烷基化裝置反應器腐蝕原因分析及對策

耿興東

（中國石油大慶石化公司煉油廠，黑龍江大慶163711）

某公司煉油廠22×104t/a 烷基化裝置由蘭州寰球工程公司設計，采用硫酸法C4烷基化工藝技術，以醚后C4為原料，經過原料預處理、烷基化反應、閃蒸及壓縮制冷、反應產物精制、反應產物分餾等工序，最終生產出烷基化油［1］。

烷基化反應器（R-2201ABC）為臥式偏心雙支點內置U 型管換熱器式攪拌反應器，屬Ⅱ類壓力容器。反應器內硫酸與醚化后C4混合乳化，生成異辛烷，即烷基化油。反應器內部存在硫酸，發生腐蝕即可造成后路帶酸，需將反應器切除系統［2］。

圖1 裝置反應器

反應烴進料和酸混合進入反應器，經攪拌混合形成乳化液，并完成烷基化反應；葉輪背部形成負壓區，乳化液向壓力低區域流動進入外套筒，一部分進入反應器上方沉降器進行酸烴分離，分離的酸通過下酸管線循環利用，分離出的烷基化油和烴的混合物作為冷劑進入反應器管束，吸走烷基化反應熱；另一部分乳化液進入內套筒循環［3］。

1 反應器腐蝕泄漏

2020年4月，發現后路閃蒸罐反應物側帶酸嚴重，經過對比，反應器C冷劑出口渾濁，初步確定反應器C內管束腐蝕泄漏。將反應器C切除系統后，發現反應器U型管管束外壁腐蝕嚴重。

2 泄漏位置及腐蝕原因分析

2.1 管束位于支撐圈處腐蝕

此類腐蝕外觀非常明顯，均位于管束與支撐圈相近部位，最深處腐蝕坑達2.5 mm，泄漏的管束也為此類腐蝕［4］。通過現場情況來看，管束迎著介質流動方向腐蝕明顯，背對介質流動方向無腐蝕，且迎著介質流動方向的支撐圈也有明顯的腐蝕，而背對介質流動方向的支撐圈則未見腐蝕，因此判斷此處腐蝕為硫酸在流動過程中遇支撐件，改變流動方向，在局部形成擾流狀態，不斷沖刷碳鋼表面，使其無法形成鈍化膜，進而發生腐蝕。

（2）反應器套筒折流處管束腐蝕

U型管管束在套筒邊緣處管表面腐蝕嚴重，且分布密集，從方位上來看，均是迎著介質流動方向腐蝕較為嚴重。在反應器內介質在攪拌槳的作用下由外側流向套筒內部，流動方向發生180°的改變，在管束表面存在渦流狀態，不斷沖刷碳鋼表面，發生腐蝕。

（3）腐蝕分析

由上述腐蝕部位及腐蝕程度來看，管束是否腐蝕，與硫酸在金屬表面形成的鈍化膜有直接關系，在反應器套筒內部，酸烴乳化液在攪拌槳的作用下處于層流狀態，流速較低，沒有把金屬表面鈍化膜破壞。所以，處在此區域的管束沒有腐蝕現象。而在管束支撐及套筒邊緣的管束，由于流體流動方向的改變，不斷沖刷管束，使金屬表面的鈍化膜被破壞，導致管束腐蝕［5］。

3 相應建議及對策

（1）酸濃度和溫度的控制

不同條件下硫酸對碳鋼的腐蝕速率見表1。

表1 不同條件下硫酸對碳鋼的腐蝕速率/（mm·a-1）

由表1可以看出，酸濃度低和酸溫度高易造成碳鋼管束腐蝕。酸濃度高的硫酸易在金屬表面形成鈍化膜，所以在反應器運行期間要保證酸濃度，根據化驗測量數據補充新酸，將酸濃度控制在90%以上。保證硫酸酸溫度不會過高。

（2）管束外表面加裝護板

根據乳化液流動特性，在管束腐蝕嚴重的區域加裝護板，對沖刷嚴重、鈍化膜破壞的區域進行保護，見圖2。

圖2 管束加護板

同時使乳化液流動狀態趨于平緩，減少腐蝕發生。可以將管束升級為316L 或Alloy20 合金材質，在本質上消除硫酸腐蝕，保證裝置平穩生產。

（2）反應溫度的控制

反應溫度為烷基化裝置重要參數之一，維持合理的反應溫度有利于減少腐蝕發生。同硫酸溫度對碳鋼腐蝕的影響，反應溫度高也將提高腐蝕速率，低反應溫度可抑制聚合反應，并促進烷基化反應。但反應溫度低于4 ℃，會抑制烴中的酸沉降分離，大量的酸從酸沉降器中攜帶出來，導致酸耗增加，腐蝕加劇。反應溫度控制在4～10 ℃之間。

4 結束語

通過裝置反應器泄漏的現象，可以推斷硫酸腐蝕主要是鈍化膜被破壞，鈍化膜的破壞主要和乳化液流動狀態和酸溫度密切相關；通過降低反應器溫度，保護流動狀態不穩定的管束區域，有效控制反應器管束腐蝕，保證裝置平穩生產。