纏繞管式換熱器在常減壓蒸餾裝置上的應用

(中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江 寧波 315207)

中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司Ⅰ套常減壓蒸餾裝置主要加工中東高硫原油。近年來,隨著公司加工原油的劣質(zhì)化與多樣化，原油切換頻繁，造成裝置常頂系統(tǒng)換熱器的低溫腐蝕問題一直比較突出，常頂油氣換熱器管束泄漏頻繁，影響到裝置的滿負荷平穩(wěn)運行及下游罐區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量。因此，解決常頂換熱器的腐蝕泄漏問題，對裝置的安全、穩(wěn)定和長周期生產(chǎn)具有十分重要的意義。

1 裝置概況

1.1 常頂系統(tǒng)換熱流程

Ⅰ套常減壓蒸餾裝置于2008年底進行了8.0 Mt/a擴能改造，常頂系統(tǒng)油氣介質(zhì)首先與原油進行換熱，換熱器按5臺并排布置設計，其中2臺采用全焊接板式換熱器(位號E101/1,2)，板束材質(zhì)為SMO254超級奧氏體不銹鋼，3臺采用普通管殼式(U型)換熱器(位號E101/3,4,5)，管束材質(zhì)為10號碳鋼，2014年底將其中E101/3改為纏繞管式換熱器。

1.2 常頂系統(tǒng)腐蝕機理及管理

常減壓蒸餾裝置加工原油中含有一定量的氯化物，即使經(jīng)脫鹽后還含有微量鎂鹽、鈣鹽和鈉鹽。MgCl2和CaCl2在120 ℃開始水解，NaCl在300 ℃時亦發(fā)生水解，生成HCl，同時原油中本身含有一定的H2S，再加上原油中其他硫化物高溫分解產(chǎn)生的H2S，在常頂系統(tǒng)氣液相變部位遇液態(tài)水形成H2S-HCl-H2O介質(zhì)體系， HCl和H2S相互促進對設備造成強烈腐蝕。另外，工藝防腐蝕注入的氨水和HCl反應生成NH4Cl，銨鹽沉積結垢，還會引起垢下腐蝕。

常頂系統(tǒng)碳鋼腐蝕形態(tài)為均勻腐蝕，0Cr13鋼為點蝕，奧氏體不銹鋼則為氯化物應力腐蝕開裂。防腐蝕管理上以工藝為主、材料為輔。

Ⅰ套常減壓蒸餾裝置在工藝防腐蝕管理上主要是防腐注劑的外包，增上脫后原油注堿流程,完善常頂注水設施，加強“一脫四注”的專業(yè)管理；設備防腐蝕管理上主要是利用腐蝕在線監(jiān)測系統(tǒng)結合定點超聲測厚技術，加強常頂系統(tǒng)的日常腐蝕監(jiān)檢測，結合停工期間腐蝕調(diào)查，做好預防性維修，同時做好“四新”技術(如新材料、新設備等)在常頂系統(tǒng)的應用。

2 換熱器使用情況

2.1 管殼式換熱器使用情況

3臺普通管殼式換熱器投用后一年多管束即出現(xiàn)泄漏，安排堵管檢修后繼續(xù)使用，但使用時間不長，后續(xù)泄漏頻繁。3臺換熱器碳鋼管束平均使用壽命僅約2 a。從管束抽芯檢查來看，常頂油氣入口兩側(cè)管束表面均勻密布很多微小腐蝕坑，定距套管已腐蝕穿孔，管束腐蝕較為嚴重(見圖1)。

圖1 管殼式換熱器碳鋼管束腐蝕情況

2.2 全焊接板式換熱器使用情況

為解決常頂碳鋼管束使用時間短問題，在裝置2008年擴能改造時增上了2臺板式換熱器，代替2臺碳鋼管殼式換熱器。板式換熱器為Compabloc型激光全焊接式，因其換熱效率高、占地面積小，非常適用于老裝置的改擴建等場地空間受限場合。板片采用SMO254超級奧氏體不銹鋼材質(zhì)，其鉬含量較高，且板片間采用激光全焊接方式，理論上耐點蝕、縫隙腐蝕及應力腐蝕性能較好，2臺板式換熱器也是當初設計上新設備、新材料在裝置擴能改造中的應用嘗試。

該板式換熱器在裝置改造后第1個生產(chǎn)周期內(nèi)使用正常，未出現(xiàn)過泄漏，且換熱效率較高。但第1次大修返廠檢驗時板片出現(xiàn)泄漏，2臺均封堵了約11%的換熱面積。從第2個生產(chǎn)周期中后期開始出現(xiàn)內(nèi)漏，對板式換熱器切出拆開檢查,發(fā)現(xiàn)板片組油氣側(cè)板片表面銹垢物堵塞嚴重，且清洗后發(fā)現(xiàn)板片與板片焊接部位附近存在多條微裂紋，氣泡查漏發(fā)現(xiàn)板片組換熱通道內(nèi)部泄漏嚴重(見圖2)，對上述存在缺陷的換熱通道只能表面貼板封堵處理。受部分換熱通道封堵及堵塞影響，該板式換熱器運行后期換熱效果下降明顯，2016年停工大修時進行了更換。

該類型板式換熱器每次檢修均需整體吊離現(xiàn)場，檢修程序繁瑣，檢修時間長，且檢修質(zhì)量難以保證，另外抗裝置擾動能力不強，操作波動(特別是投用或切出過程中溫度、壓力的波動)后易出現(xiàn)外漏，對裝置正常安全生產(chǎn)均有較大影響。

2.3 纏繞管式換熱器使用情況

為解決上述換熱器的問題，決定在Ⅰ套常減壓蒸餾裝置常頂部位使用1臺鈦材高效單旋纏繞管式換熱器,替換位號E101/3的1臺常頂普通管殼式換熱器。

圖2 板式換熱器板片腐蝕情況

2014年12月，Ⅰ套常減壓蒸餾裝置常頂纏繞管式換熱器E101/3完成施工并投用，通過1 a的連續(xù)使用考察，常頂換熱器E101中纏繞管式換熱器E101/3油氣側(cè)介質(zhì)流量占總流量的24.5%(見圖3)，且壓力降最小。

E101/3為鈦材纏繞管式換熱器，E101/2為鈦材板式換熱器，兩者投用時間相近，且都屬于高效換熱器，通過對其投用一年來原油側(cè)介質(zhì)流量和熱端溫差進行對比(見圖4)，可見E101/3始終保持較大的處理量和較小的熱端溫差。

圖3 常頂E101油氣側(cè)流量占比

圖4 換熱器處理量與換熱效果對比

通過以上對比，纏繞管式換熱器相較于同時使用的其他4臺換熱器具有更加優(yōu)異的換熱性能。

另外,2016年3月利用裝置停工大修機會，對該纏繞管式換熱器管程、殼程介質(zhì)用柴油置換、除鹽水沖洗處理,然后拆開檢查(未使用蒸汽吹掃以避免蒸汽吹掃對該設備鈦材的影響)，發(fā)現(xiàn)該纏繞管式換熱器內(nèi)部情況良好，未發(fā)現(xiàn)明顯積垢、堵塞和腐蝕現(xiàn)象，試壓也未發(fā)現(xiàn)管束泄漏(見圖5)。

圖5 常頂E101/3油氣側(cè)換熱管外表面

3 應用評價

常頂纏繞管式換熱器相比普通管殼式換熱器、板式換熱器具有很多優(yōu)點。

3.1 全壽命周期成本低

通過對比，常頂部位采用纏繞管式換熱器， 設備的初期投資略高于板式換熱器,高于普通管殼式換熱器，但可顯著提高設備的使用壽命。從設備全壽命周期角度考慮,其運行成本更低,總投資更省,性價比更高，關鍵是降低了裝置的運行風險，確保了裝置的原油處理量，提高了該公司的整體盈利水平。

3.2 可靠性高且維修方便

與板式換熱器相比，抗裝置擾動與沖擊能力顯著提高，可有效避免因裝置操作(如溫度、壓力)波動使設備發(fā)生泄漏(內(nèi)漏或外漏)。同時,該換熱器現(xiàn)場檢維修方便，檢修時間短，檢修質(zhì)量易于控制，對裝置正常生產(chǎn)影響小。但纏繞管式換熱器也存在與板式換熱器類似的缺點，即其換熱管數(shù)量少，換熱管失效堵管后，對整體換熱效果影響大。

3.3 應用前景廣

常減壓蒸餾裝置常頂部位腐蝕問題突出，此次鈦材高效纏繞管式換熱器的應用，為常減壓蒸餾裝置該部位的設備選型提供了借鑒，可進一步拓寬該型換熱器的應用前景。

4 結束語

該纏繞管式換熱器在中石化鎮(zhèn)海煉化分公司Ⅰ套常減壓蒸餾裝置連續(xù)穩(wěn)定運行已達3 a。實踐表明，它具有傳熱效率高、壓力降小、運行穩(wěn)定、耐蝕性與抗垢性能好等優(yōu)點，綜合性能優(yōu)于管殼式換熱器。該鈦材纏繞管式換熱器能夠滿足常頂部位的換熱要求，在常減壓蒸餾裝置常頂部位具有較高的推廣應用價值。同時因其具有高效換熱、占地小、總投資省和檢維修方便等特點，在老裝置的改擴建中更能體現(xiàn)出優(yōu)勢。

(編輯 王維宗)