循環(huán)冷卻水運(yùn)行過程常見問題分析

潘思仲,楊賽玉,孫元雪,韓圣霖

(中國石油天然氣股份有限公司遼陽石化分公司，遼寧 遼陽 111003)

循環(huán)冷卻水運(yùn)行過程常見問題分析

潘思仲,楊賽玉,孫元雪,韓圣霖

(中國石油天然氣股份有限公司遼陽石化分公司，遼寧 遼陽 111003)

研究了循環(huán)冷卻水在運(yùn)行過程中的水質(zhì)變化對換熱器的影響及循環(huán)水系統(tǒng)中的常見問題，包括循環(huán)水側(cè)浸鋁設(shè)備的應(yīng)用效果，物料泄漏對水質(zhì)產(chǎn)生的影響，換熱器水平位置對運(yùn)行的影響，填料碎片及雜物堵塞水冷器管口的問題，并根據(jù)不同情況提出處置對策，包括對換熱器采用合適的表面處理技術(shù)，物料發(fā)生泄漏時(shí)及時(shí)處置，提高循環(huán)水流速和保證濾網(wǎng)的過濾功能。

循環(huán)冷卻水 換熱器 處置對策

1 概 述

某煉化企業(yè)包括煉油部分、芳烴部分和烯烴部分。煉油部分全煉俄羅斯原油，加工能力10 Mt/a，包括常減壓、加氫裂化、制氫、加氫精制、延遲焦化和硫磺回收等裝置。芳烴部分包括對二甲苯、苯、鄰二甲苯、PTA、聚酯和硝酸等裝置。烯烴部分包括乙烯裂解、聚乙烯、聚丙烯、環(huán)氧乙烷和乙二醇等裝置。

煉化企業(yè)在生產(chǎn)過程中伴隨大量的熱產(chǎn)生，循環(huán)冷卻水用于冷卻生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品，是石油化工生產(chǎn)的命脈，目前應(yīng)用最多的是敞開式循環(huán)水系統(tǒng)，外界環(huán)境中的雜物引入，各種無機(jī)離子和有機(jī)物質(zhì)的濃縮，生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和材料特點(diǎn)等多種因素導(dǎo)致水質(zhì)的惡化[1]。同時(shí)，循環(huán)水水質(zhì)惡化導(dǎo)致水冷器的腐蝕、結(jié)垢和黏泥滋生是水冷器失效和效率降低的主要原因。所以，對循環(huán)水水質(zhì)的控制，直接關(guān)系到生產(chǎn)裝置的“安、穩(wěn)、長、優(yōu)”運(yùn)行[2]。

2 循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行過程中的常見問題

以某煉化企業(yè)停工檢修為契機(jī)，對該企業(yè)的循環(huán)水運(yùn)行情況進(jìn)行了詳細(xì)檢查，以下對循環(huán)水系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分類說明。

2.1 循環(huán)水側(cè)浸鋁設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

該企業(yè)煉油廠常減壓裝置E1513減一線及減頂回流水冷器，該設(shè)備循環(huán)水側(cè)為浸鋁處理，2012年投用，此次檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)該設(shè)備的表面浸鋁層已經(jīng)被破壞，見圖1。

延遲焦化裝置分餾塔后冷器E4205A/B/C/D循環(huán)水側(cè)也為浸鋁工藝，此次檢修發(fā)現(xiàn)管板及管內(nèi)結(jié)有較厚的硬質(zhì)垢層，部分管束被垢物堵死，嚴(yán)重影響換熱效率，管板有較明顯垢下腐蝕。E4205A/C的腐蝕結(jié)垢形貌見圖2、圖3，對所結(jié)垢物進(jìn)行取樣分析，結(jié)果見表1。

圖1 煉油廠E1513

圖2 煉油廠延遲焦化E4205A

圖3 煉油廠延遲焦化E4205C

從E4205A垢樣分析結(jié)果可見，垢物的組成有43%為氧化鋁，這說明該設(shè)備在生產(chǎn)運(yùn)行過程中浸鋁層在循環(huán)水的環(huán)境中會(huì)發(fā)生腐蝕，形成的腐蝕產(chǎn)物氧化鋁附著在管板及管束內(nèi)，影響換熱效果。

芳烴廠芳烴裝置水冷器E201A/B和E202A/B為2013年3月25日更換的浸鋁管束，運(yùn)行至2013年8月停工檢修時(shí)設(shè)備形貌如圖4所示，設(shè)備表面的浸鋁層均遭到嚴(yán)重破壞，不能繼續(xù)起到保護(hù)作用。

表1 延遲焦化垢物分析結(jié)果 w,%

圖4 芳烴廠芳烴裝置E201B

通過對煉油廠、芳烴廠部分循環(huán)水側(cè)浸鋁的換熱設(shè)備進(jìn)行調(diào)查，浸鋁層在運(yùn)行一段時(shí)間后均受到不同程度的破壞，并且其產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物還易堵塞在管口部位，影響換熱效率。

2.2 泄漏導(dǎo)致?lián)Q熱器管束堵塞

芳烴廠芳烴裝置的兩臺(tái)水冷設(shè)備E211和E216結(jié)垢嚴(yán)重(如圖5)，由于換熱器殼程介質(zhì)含有烴類物質(zhì)，一旦發(fā)生泄漏，即為循環(huán)水中的微生物繁殖提供了的養(yǎng)分，從而造成黏泥的大量滋生，導(dǎo)致?lián)Q熱器管束發(fā)生堵塞。

圖5 芳烴廠芳烴裝置E216

對換熱器E211管板及管內(nèi)的垢樣進(jìn)行分析，結(jié)果見表2。發(fā)現(xiàn)垢物在550 ℃灼燒質(zhì)量損失達(dá)41.3%，說明垢物的主要成分是有機(jī)物和生物黏泥，這是由于物料的泄漏造成微生物在管板管內(nèi)滋生所導(dǎo)致。

表2 芳烴裝置垢物分析結(jié)果 w,%

煉油廠焦化裝置及脫硫裝置的循環(huán)水換熱器腐蝕狀況見圖6和圖7，該系統(tǒng)內(nèi)的水冷設(shè)備在檢修前頻繁發(fā)生泄漏，含油介質(zhì)泄漏到循環(huán)水系統(tǒng)中，附著在換熱器管束和管板表面，加劇了設(shè)備腐蝕和結(jié)垢的傾向。而且物料泄漏還造成了循環(huán)水系統(tǒng)的水質(zhì)惡化，對整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備都造成了惡劣影響。

2.3 換熱器的水平位置對腐蝕結(jié)垢的影響

烯烴廠蒸汽裂解丙烯冷凝器E404A1/A2，此次檢修發(fā)現(xiàn)管板入口處有大量銹片等腐蝕產(chǎn)物堵塞進(jìn)水端的管口(見圖8和圖9)。這是由于該換熱器所處位置水平較低，并且循環(huán)水流量較大，在運(yùn)行過程中將循環(huán)水管道線路中低處沉積的銹片沖起，帶入到換熱器中，從而被被阻在管板處，降低了設(shè)備的換熱效率。

圖6 煉油廠焦化E4101

圖7 煉油廠脫硫E3607

圖8 烯烴廠裂解裝置E404A1

圖9 烯烴廠裂解裝置E404A2

烯烴廠蒸汽裂解裝置C3分離塔冷卻器E321A/B/C/D，檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)該設(shè)備結(jié)垢嚴(yán)重，對垢樣進(jìn)行分析，結(jié)果見表3。垢物中Fe2O3含量超過70%，這說明垢物的主要成分為鐵銹等腐蝕產(chǎn)物。

表3 E321D腐蝕產(chǎn)物、垢物分析結(jié)果 w,%

通過宏觀檢查發(fā)現(xiàn)換熱器E321A/B/C/D管板處有大量鐵銹泥，部分管束內(nèi)被銹垢堵塞(如圖10和圖11所示)。這是由于設(shè)備所處位置較高，循環(huán)水流速相對較慢，設(shè)備形成的腐蝕產(chǎn)物易在管束內(nèi)或管板處積累，造成換熱器換熱效率下降。

2.4 雜物堵塞影響換熱效率

煉油廠加氫精制裝置新氫機(jī)二級出口冷卻器C5101B-E1/E2，此次檢修發(fā)現(xiàn)有較多填料碎片堵在換熱器管口處(如圖12所示)。芳烴重整裝置循環(huán)水換熱器 E985B，檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)循環(huán)水的入水管板處被破布堵住多根管束如圖13所示。

圖10 烯烴廠裂解裝置E321B

圖11 烯烴廠裂解裝置E321D

圖12 煉油廠加氫精制-C5101B-E2

圖13 芳烴廠芳烴重整裝置 E985B

3 防護(hù)措施及建議

(1)設(shè)備表面浸鋁雖然可以防止換熱器工藝側(cè)硫化物腐蝕，但循環(huán)水側(cè)浸鋁后，會(huì)引起浸鋁層的腐蝕，其腐蝕產(chǎn)物附著在管板及管內(nèi)，影響換熱效率，所以不提倡在換熱器的循環(huán)水側(cè)進(jìn)行浸鋁處理。可以考慮采用其它涂料防腐技術(shù)。

(2)設(shè)備長時(shí)間服役難免發(fā)生泄漏，需加強(qiáng)巡檢及對泄漏水冷器的檢查力度，發(fā)現(xiàn)水冷器泄漏要立即處理，防止循環(huán)水水質(zhì)惡化。

(3)對于水平位置較高的換熱器，可以采用加粗管線、增大水側(cè)壓力等方法提高循環(huán)水流速，以防止水流速緩慢造成設(shè)備垢下腐蝕。

(4)涼水塔的填料碎片及其它雜物隨循環(huán)水流經(jīng)換熱器管板，會(huì)堵塞循環(huán)水管束，嚴(yán)重影響傳熱效果和裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。需嚴(yán)格保證循環(huán)水場過濾網(wǎng)的過濾功能，防止此類事件發(fā)生。

[1] 劉桂年，梁艷.循環(huán)水水質(zhì)常見問題及處理方法[J].甘肅科技，2005，21(12)：132-134.

[2] 梁小偉.煉油廠循環(huán)水腐蝕控制與設(shè)備防護(hù)對策研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014(8)：75-76.

(編輯 王菁輝)

Analysis of Common Problems in Cooling Water System

PanSizhong,YangSaiyu,SunYuanxue,HanShenglin
(CNPCLiaoyangPetrochemicalCompany,Liaoyang111003,China)

This paper describes the common problems and impacts by the change of water quality in the process of cooling water in the petroleum refineries and petrochemical plant, including the effect of using the aluminized equipment on the cooling water side, impact of material leaking on water quality, the impact of horizontal location of heat exchanger on operation and the problems of pipeline blocking by packing chips and debris. The countermeasures have been proposed for different conditions, such as surface anti-corrosion treatment, timely treatment of materiel leaking, increasing the velocity of cooling water flow and ensuring the filtration function of the filter.

cooling water, heat exchanger, countermeasure

2016-07-05；修改稿收到日期：2016-08-22。

潘思仲，高級工程師，碩士，在該公司從事設(shè)備防腐蝕研究工作。E-mail：pansizhong@petrochina.com.cn