加氫裂化熱低分氣空冷器結鹽腐蝕泄漏原因分析

(中國石油烏魯木齊石化公司, 新疆 烏魯木齊 830019)

隨著高硫原油加工量的不斷提升，加氫裂化裝置的設備腐蝕問題越發凸顯。生產過程中生成腐蝕介質并在裝置反應系統的空冷器內形成銨鹽，導致裝置的低分氣空冷器發生腐蝕泄漏，嚴重影響到裝置的正常運行。目前，加氫裂化裝置空冷器腐蝕的研究不斷深人，但對低壓空冷器即熱低分氣空冷器的腐蝕問題關注則不夠。結合加氫裂化裝置低分氣空冷器發生腐蝕泄漏的案例，對空冷器的腐蝕原因及防護對策進行了探討與分析。

1 設備情況

該加氫裂化裝置處理量為1.0 Mt/a,其熱低分空冷器A-102A/B操作介質為氫氣、硫化氫和油氣，操作壓力2.5～2.8 MPa，入口溫度230 ℃，出口溫度45～60 ℃，單臺空冷器共有列管180(2×90)根，管束規格為φ25×2.5 mm。換熱管設計壓力4.0 MPa，設計溫度300 ℃。其中換熱管束均為翅片管，換熱管材質均為15CrMo。

A102A/B兩組入口采用間歇注水方式，每月注水一次，每次注水4 h，每次注水量不小于2.5 t/h。注水閥門可以調節每路注水量，注水水質采用除鹽水，注入水中加入高效緩蝕劑。

2 現象及分析

2019年3月20日15∶00，對加氫裂化裝置巡檢時發現熱低分空冷器A102B管束處有異響，立即進行現場檢查，發現A102B東側管箱入口側第三排第2根管束有輕微泄漏，拆除泄漏管束翅片確認漏點位置，見圖1。裝置停工后，先對泄漏管進行堵管處理，然后對低分系統進行 2.7 MPa 氮氣密封檢查,A102B未發現泄漏。

圖1 管束泄漏位置

3 歷年故障檢修、檢查及檢驗情況

3.1 2011年情況

2011年1月9日運行期間發現A-102B管束泄漏，泄漏部位為(東側)最下排管束(出口側)從左至右第十九根，管束靠近中間位置有條20 mm左右的裂紋，檢修過程中對空冷器出口側最下排管束的第17,18,19,20和21共計五根進行堵管。

3.2 2013年和2016年情況

2013年及2016年兩次大檢修期間，均對A102A/B管束進行了渦流檢測，抽檢率為單臺總管束(單臺總管束共計180根)的10%，即18根，每排管束抽檢3根，符合檢驗要求(見圖2和圖3)。兩次大檢修抽檢檢測的管束均未發現靈敏度當量以上缺陷信號，故檢測正常有效。此次泄漏管束不在兩次大修期間空冷電渦流抽檢檢測的管束中。此兩次檢驗說明A102A/B管束兩個運行周期中未發生NH4HS結鹽沖刷腐蝕。

圖2 2013年大修管束電渦流檢驗情況

圖3 2016年大修管束電渦流檢驗情況

3.3 運行期間偏流檢查情況

2017年3月對A102A/B進行紅外熱成像檢測。從檢測結果上看，因A102A/B兩組管束阻力和氣量的不同，空冷器頂部入口側管束存在輕微偏流情況，溫偏差較小，但該空冷器進出口未設計閥門，無法調節A和B空冷器介質流量。

3.4 注水情況

因2011年冬季注水期間發生過除鹽水殘留在A102A/B管束內，并導致A102B管束凍裂泄漏， 所以，對冬季運行方案及實際運行參數進行了評審，重新制定冬季運行空冷器A102防凍方案，即在冬季運行期間A102A/B不進行注水。2011—2018年只執行夏季注水方案(每年4月至9月每月注水一次)，在夏季運行期間，車間安排每月對A102A/B進行一次注水，每次注水4 h，每次注水量不小于2.5 t/h，期間未發生A102A/B管束泄漏，在此期間車間持續監控A102A/B進出口壓差(保持在0.01～0.02 MPa之間)，未見異常上升。

4 結鹽及腐蝕分析

4.1 NH4HS結鹽可能性分析

4.2 NH4HS沖刷腐蝕分析

根據裝置實際運行生產數據可以計算出A102A/B實際運行體積0.063 1 m3/s，空冷器流道體積為0.0282 6 m3，計算得出實際流速值為 2.23 m/s，kp1(腐蝕系數)值0.144，遠小于加氫裝置腐蝕準則中Kp在 0.5以下，流速控制在3～6 m/s的控制指標，所以正常情況下NH4HS沖刷腐蝕可能性很小。

4.3 注水影響分析

4.4 低流速及偏流影響分析

一般來說過低流速或偏流會導致管內局部出現結垢沉積物，產生局部垢下腐蝕[3]。計算得出A102A/B實際流速為2.23 m/s，流速正常偏低，壓差檢測結果變化很小。偏流檢測發現除空冷器頂部入口側管束存在輕微偏流外，再無偏流現象。其說明A102A/B因過低流速或偏流導致局部垢下腐蝕有其可能性，但應該是局部的、長期結垢沉積導致的結果。

5 空冷器泄漏原因分析

5.1 NH4HS結鹽沖刷腐蝕

分析得知A102A/B中的NH4HS結鹽沖刷腐蝕本身可能性很小，如果發生腐蝕，應該是管壁大面積的減薄，當管子壁厚減薄到不足以承受內部壓力時就會發生爆裂[4]。這種泄漏表現為漏點尺寸較大泄漏量大的形式，與本次氮氣試壓檢查時，氮氣試壓升至2.1 MPa時未發現漏點，當壓力升至2.7 MPa(操作壓力)時才發現一根管束有輕微泄漏的事實不符，說明本次泄漏非NH4HS結鹽沖刷腐蝕所致。

5.2 設備原始制造缺陷擴展

加氫裂化裝置從2010年開工至今約9年時間，低分空冷器A102A/B如存在設備原始制造的不開口缺陷，在長期的使用過程中有可能擴展后形成管子開口缺陷，使管子發生泄漏。而按照缺陷擴展理論，這種擴展開口一般會有一定的尺寸，會造成較大的泄漏，與本次泄漏特征亦不相符。

5.3 兩種因素的疊加影響

低分空冷器A102A/B可能存在原始制造的內壁不開口微小缺陷，在長期的使用過程中也未發生擴展。同時在此微小缺陷處發生了因過低流速或偏流引起的輕微垢下腐蝕，管子內部的腐蝕減薄導致缺陷處于開口狀態。由于原始缺陷微小且處于穩定狀態，從而泄漏會表現出非常微小的特征，和實際情況較吻合，應該是失效泄漏的原因。

6 結論及建議

6.1 結 論

(1)熱低分空冷器由于腐蝕產物濃度很小及管內流速小等因素,致使NH4HS結鹽沖刷腐蝕可能性很小，設計選材是合理的，運行期間的檢驗、檢查均說明未發生結鹽沖刷腐蝕。

(2)泄漏原因主要是原始制造的內壁不開口微小缺陷與過低流速或偏流引起的輕微垢下腐蝕所造成，也有可能設備原始制造缺陷擴展造成。

(3)2011年冬季因注水發生A102B管束凍裂泄漏，被動冬季停止注水，沒有造成事實上的NH4HS沖刷腐蝕。

6.2 建 議

(1)利用2019年大檢修，對A102A/B進行全面檢驗檢測，驗證確認空冷器泄漏原因，同時根據檢驗結果對空冷器缺陷管束進行消缺處理并確定是否計劃更新。

(2)對冬季注水方式重新進行評審，根據評審結果調整注水方式。

(3)增加變頻風機。對A102A/B風機進行改造，將工頻空冷器改造為變頻空冷器，減少因為環境溫度變化大、頻繁調整操作，從而避免A102A/B管束凍裂或管束溫度不均勻出現過低溫度區，產生垢下腐蝕的結果。