沉積物不僅隔絕藥劑對金屬表面的作用，且易發(fā)生垢下腐蝕。此外，由于殼內(nèi)折流板的原因，迫使水的流速與方向不斷改變，這就形成了折流板附近的渦流區(qū)和滯留區(qū)，在這些流向改變和流速慢的地方，水中的污泥和黏泥就容易沉積下來形成污垢，垢下會產(chǎn)生坑蝕等腐蝕現(xiàn)象，造成管束的腐蝕穿孔泄漏。

E2207/1，2和E2221管束表面結(jié)垢情況見圖2。

圖2 E2207/1，2和E2221管束外壁結(jié)垢情況Fig．2 The scales of bundles outer wall of E2207/1，2 and E2221

從圖2中可見，管束外壁結(jié)垢嚴重說明水質(zhì)很臟，且水中所含黏泥等雜質(zhì)很多，完全具備了垢下腐蝕產(chǎn)生的條件，促使了垢下腐蝕的發(fā)生。

3 結(jié)論與建議

綜合以上分析，低溫?zé)嵯到y(tǒng)換熱器頻繁出現(xiàn)管束泄漏的主要原因:首先是因為低溫?zé)崴醒醺g和酸性介質(zhì)腐蝕嚴重;其次低溫?zé)崴|(zhì)較臟導(dǎo)致管束的孔蝕的發(fā)生;另外工藝流程設(shè)計的缺陷導(dǎo)致殼程內(nèi)低溫?zé)崴魉龠^低，在管束表面形成嚴重的垢下腐蝕也是導(dǎo)致管束頻繁泄漏的重要原因(如E2207/1，2和E2221)。因此，針對以上幾點原因，提出如下幾點解決措施:

(1)改善水質(zhì)定期進行補水和排污，監(jiān)測水中的Cl－質(zhì)量濃度和pH值變化，保證水質(zhì)的穩(wěn)定避免酸腐蝕和孔蝕的發(fā)生;

(2)持續(xù)加注除氧劑，最大程度的降低水中的溶解氧，盡量避免氧腐蝕的發(fā)生;

(3)對E2207/1，2和E2221三臺低溫?zé)崴畵Q熱器，通過技術(shù)改造將低溫?zé)崴吖艹蹋捎诹魉偬岣撸山档凸赶赂g發(fā)生的概率;

(4)對低溫?zé)崴畟?cè)管束進行涂料防腐蝕處理或進行材質(zhì)升級，延長其使用壽命;

(5)為保證低溫?zé)嵯到y(tǒng)的可靠運行，對腐蝕嚴重的部位要定期進行測厚并建立檔案，監(jiān)控其腐蝕速率的變化，對減薄嚴重部位及時進行更換，防止泄漏的發(fā)生。

［1］ 林玉珍，楊德鈞.腐蝕和腐蝕控制原理［M］.北京:中國石化出版社，2007:138.

［2］ 胡安定.煉油化工設(shè)備腐蝕與防護案例［M］.北京:中國石化出版社，2010:333-338.

(編輯 寇岱清)

Abstract:The corrosion leaking of tubes always occurred in the 14 low－temperature(LT)hot water heat exchangers in the 1．4 MM TPY heavy oil FCCU in PetroChina Dalian Petrochemical Company，which seriously affected the stable operation of the LT heat system．The corrosion causes of tubes of LT hot water heat exchangers were analyzed in respect of mechanisms of oxidation corrosion of LT hot water system，the environment of pitting corrosion and acid corrosion，design of LT hot water system and impact of system velocity on the formation of underdeposit corrosion．It is found that the tube leaking was mainly caused by acid corrosion，oxygen corrosion and pitting corrosion on the external wall of tubes by LT hot water．In addition，the underdeposit corrosion from low velocity because of inappropriate design of process flow was also one of the causes of leaking．Corresponding effective countermeasures have been proposed．

Keywords:low－temperature hot water，tubes，leaking

Analysis of Causes of Leaking of LT Hot Water Heat Exchanger

Wang Xu，Wu Jingyang，Li Shi
(PetroChina Dalian Petrochemical Company，Dalian，Liaoning 116031)

TE988．2

B

1007－015X(2012)05－0028－03

2012－04－03;修改稿收到日期:2012－07－31。

王旭(1978－)，工程師，大連理工大學(xué)化工機械專業(yè)研究生畢業(yè)，現(xiàn)主要從事催化裂化裝置工藝設(shè)備管理和防腐蝕工作。E-mail:wangxu_dl@petrochina.com.cn。