裂解氣壓縮機換熱器泄漏原因及防腐措施

代廣平，陸 本，姚子榮

(中國石油蘭州石化分公司，甘肅蘭州730060)

裂解氣壓縮機換熱器泄漏原因及防腐措施

代廣平，陸 本，姚子榮

(中國石油蘭州石化分公司，甘肅蘭州730060)

在乙烯裝置的生產(chǎn)運行過程中，裂解氣壓縮機段間換熱器經(jīng)常發(fā)生管束腐蝕泄漏，嚴重制約了裝置的長周期運行。根據(jù)生產(chǎn)檢維修過程中換熱器管束的腐蝕現(xiàn)狀，找出了具體原因:殼程的酸性氣體腐蝕、管程的循環(huán)水中微生物引起的垢下腐蝕以及冬季生產(chǎn)停車換熱設備防凍保溫不到位。從引起換熱器腐蝕的各個原因入手，結(jié)合生產(chǎn)工藝，采取工藝參數(shù)調(diào)整、控制段間凝液的pH值及壓縮機段間注水量等措施，同時對壓縮機輔助設備進行優(yōu)化，更換高效的注水霧化噴頭、犧牲陽極保護、管束涂敷耐腐蝕涂料。通過采取防腐蝕措施，優(yōu)化了換熱器的運行環(huán)境，改善了段間換熱器的性能，有效延長換熱器的使用壽命。

壓縮機 段間換熱器 腐蝕 管束

在化工生產(chǎn)過程中，各類介質(zhì)的熱量交換經(jīng)常要采用冷卻水換熱器。大多數(shù)冷卻水換熱器在換熱過程都存在著不同程度的堵塞和腐蝕泄漏問題，常常出現(xiàn)因泄漏、傳熱效果不佳而被迫停車清洗、檢修或者更換換熱器，影響裝置的安全生產(chǎn)運行［1］。中國石油蘭州石化分公司240 kt/a乙烯裂解裝置的5臺裂解氣壓縮機段間設換熱器，均使用在裂解氣壓縮機各段間出口，冷卻壓縮后的裂解氣，其中一段出口為兩臺換熱器并聯(lián)使用，其余三段各有一臺換熱器。

段間換熱器是裂解裝置壓縮機組系統(tǒng)的關鍵設備，經(jīng)壓縮機壓縮后的裂解氣通過段間換熱器與循環(huán)水換熱，達到降低溫度、冷凝重組分的目的。段間換熱器為浮頭式換熱器，管束的列管為φ19 mm×2 mm，材質(zhì)為10號鋼，管束管程為循環(huán)水，管殼為裂解氣，工作溫度約為33～90℃。

1 腐蝕泄漏現(xiàn)狀

在熱裂解氣和循環(huán)水的作用下，特別是由于裂解原料的多元化、輕質(zhì)化，壓縮機入口組份變輕，使得出口溫度隨之升高，冷凝器管程腐蝕和結(jié)垢現(xiàn)象日趨嚴重，換熱器的換熱效率也越來越低。每次檢修時，都需要采用高壓水射流清洗機對換熱器管束進行清洗并試壓、查漏、堵漏。自2010年以來，裂解裝置壓縮機各段間換熱器均存在不同程度的泄漏，因此進行了3次停車檢維修，尤其是在2011年4月，管程循環(huán)冷卻水的COD嚴重超標，為此對各換熱器進行了在線查漏，5臺換熱器均存在不同程度的泄漏，泄漏后裂解氣隨循環(huán)水回水進入循環(huán)水系統(tǒng)，不僅造成系統(tǒng)物料損失，也使循環(huán)水水質(zhì)受到嚴重影響，水質(zhì)COD長期在70～90，遠超出COD小于15的控制指標，同時也給水塔運行帶來的了一定的安全風險，并影響裝置其他換熱設備。2011年7月大檢修期間，對各段間換熱器進行了維修，對因泄漏而使換熱效果達不到工藝要求的進行更換管束。檢修過程中，發(fā)現(xiàn)段間換熱器的管程、殼程均存在不同程度的腐蝕泄漏(見圖1～2)。各段間換熱器檢修消漏堵漏情況統(tǒng)計見表1。

表1 段間換熱器檢修統(tǒng)計Table 1 Statistical table of middle exchanger’s repair

圖1 高壓缸缸體內(nèi)表面腐蝕Fig．1 Corrsion of high pressure cylinder’inner pipe

圖2 注水噴頭根部腐蝕Fig．2 Corrsion of spray head

2 泄漏原因

2.1 酸性氣體

2005年6月對壓縮機機組段間降溫系統(tǒng)進行改造，由注油降溫改為注水降溫。改造后，降溫脫鹽水經(jīng)由高速離心泵加壓后經(jīng)霧化噴頭噴入壓縮機各葉輪、擴壓器入口，水經(jīng)注水噴頭霧化后進入壓縮機殼體，與裂解氣混合后氣化，吸收大量的熱來降低裂解氣的溫度，使其更接近于等溫壓縮，從而使壓縮機段間溫度得到了有效控制。

2011年7月壓縮機解體檢修過程中發(fā)現(xiàn)高壓缸內(nèi)缸體表面存在不同形態(tài)的沖刷腐蝕，而且三段注水噴頭的根部有很深的沖刷溝槽(見圖1～2)。因此，不難判斷缸體及注水噴頭根部的沖刷痕跡均由注入的脫鹽水所致。注入的脫鹽水經(jīng)噴嘴霧化后經(jīng)過相變發(fā)生汽化吸收裂解氣的熱量，從而達到降低裂解氣的溫度，但是經(jīng)噴嘴注入過量的脫鹽水，水不能夠完全霧化或者霧化效果太差從而形成大的液體顆粒，沒有霧化的水及液體顆粒混入機體內(nèi)壓縮后的裂解氣，而后在換熱器管束的殼程表面重新冷凝，這就使部分裂解氣中的酸性氣體如H2S，CO，CO2等溶解在析出的凝液中，從而在列管表面形成典型的H2S—HCl—H2O和CO—CO2—H2O的酸性腐蝕體系，經(jīng)分析，LV-12003凝液pH值為5，從而使換熱器殼程發(fā)生酸性腐蝕，這是段間換熱器發(fā)生泄漏的重要原因。

2.2 循環(huán)水中微生物

在檢修過程中發(fā)現(xiàn)，管板及列管內(nèi)結(jié)垢較為嚴重，存在不同程度的垢下腐蝕。換熱器污垢外表粗糙、堅硬，還夾雜有棕黑色粘泥等物質(zhì)，形成明顯的腐蝕產(chǎn)物。懸浮于水中的細小固體顆粒，如泥沙、塵土、不溶性鹽類、漿狀物及油污，會在換熱器表面積聚，當含有這些物質(zhì)的循環(huán)水流經(jīng)換熱器的表面時，容易形成污垢沉積物，造成垢下腐蝕。在循環(huán)水中，最常見的微生物主要是鐵細菌、真菌和藻類。鐵細菌能把溶于水中的Fe2+轉(zhuǎn)化為不溶于水的Fe2O3，在水中產(chǎn)生大量鐵氧化物沉淀以及氧濃差腐蝕電池腐蝕金屬。循環(huán)水中的藻類(綠藻、藍藻和硅藻)常在水中形成金屬表面差異腐蝕電池，導致沉積物垢下腐蝕。這種微生物的垢下腐蝕也加速了換熱器列管腐蝕泄漏［2］。

2.3 換熱器管束凍裂

2010年和2011年冬季分別發(fā)生了兩次事故，與裝置相關的兩起事故均發(fā)生在寒冷的冬季，屬全年氣溫最低的月份，裝置被迫緊急停車，系統(tǒng)熱量迅速散失，同時在停車過程中由于循環(huán)水系統(tǒng)無法在短時間內(nèi)倒空置換干凈，從而造成換熱器部分列管凍裂，從而使換熱器發(fā)生泄漏。因此，冬季裝置停車時，不完善的防凍措施也是換熱器泄漏的一個原因。

3 防腐蝕措施

3.1 工藝參數(shù)調(diào)整

(1)控制壓縮機注水量

壓縮機段間注水降溫，雖然各段溫度得到了控制，但注水量過大，注入的脫鹽水不能完全霧化，導致未霧化水溶解裂解氣中的酸性氣體，在段間換熱器的表面形成酸性溶液而引起管束腐蝕，進而造成泄漏，因此，在保證壓縮機段間出口溫度不超標的情況下，將各段注水量控制在原設計指標之內(nèi)。

(2)控制段間凝液的pH值

優(yōu)化工藝操作，控制好急冷水塔氨的注入量，使急冷水pH值控制在7～8，有效控制裂解氣的酸性。同時，減少裂解氣中帶液量，加強段間排出罐凝液pH值的監(jiān)測，段間換熱器凝結(jié)水的pH值控制在6.0～7.5，因為當pH值小于6時，HCl的腐蝕會加強，當pH值大于8時，H2S的腐蝕作用增強［3］。

(3)調(diào)整壓縮機段間出口溫度

將裂解氣的各段溫度指標適當放寬，可以控制裂解氣一段、二段排氣溫度小于92℃，三段小于95℃(原來一段、二段、三段指標分別為87，89，90℃)，從而減少壓縮機的注水量。

(4)循環(huán)水水質(zhì)控制

加強循環(huán)水質(zhì)監(jiān)測，控制好循環(huán)水質(zhì)，保證其COD小于15。同時，可以通過加入緩蝕劑、阻垢劑及酸等藥劑，穩(wěn)定循環(huán)水水質(zhì)，控制循環(huán)水的濁度，降低水中的菌藻類物質(zhì)。

(5)做好冬季防凍防凝

在冬季氣溫較低的情況下停車或檢修時，做好段間換熱器的防凍工作，倒空換熱器管程、殼程內(nèi)的介質(zhì)，并對換熱器管束進行吹掃，倒盡殘留在設備內(nèi)的介質(zhì)。

3.2 設備防腐蝕措施

(1)更換高效霧化噴頭

2011年壓縮機解體檢修時發(fā)現(xiàn)部分噴頭噴嘴的螺旋“S”件有卡澀現(xiàn)象，無法旋轉(zhuǎn)，噴嘴的霧化狀態(tài)變差，注入的降溫水不能完全霧化，使裂解氣中嚴重帶液并溶解其中的酸性氣體。對噴嘴改造，提高霧化效果。通過重新核算，確定壓縮機各段合適的注水量。

(2)犧牲陽極保護

犧牲陽極法是用比被保護金屬腐蝕電位更小的金屬或合金與被保護體組成電化學電池，依靠負電性金屬不斷溶解產(chǎn)生的電流對保護金屬構(gòu)成保護。對于段間換熱器，可以使用鎂合金作陽極保護材料，保護換熱器不被腐蝕。

(3)管束涂敷耐腐蝕涂料

在段間換熱器的管程表面涂敷耐腐蝕涂料，可以使換熱器內(nèi)表面具有抗沖刷、抗?jié)B透、耐濕變等性能，有效隔離金屬表面與介質(zhì)接觸和阻垢的作用，在一定程度上可以起到換熱器防腐蝕作用，提高換熱器性能和使用壽命。

4 結(jié)束語

在實際生產(chǎn)中，裂解氣壓縮機段間換熱器的腐蝕泄漏已經(jīng)成為制約乙烯裝置運行的關鍵因素。通過相關工藝參數(shù)調(diào)整、輔助設備改造以及采取有針對性的防腐蝕措施，可以有效地改善換熱器性能，提高換熱器的使用壽命。

［1］ 左久玲．冷卻水換熱器結(jié)垢和腐蝕的原因及處理措施［J］．化學工程師，2009，23(9):53-56.

［2］ 白天相．裂解氣壓縮機段間換熱器的防腐蝕技術探討［J］．煉油與化工，2008，19(3):34-37.

［3］ 夏智富．段間換熱器腐蝕原因分析及對策探討［J］．全面腐蝕控制，2005，19(1):42-46.

(編輯 陳鳳娥)

Abstract:In the operation of ethylene cracking unit，the corrosion leaking always occurs in the tubes of interim heat exchangers of cracking gas compressor，which seriously affects the long－term operation of the unit．In the scheduled shutdown for maintenance of the unit，the corrosion leaking status was analyzed and following specific causes were found out:acid gas corrosion at shell side，underdeposit corrosion from micro－organisms in tube side cooling water and insufficient heat insulation of heat exchange equipment during scheduled shutdown in winter．The heat exchange efficiency of interim heat exchangers has been improved and service life has been extended by adjustment of process parameters，control of pH value of interim condensate and interim water injection，improvement of auxiliary equipment of compressor，replacement with high－efficiency water atomizing nozzles，application of sacrificing anode，application of corrosion－resistant coatings on tubes and optimization of heat exchanger operation，etc．

Keywords:compressor，interim heat exchanger，corrosion，tube

Analysis of Causes of Corrosion in Heat Exchangers of Cracking Gas Compressor and Corrosion Protection Measures

Dai Guangping，Lu Ben，Yao Zirong
(PetroChina Lanzhou Petrochemical Company，Lanzhou，Gansu 730060)

TE624．3

A

1007－015X(2012)05－0049－03

2012－04－05;修改稿收到日期:2012－06－08。

代廣平，工程師，碩士研究生，主要從事石油化工設備管理工作。E-mail:daigaang ping@petrochina．com。