重整裝置預加氫產物后冷器泄漏分析

張華軍

（中國石油華北石化公司，河北 任丘 062550）

華北石化公司130萬噸/年重整裝置預加氫部分（石腦油加氫）采用先加氫后汽提再分餾的技術路線，在一定的反應壓力和反應溫度下將石腦油中的硫、氮化合物轉化為硫化氫和氨在汽提塔中除去，流程中不考慮預加氫催化劑器內再生設施。預加氫部分采用循環氫流程。由于原料中的砷和氯含量較高，本裝置還分別設置了相應的脫砷設施和脫氯反應器以脫除原料中的砷和氯。預處理部分產生的少量含硫燃料氣送出裝置進行脫硫，少量含硫廢水送至污水汽提裝置。該裝置預加氫產物后冷器E103A/B開工時水壓試驗、氣密均正常，運行2個月后出現泄漏。為消除隱患，預加氫單元進行了停工檢修，拆檢時，發現E103A有3根浮頭螺栓發生斷裂，管束再次試壓查漏時，上水過程中即發現殼體內有大量水流出，說明管束存在嚴重泄漏情況。該設備型號為BES800-2.0/2.4-160-6/25-4Ⅰ，具體參數見表1。

表1 預加氫產物后冷器參數表

1 設備故障情況介紹

1.1 浮頭螺栓斷裂情況

預加氫產物后冷器E103A浮頭共有44條浮頭螺栓，拆檢時發現有三條斷裂，兩條位于6點方向，一條位于3點鐘方向，斷面灰暗，表面可見腐蝕產物，見圖1。對斷裂的螺柱進行硬度測試，發現斷裂的螺柱硬度不均勻，測量值介于189～327HB；抽檢2根完好的螺栓，硬度值在200HB左右，見圖2。

圖1 螺栓斷面形貌

圖2 螺柱硬度檢測情況

1.2 管束檢查情況

管束外部（介質側）呈青灰色，局部存在輕微點蝕和垢物附著，整體良好，未見明顯缺陷，詳見圖3。

圖3 管束外部總貌

循環水側管束腐蝕情況較嚴重，管板整體存在銹蝕情況，管接頭基本完好，未見明顯缺陷，見圖4。

圖4 管板總貌

2 腐蝕原因分析

2.1 浮頭螺栓斷裂原因分析

從斷面形貌來看，螺桿屬于脆性斷裂，無韌性變形，斷面顏色灰暗，并且腐蝕情況顯著。結合介質特性，初步判斷為濕硫化氫應力腐蝕斷裂。濕硫化氫應力腐蝕開裂的敏感性與H2S濃度、構件硬度、拉應力水平直接相關。經測算，H2S濃度約300ppm，分壓處于較低水平；螺柱硬度不均勻，并且部分測量數值超過237HB的濕硫化氫環境使用限值（《SHT3193-2017石油化工濕硫化氫環境設備設計導則》中關于螺栓的規定），可見螺栓存在熱處理不到位的問題，是導致出現螺栓斷裂的原因之一；另外，不能排除個別螺栓預緊力過高的影響。

2.2 泄漏原因分析

從螺栓斷裂的情況來看，浮頭螺栓共計44條，斷裂的3條位于兩處不同的位置，并且螺栓斷裂也存在時間差，密封面整體比壓損失應該不大。另外，殼程壓力為2.05MPa，管程介質壓力為0.4MPa，從受力角度分析密封面承受壓應力，不利于產生泄漏。總體來看，雖不能排除浮頭螺栓斷裂導致密封面泄漏的可能性，但作為水冷器初期泄漏的原因可能性較小。

浮頭打開后對墊片進行了檢查，墊片完好，未發生變形、石墨層損傷等情況，安裝新墊片后試壓不漏，說明密封面可靠，可排除因密封面制造、安裝導致泄漏的原因。

試壓結果顯示管束存在泄漏情況，結合現場檢查情況進行分析，介質側管束腐蝕相對輕微，循環水側腐蝕較為嚴重，換熱管內存在垢下腐蝕情況，判斷泄漏是循環水側腐蝕為主。

管束采用內外鎳磷鍍方案，鎳磷鍍在施工環節存在很多控制難點，容易在鍍層中形成針孔等缺陷。當處于水介質等電解質溶液中時，由于鎳磷鍍層點位較高，缺陷處的基層管束（10#）電位較低，從而形成腐蝕電池，鍍層缺陷處的金屬作為陽極產生溶解。由于缺陷尺寸很小，形成了大陰極 小陽極的惡劣腐蝕環境，進而大大加速了陽極區的溶解速度，導致管束在較短時間內出現腐蝕穿孔。

3 結語

考慮到預加氫產物后冷器E103A/B開工兩個月就發生泄漏的情況，可以確定該換熱器泄漏的原因是在鍍層中形成針孔缺陷。由于鎳磷鍍生產過程的不可控性，及鎳磷鍍施工過程可能對環境產生影響，預加氫產物后冷器E103A/B新管束未做鎳磷鍍，水壓試驗合格后進行了回裝，運行正常。

裝置技術人員對該裝置處于相似工況下的同類型設備進行重點關注，對后續換熱器管束進行更換時，可考慮采用合成樹脂換熱器專用涂料對管束進行防腐以及增加管子壁厚提高腐蝕余量。