加氫裝置高壓空冷器的腐蝕與防護

周璐璐

摘 要：高壓空冷器是石化行業中的關鍵設備，具有高壓高溫的特點，一旦發生腐蝕泄露問題，容易引起非計劃停車。本文針對加氫高壓空冷器腐蝕問題和原因進行了探討，提出了高壓空冷器防腐對策及材料選擇方面的要求，旨在為工程實踐提供一定的借鑒價值。

關鍵詞：加氫裂化；腐蝕防護；設備；空冷器

中圖分類號：TE965 文獻標志碼：A

0 前言

石化行業中，高壓空冷器應用較多，在長期高溫、高壓氫氣流作用下，極易發生泄露、失效等問題，危害極為嚴重，需要引起足夠重視?，F階段，各大油田長期連續開采，導致原油性質惡化問題突出，增加了介質中硫、氮元素的含量，進而容易生成硫化氫、氨氣等腐蝕性氣體，對煉油產業的危害較大。在煉油作業中，容易引起腐蝕防護、產品質量保證方面的問題，嚴重降低了裝置運行穩定性，為此，需要解決加氫工藝操作中腐蝕防護問題，這是提高工藝裝置合理性、安全性的基本前提。

1 腐蝕原因分析

加氫高壓空冷器中，裝置設計余量方面一般較低，設計選型期間，加工原料中N、S比例偏小。近年來，擴能改造、原料各元素比例逐漸發生了變化，已經從低硫油加工轉化為高硫油的形式，但是空冷器選型設計方面尚未跟上節奏，由于調整不足，導致實際操作與設計狀況存在偏差，如空冷器流速、NH4HS含量偏大。

第一，裝置設計中，有些企業的工藝中沒有設計循環氫脫硫處理，運行參數與設計值存在偏差，如Kp數值高于0.5，進而會導致泄露問題。第二，裝置內部原料改變問題的影響，一方面進料量增加，原物料中氮元素比例增加，受散熱器設計因素限值，需要采取增加注水量的方法處理，導致高分水中NH4HS比例增加，增加幅度超出散熱器承受能力。通過對裝置進行模擬分析得出，部分原料介質中NH4HS的含量已經超過10%。第三，部分空冷器是在原有基礎之上進行改造處理，改造后，裝置內部介質流速高也會引起泄露問題。一般狀況下，空冷器裝置的設計流速是5.5m/s左右，但是后續改造作業中，設計人員可能進行了限制流速處理，一旦設備運行流速超過6.0m/s，將會引起十分嚴重的危害。第四，介質流體分配不均的影響，對于高壓空冷器而言，結構方面分析，進出口管線一般是對稱布置，但是設備投入運營后，內部流體可能會隨管線走向、彎頭大小等發生變化，此外，空冷器泄露、檢修、重新啟動等工況也會發生物料分配不均的問題。第五，操作穩定性差也會引起設備腐蝕。煉化廠中，進料含量控制不精確會導致設備穩定性受到負面影響，如空冷器流速劇烈變化。再者，如果進料中N含量增加，注水量未變，將會引起污水中NH4HS增加。當地環境溫度變化可能會引起注入點液相水含量的變化。為此，需要加強相關因素多合理分析，避免腐蝕問題的加深。第六，部分企業為了降低運營成本，采用關停部分風機的方法，導致外界環境溫度發生變化，進風量也隨之改變，極易引起嚴重的腐蝕問題。百葉窗開閉程度不一致也會引起進風量不均衡的問題。第七，空冷器系統腐蝕問題分析，裝置中氯離子含量過高，氯離子腐蝕問題較為復雜，仍處于研發階段。

2 系統防腐對策分析

2.1 材料結構方面

從空冷器加工制造角度出發，需要及時進行材料種類方面的調整，現階段空冷器采用碳鋼、Incoloy825的較多，需要結合物料性能、價格等進行材料的選擇，二者價格差異懸殊，這一狀況限制了Incoloy825材料的應用。有時盡管選型期間設計參數較為苛刻，但仍選擇碳鋼材料，這種方法存在一定弊端。需要空冷設計人員加強選材意識的強化，并考慮細化要求、設計條件等要素。高壓空冷器方面，國內管箱、管子以碳鋼材料為主，管端套管以1Cr18Ni9Ti為主，套管材料需要從300系列不銹鋼、Incoloy825中選擇。結合當下使用經驗，絲堵式管箱的應用范圍較“U”型管結構更為廣泛。其次，從防腐角度出發，如果物料中氯離子含量較高，可采用每管程一排換熱管的設計模式；硫化氫含量高的裝置中，可采用抗H2S 專用低合金稀土鋼。再者，對于高壓空冷器而言，管子出入口設計需要考慮流體分配均一性的要求，保證各管子流體流量大體一致的要求。可借助模擬軟件進行流體動力學分析，在此基礎之上考慮管箱開口、布管等設計要求等要素。此外，如果采用Incoloy825材料制造空冷器，建議管子、管箱采用相同材料，提高復合板質量、監管質量等要素。從提高空冷器結構合理性出發，一般不建議管箱進出口位置設置異性接管，可借助入口緩沖管箱、分配孔板等進行替代。

2.2 管道設計和平面布置分析

高壓空冷器設計制造中，注意事項分析如下：第一，建議采用一分二、二分四、四分八的處理模式，保證整體對稱加工。第二，進出口管子的連接處可采用三通形式處理。若必須采用彎頭設置，需要重點考慮直管段長度等要素，建議直觀長度大于10倍管徑。第三，企業設備運行一段期間后，一般腐蝕最為嚴重的區域是散熱器管子進出口位置，為此需要考慮管線壁厚的調整。第四，為了合理考察參數影響，進出口管線需要加強溫度指示方面的考慮，是避免發生偏流的常規做法。第五，彎頭設置中，一般不建議與連接管在一個平面，可垂直連接處理。第六，對于完成對稱的空冷器布置處理中，可根據工藝需求進行單點注水、多點注水管理。后者關鍵問題在于考慮注水量的要求，盡量保證注水點與空冷器位置接近。

2.3 腐蝕控制原則

第一，需要根據Kp數值大小進行腐蝕環境的選擇，一般當Kp小于0.3時，可將高壓空冷器看作碳鋼管束；當Kp在0.3～0.5時，腐蝕復雜度較高，可根據實際狀況選擇碳鋼或者高合金鋼；當Kp高于0.5時，腐蝕概率大幅增加，建議散熱器材料選擇Incoloy825材料，這對整體安全性具有極大幫助。

第二，從系統工藝運行角度出發，需要盡量避免氯離子含量過高引起的危害，可采取的策略包括：控制原料，如及時對物料進行氫補充、注水處理；還可以選擇型號更高的材料，如哈氏合金材料。一般建議選擇前者，原因在于氯離子含量過高狀況下，散熱器材料的抗腐蝕性、成本等差異較大。國外工程公司一般會選擇哈氏合金材料，國內尚未有所應用。此外，為了避免氯離子的負面影響，可采用碳鋼、Incoloy825材料等進行處理，該材料在抗銨鹽、抗氯離子方面效果較好，但該材料結構并不能完全解決氯離子的負面影響，需要結合操作彈性、安全余量等進行計算分析。

第三，當下國內高壓空冷器中，不論碳鋼、高合金鋼，設計期間需要充分考慮流速范圍的影響，避免流速過高過低等帶來的負面影響。一般如果散熱器材料為碳鋼，建議流速為3m/s～6m/s，雙相不銹鋼為3m/s～9m/s。傳統設計中，大部分設計人員對流速上限重視度較高，單位考慮流速下限的影響，需要對這方面問題進行優化處理。高壓空冷器方面，需要考慮300系列的不銹鋼材料，這對避免氯離子腐蝕問題具有極大幫助。

2.4 工藝設計方面的優化

為了保證上述設計要求的順利實現，需要考慮工藝要求等要素，這對提高空冷器安全性具有極大幫助。結合催化劑、負荷等要素進行控制。并結合注水量、注水點等進行管理和優化，及時降低水中銨鹽含量。如果需要進行多點注水處理，需要考慮水量要求。此外，引入系統中的水不可含有其他雜志，這是降低系統腐蝕的重要措施。

結語

當下石化煉化企業中，高壓散熱器應用范圍逐漸增大，影響因素逐漸增多，需要結合設計、制造、檢驗等要求進行分析，保證滿足行業基本規范。并結合中石化、中石油企業調查報告、腐蝕結果等進行全面分析，及時選擇合理的解決措施，降低硫、氮引起的管道腐蝕問題，必要時可添加緩釋阻垢劑，保證整體運行滿足安全性、合理性的基本要求。

參考文獻

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