加氫改質壓縮機K—301/1一級冷卻器檢修原因分析及處理

李國龍

摘要：中石油哈爾濱石化分公司加氫改質裝置壓縮機K-301/1一級冷卻器在更換新管束使用10個月后，發現系統溫度升高，冷卻器循環水中帶氫氣，維修人員緊急進行搶修，對冷卻器泄漏管束進行堵漏修復。并對管束材質、腐蝕情況、運行溫度以及循環水系統進行了系統的分析。

關鍵詞：一級冷卻器；管束泄漏；點蝕；磷酸鹽結晶

中圖分類號：TU267 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3178（2018）20-0479-01

設備概況：

1 加氫改質壓縮機級間冷卻器。

設備名稱：K-301/1一級冷卻器，冷卻器型號：BIU300-30-3.75/19-2，2014年9月大修時更換新管束。2015年6月17日16點，當班操作員發現壓縮機K-301/1系統溫度升高，同時發現一級級間冷卻器循環水中帶氫氣，立刻通知車間，切機處理。經判定為一級冷卻器管束泄漏，經過工藝吹掃，測氧測爆合格后交付維修車間進行搶修。

2 原因分析：

K-301/1一級冷卻器為U型管式換熱器，管束材質為：10#，殼程介質為：0.4Mpa循環水，管程介質為：4.0Mpa氫氣。氫氣中含有少量的硫化氫（H2S），在系統運行中硫化氫（H2S）對材質為10#鋼的管束有較強的腐蝕性。該冷卻器與加氫反應產物冷卻器類似也存在殼程循環水形成的點腐蝕，更換的新管束同樣采用在冷卻器外部增加防腐涂鍍方法。K-301/1更換新管束后運行僅9個月發生泄漏。經過5.0Mpa的水壓試壓，發現有四根管束發生泄漏（冷卻器共有管束32根）。

查閱資料，管束材質為10#鋼，管板材質為S32168（JB/T4728-2000不銹鋼中的0Cr18Ni10Ti相對應），所以管束堵漏時焊條選用A132或A022焊接，直徑3.2mm，焊接電流90-115安。使用前烘干，時間為4小時，溫度為350°，恒溫溫度為80℃---100℃。

3 K-301/1一級冷卻器近幾年腐蝕情況對比：

2013年7月大修時K-301/1管束清洗后發現，管束涂鍍層表面有嚴重的點蝕現象，經大慶重新涂鍍后使用。

2014年9月全廠大修，加氫改質K-301/1.2一、二級冷卻器腐蝕嚴重，經公司批準將四臺管束都進行了更換。新管束材質和原來一樣，管束為10#鋼，管板為S32168（0Cr18Ni10Ti），S32168的機械性能：屈服強度≥205MPa 抗拉強度≥520MPa 延伸率≥40%根據試驗所得抗拉強度，屈服強度都符合要求，母材的常溫拉伸力學性能符合要求。

K-301/1一級冷卻器在2014年9月份全廠大修時更換新管束，運行不到9個月的時間，發生泄漏，涂鍍層腐蝕比較嚴重。根據對比可以看出該冷卻器的殼層每次的沉積物呈增多趨勢，造成沉積物增多的原因只有一個，即流速降低。該系統由三循供水，三循供水的裝置這兩年陸續增加了汽油加氫與柴油加氫分裝置，而三循的實際供水量仍然在控制在原有水量，必然導致這些原有冷卻水的流速降低。其二流速較低的原因是循環水走殼層。在進口管處測量的流速為2.0m/s，進口管徑為DN80mm ，而冷卻器的殼體為DN300mm，尤其在U形管處流速急劇下降，根據橫截面積比計算將為進口管處流量的十四分之一即0.14m/s，這樣的流速將導致淤泥、粘泥大量沉積。這樣的環境是非常典型的垢下腐蝕環境，現場情況也表明在U形管處垢下腐蝕點比較多。

3.1 H2S腐蝕機理

在高溫條件下，活性硫與金屬直接反應，它出現在與物流接觸的各個部位，表現為均勻腐蝕，其中以H2S的腐蝕性最強。

高溫硫腐蝕速率的大小，取決于原油中活性硫的多少，與總硫含量也有關系。溫度的升高，一方面促進活性含硫化合物與金屬的化學反應，同時又促進非活性硫的分解。溫度高于240℃時，隨溫度的升高，硫腐蝕逐漸加劇，特別是H2S在350～400℃時，能分解出硫和氫，分解出來的元素硫比H2S的腐蝕性更強，到430℃時腐蝕最劇烈，到480℃時分解接近完全，腐蝕開始減弱。

3.2 殼程循環水形成腐蝕原因分析

K-301/1一級冷卻器殼程出口管壁上附著這一層白色結晶物，并且在清洗管束時發現管束已經有穿孔現象，說明腐蝕比較嚴重。

循環水冷卻系統在運行中，不斷蒸發濃縮，鹽類增高，在超過飽和值得情況下鹽類析出結有水垢，所以白色結晶物，質檢部門化驗分析結果：泥40%，磷酸鹽30%，有機物30%。經過專業人員測定發現該冷卻器出水管線燙手，溫度較高，并預估為50℃，在該溫度條件下易發生循環水中緩釋阻垢劑失效形成磷酸鹽結晶。

氫氣入口溫度為130℃，循環水出口溫度為40℃，循環水在溫度升高時，腐蝕速率增大；循環水中鈣加堿的濃度或PH值提高時，腐蝕速率下降；鐵離子濃度升高時，腐蝕速率升高。在循環水中酸度、濁度、導電率及溫度的升高都將加速對管束材質的腐蝕。

根據現場照片確認為循環水側殼層明顯的點蝕存在，形成點蝕的原因有多種，比較明顯的為腐蝕性離子如氯離子的腐蝕，還有垢下腐蝕產生的點蝕。點蝕腐蝕速度非常快，其既有流速下降粘泥沉積后，微生物產酸產生的直接腐蝕，又有非常嚴重的因垢下缺氧造成的電化學腐蝕。根據循環水日常監測掛片情況以及其他冷卻器的情況未發現有大面積的點蝕出現，同時循環水中的氯離子目前在600mg/l左右，現有的緩釋阻垢劑完全能夠控制住氯離子的腐蝕，因此點蝕情況可以排除氯離子的原因。

4 改進及預防措施

為了防止和減少循環系統內因淤泥堆積，而造成冷卻效果降低，在使用過程中應該定期對冷卻系統進行反沖洗，以減少污垢的沉積。并采取積極的預防措施，有計劃地對系統進行防護、檢驗、改造和更新，變事后堵漏為事前預防，可以有效地減少泄漏的發生，減輕其危害。

4.1 為減少泄漏的發生，要從本質安全做起。設計時要依據適當的設計標準，根據工藝條件和貯存介質的特性，正確選擇材料材質、結構、連接方式、密封裝置等，落實可靠的措施。

4.2 設備在使用過程中，必須正確使用與維護。要嚴格按規程操縱，不得超溫、超壓、超振動、超位移、超負荷生產，控制正常生產的操縱條件，減少人為操縱所導致的泄漏事故。

4.3 在設備的使用和維護過程中，巡檢人員要對壓縮機K-301整個系統的密封面、閥門、疏水器、安全閥等部位采取適當的防護措施，防止雜質和異物進入，損壞設施及設備，減少泄漏發生；采用控制系統、電視監視系統和報警系統等先進的信息技術，使操縱員工在操縱室內既能把握流量、壓力、溫度、液位等信息，又能清楚地實時觀察到設備的運行情況，并實現報警和自動控制；對安全防護設施要進行維護，保證靈敏可靠。

參考文獻

[1]《管殼式換熱器（GB151-1999） 》作者：國家質量技術監督局 中國標準出版社

[2]化學工業部化工機械研究所.腐蝕與防護手冊[M].北京：化學工業出版社，1995