加氫高壓空冷系統腐蝕原因分析與對策

張天宇

（中石油遼陽石化分公司油化廠，遼寧遼陽 111003）

0 引言

加氫高壓空冷系統被廣泛的應用于石化行業領域，由于設備的使用工況十分復雜，再加上工藝條件苛刻、設備管線材料繁多，所以腐蝕防護問題一直是一個困擾行業發展的重要限制因素。隨著近些年來加工原油的含硫量持續提升，全國大多數加氫高壓空冷系統設備都出現了不同程度的腐蝕問題，如果不及時選擇合適的防腐處理手段進行處理，不但會導致大面積的經濟損失，更是會在一定程度上導致安全風險與事故。為了進一步探討加氫高壓空冷系統的防腐優化策略，現就其基本定義與內涵探討如下。

1 加氫高壓空冷系統腐蝕概述

加氫高壓空冷系統在使用過程中容易受到腐蝕問題的影響，其主要的影響因素包括工藝條件、空冷器材料、制造安裝水平、硫化氫氨濃度以及緩蝕劑等因素。在反應器的出口部分往往會具有一定的表現，可以通過這個位置的流出物換熱與系統分析的方式來對系統腐蝕的情況進行調查，從而根據調查結果找到合適的腐蝕防護技術手段，為確保加氫高壓空冷系統的平穩安全運行奠定良好的基礎。

2 加氫高壓空冷系統腐蝕特征

加氫高壓空冷系統腐蝕問題存在已久，至今在行業內沒有找到很好的解決方法，其主要是由于加氫高壓空冷系統自身所具備的腐蝕特征決定的。

2.1 控制難度大

從客觀上來看，由于設備的運行工況中必然會引入硫酸氫氨溶液，在溶液的長期影響以及氯離子的影響下，很容易出現腐蝕的情況。在注水過程中，還會出現氯化銨結晶的沖蝕作用。根據實際的腐蝕情況分析，空冷器、換熱器選擇的材料不同，使用的工況條件不同，都會影響到腐蝕的結果。根據生產實踐情況來看，控制起來難度較大，往往無法實現全面系統控制。

2.2 腐蝕普遍性強

從腐蝕影響的規模與范圍上來看，加氫高壓空冷系統的腐蝕具有明顯的普遍性特征。隨著反應流出物的溫度降低，在設備中不可避免的會出現銨鹽的結晶區域，由于參數的調整較小，所以這個區域一般都是相對比較固定的，所以結晶會不斷的累積。目前國內大多數的加氫高壓空冷系統設備都選擇了碳鋼材料，在結晶沖蝕的影響下，碳鋼不可避免的會出現腐蝕，而這種腐蝕主要為沖蝕，所以與溫度關系較為密切，與系統的壓力卻關聯不大。

2.3 泄漏危害性大

加氫高壓空冷系統具有高溫高壓的特征，所以在使用過程中如果出現腐蝕點，一旦壓力過高就會出現泄漏，而泄漏的氣體包括氫氣、碳氫化合物等易燃易爆的物質，遇到明火很容易發生爆炸事故，引起區域內的經濟損失與人員傷亡。

2.4 制造質量參差不齊

實際上，我國的加氫高壓空冷系統的建設標準管理不嚴格，許多設備都選擇了絲堵結構，這也在很大程度上決定了制造過程中焊接后的檢測是一個難點。由于必須選擇無損檢測的方式，還需要考慮到材料的內部檢測水平以及穩定性的問題，所以往往只有制造廠商才具有專業能力進行檢測，所以后期的耐腐蝕性能必須依靠企業的責任心與制造水平來進行保護，這顯然不能達到預期設計的要求。

3 加氫高壓空冷系統腐蝕原因

加氫高壓空冷系統作為較為復雜的設備，其工作環境的特殊性以及生產工藝的困難性都是導致系統腐蝕的原因，主要體現在3 個方面。

3.1 設計問題

在設計過程中，許多廠商的設計標準過低是導致后期加氫高壓空冷系統設備腐蝕嚴重的重要原因。許多廠商的設備原料設計要求為硫、氮的含量較低，但是隨著行業的發展以及原材料來源的變換，許多情況下原材料的質量得不到保障，所以必須采購大量的高硫原材料，但是設備根據較低的標準進行的設計，其結果必然是較高的含硫量帶來更大的腐蝕，直接威脅到設備的正常使用，出現了大面積的腐蝕問題。除此之外，在設計中一般考慮到成本的問題，不會設計循環氫脫硫的設施，這會導致設備在使用過程中運行參數持續較高，不利于穩定性提升。除此之外，在加工材料發生變換時，往往會引發進料量的變換，這個部分的設計提前沒有考慮到，所以設計方面的限制就會成為導致后期調整的主要障礙。在水中的硫氫化銨的濃度提升后，如果依然根據模擬設計的結果進行處理，無法解決掉腐蝕的問題，導致在短時間內就出現大量的腐蝕點。

3.2 改造問題

國內許多加氫高壓空冷系統設備都是在過去的幾十年設計的產品，近些年來真正進行升級換代的很少，基本都是在原設備的基礎上進行了適當的改造后繼續生產或者使用，在這樣的條件下，一些設備功能不匹配的問題就暴露出來。其中，空冷器的流速的設置過高可能會是導致腐蝕的一個重要原因。比如說最初的設計流速為5.5 m/s，在后期使用中人員對其進行了改造，將速度提升到7.5 m/s，那么帶來的沖蝕能量將會成倍增加，必然會帶來更嚴重的腐蝕結果。在改造過程中，物流的分配也是影響加氫高壓空冷系統腐蝕的重要因素，盡管從表面上來看，進出口的管線應該是對稱的，但是一些彎頭部分實際上是不對稱的，所以在檢修等情況時可能會導致空冷器的進出物料的分配出現問題，如果后期進行過大規模的設備改造，那么該問題會更加明顯。

3.3 其他問題

企業對于加氫高壓空冷系統防腐認識不到位是導致腐蝕的重要原因。一些企業為了提升經濟效益，經常對風冷器進行關停，其結果就是內部的溫度場經常處于不穩定的狀態，設備的分配不均勻從而導致溫度場的不均勻，進而導致腐蝕的問題。在空冷器的注水過程中，水沒有經過處理，水質較差同樣會導致腐蝕。一些企業采用了除鹽水、脫氧水，這些水很可能達不到用水標準化要求，是導致腐蝕問題發生的另外一個原因。除了這些原因外，原材料中含有的氯離子含量較高、換熱器的堵塞腐蝕以及入口溫度變化等，同樣都會導致設備的腐蝕。

4 加氫高壓空冷系統腐蝕防護對策

結合上面的原因分析結果來看，加氫高壓空冷系統出現腐蝕的原因十分復雜、多樣，所以在進行防護時要針對因素進行分析，更要通過建立完善的腐蝕防護體系來盡可能做到全面、嚴密的防護，主要內容如下。

4.1 防護原理

加氫高壓空冷系統出現腐蝕的原因較多，需要掌握各種不同腐蝕的影響因素并采取針對性的防護手段才能夠確保防腐的有效性。一般來說，管內流速是一個影響腐蝕率的重要因素，這是由于空冷器的內部腐蝕十分復雜，如果逐項進行排除分析，往往需要大量的精力，通過控制流速，可以在避免沖蝕影響的情況下來調整內部的溫度等具體環境，防護的難度可以得到有效的環節。除此之外，流出物系統中的氯含量控制也是一個主要的任務，一般來說主要通過補充氫或者控制原材料等方式來進行氯離子的控制，根據這個思路挑選防護途徑能夠有效實現防腐。

4.2 防護目標

結合加氫高壓空冷系統的腐蝕現狀來看，大多數都與劣質的原材料具有密切的關系，所以首先要解決的問題就是原材料質量的問題。通過提升原材料的質量，根據實際的計劃與裝置的設計要求來進行篩選，以此來確保設備的穩定性；其次，盡管通過控制硫氫化銨的含量以及調整流速等方式能夠在一定程度上抑制腐蝕，但是腐蝕依然會發生，而且還會受到其他因素的影響，在裝置的改造過程中，如果設計的流程規范化程度不高，可能會導致操作參數的范圍較小，這也給企業提出了規范化管理，提升管理科學水平的任務；再次材料的劣質化是導致腐蝕的重要因素，必須通過選擇合適的防腐材料來避免腐蝕，盡管某些合金面對氯離子具有不錯的防腐蝕性能，但是對于其他類型的離子的耐腐蝕效果可能就達不到預期，所以需要綜合考慮不同類型的腐蝕因素條件，再做出科學的選擇；最后，需要高度重視注水的控制，在維持足夠水量的情況下，吸收水點氣相的氯化氫，避免出現大量的剩余水量，這樣就可以確保銨鹽能夠得到稀釋。

4.3 防護策略

防護策略的選擇對于提升腐蝕耐性，提升加氫高壓空冷系統的穩定性具有重要的意義。根據實際的防護需要來看，主要的防護模式包括工藝防護與材料防護兩種情況。

4.3.1 工藝防護

在工藝上，需要在設計中確保工藝、設備能夠緊密結合，在進行工藝方案的確定時，需要考慮到設備的腐蝕與安全問題，在考慮到催化劑的性能變化、操作條件的情況下，還需要選擇原則基礎范圍內的其他內容進行綜合考慮。在進行注水設計時，需要考慮到剩余足夠的水量，高分子的銨鹽的含量等。可以采用一些其他的方法，但是要確保方法的科學性。在注水量方面進行操作時，需要考慮到足夠的剩余水量，如果可能的話，可以提升注水量，這樣就可以確保水的整體品質。

4.3.2 材料防護

材料的選擇與結構設計是加氫高壓空冷系統防腐的另外一個側重點。在進行空冷器的材料選擇時，一般需要根據腐蝕環境來在碳鋼和825 之間進行選擇。不過，由于兩者之間的價格差異巨大，所以難免會在很多情況下選擇碳鋼來代替部分825 材料，具體的實施過程中需要一定的材料選擇細則來進行優化。比如說根據實際的使用經驗來看，采用U 形管的結構并不太合適，應該利用絲堵的模式來進行設計，同時碳鋼的高壓空冷管以及入口的部分需要設置套管，通過設置套管的方式來提升系統的耐腐蝕性能。在生產制造的環節，則需要利用自動焊的處理方式進行處理，盡可能采用柔性脹的脹接方法，同時添加適當的強度處理模型，加強高壓空冷器的監督檢查，建議制定完善的下料到制造的管理辦法，對整個過程進行精度控制與全程監督，從而有效提升材料的使用效果，確保制造水平。

5 總結

加氫高壓空冷系統具有綜合性強、工況復雜且腐蝕因素多樣的特征，所以在腐蝕防護過程中需要考慮到多種不同的因素與影響，對于整個設備的設計、制造、操作以及檢測等環節都需要進行技術審核與過程優化。結合國家相關領域的技術規范以及設備實際使用過程中出現的問題進行腐蝕控制，工程方面需要結合規范化的設計要求，通過企業加氫高壓空冷系統腐蝕調查報告進行腐蝕優化，以此來確保防腐處理工作的針對性，更好的完成防腐處理任務。