酸性水汽提塔頂空氣冷卻器管束腐蝕泄漏原因分析及對策

顏 兵，魏城瑤

[恒逸實業（文萊）有限公司，浙江杭州311000]

煉廠酸性水汽提裝置處理的酸性水主要來源于上游常減壓、加氫、焦化等裝置，主要含有硫化氫和氨等成分。目前煉廠酸性水汽提裝置多采用全吹出、塔頂回流工藝。由于汽提塔頂部氣相在冷卻過程中產生相變，有銨鹽析出，造成塔頂空氣冷卻器最下層管束出現結晶腐蝕泄漏。筆者對汽提塔頂空氣冷卻器管束腐蝕的原因進行分析，并結合設計和生產實際，提出減緩腐蝕的建議，延長塔頂空氣冷卻器管束的運行周期。

1 汽提裝置工藝流程

某煉廠酸性水汽提裝置采用常壓汽提工藝，規模為180 t/h，操作彈性50%～110%，裝置于2019年10月開車投產。汽提工藝流程見圖1。

圖1 某煉廠酸性水汽提工藝流程

原料酸性水經脫氣、除油后，進入汽提塔的頂部，塔底用1.0 MPa蒸汽加熱汽提，酸性水中的硫

化氫、氨同時被汽提；塔頂酸性氣經冷凝、分液后，凝液經泵返塔作為回流，酸性氣送至硫磺回收單元回收硫磺，塔底即得到合格的凈化水，一部分送至上游裝置回用，剩余部分排至含油污水管網[1]。

2 空氣冷卻器

2.1 空氣冷卻器設備參數

空氣冷卻器設備參數見表1。

表1 空氣冷卻器設備參數

2.2 空氣冷卻器工藝參數

空氣冷卻器工藝參數見表2。

表2 空氣冷卻器工藝參數

2.3 腐蝕現狀

裝置開車一年后，于2020年11月14日發現空氣冷卻器管束出現泄漏，泄漏部位集中在底層管束，泄漏管束數量為底層管束總數量的16%。將泄漏管束切開后發現，2 mm厚度的管束上表面嚴重減薄甚至消失，管束腐蝕示意見圖2。

圖2 管束腐蝕示意

3 腐蝕原因分析

3.1 腐蝕部位定位

泄漏管束為空氣冷卻器出口最底層管束。通過對腐蝕泄漏的多根管束進行剖開檢查，發現最底層管束腐蝕的部位從空氣冷卻器風扇葉片正上方向出口管箱方向延伸約3 m，尤以風扇葉片中心上方管束腐蝕最嚴重。

3.2 腐蝕形態分析

從剖開的管束看，腐蝕部位沒有局部腐蝕坑，整體表現為均勻減薄，疑似沖刷腐蝕。

3.3 腐蝕原因分析

空氣冷卻器出口底層管束冷凝水量相對其他管程大，NH4HS大量溶解于水中，隨著空氣冷卻器管束溫度的降低，特別是一些局部冷態區，如出口端風機的上方、整條管束中間由于重力撓度大而流速相對較低的部位，隨著NH4HS結晶析出，晶體會隨著高速氣相的帶動造成對管束的沖刷腐蝕。腐蝕產物呈現黃色，是由于NH4HS在空氣中氧化后形成了多硫化物。

4 緩解腐蝕措施

由腐蝕成因分析可知，防腐對策是避免流程中低溫區的形成，減少NH4HS結晶的析出。

4.1 提高空氣冷卻器出口溫度

進一步提高各空氣冷卻器出口分支溫度。由設計的不小于90 ℃調整至95～99 ℃，同時加強對空氣冷卻器各出口分支管束的人工測溫，防止偏流現象產生。

降低空氣冷卻器遠端風機的運行頻率，維持進出口管箱端風機正常頻率運行，將NH4HS的結晶腐蝕盡可能移至靠近出口管線端的出口管線上。

4.2 消除管束重力產生的撓度影響

對空氣冷卻器管束的水平度進行測量后，將空氣冷卻器管束自由端的高度抬高5 mm，通過適度提高斜度以減少由于管束重力在中間部位產生的撓度，進而減少積液，防止氣相流通截面積變小，流速增加，造成沖刷腐蝕加劇。

4.3 增加防暴雨措施

項目所處地文萊暴雨頻繁，年降雨量達2 500～3 500 mm。由于空氣冷卻器未設計百葉窗，當暴雨來臨時，空氣冷卻器出口溫度下降迅速，即使提前調整空氣冷卻器風機頻率，也無法應對暴雨對空氣冷卻器出口溫度的沖擊。經數據統計，暴雨時空氣冷卻器出口溫度瞬時最低降至80～85 ℃。考慮到管壁表面溫度較介質溫度低10 ℃，因此暴雨時管束低溫段會有銨鹽結晶析出。

鑒于此，在管束出口端風機上方搭設擋雨棚，防止暴雨直接沖淋管束，造成溫度劇降。搭設擋雨棚后，經數次暴雨天氣驗證，空氣冷卻器出口溫度控制更加平穩，且最低溫度不小于90 ℃。

4.4 降低塔壓

將塔頂壓力由原0.13 MPa降至0.12 MPa操作，以減少銨鹽生成。

4.5 空氣冷卻器入口注水

借助原有流程，向空氣冷卻器入口注入熱凈化水，維持出口溫度不變，增加出口液相，以降低銨鹽溶液濃度，減少銨鹽析出。需注意將注水量控制在一個合理的范圍內。

4.6 管束材質升級以及結構改造

采購管束備用，新管束最下層管束材質升級為Alloy 825合金（加厚管），同時降低翅化比。

5 效果驗證

自2020年11月20日陸續對該空氣冷卻器采取上述防腐措施，自12月1日每兩周對空氣冷卻器管束進行專項檢查驗證防腐效果。截至2021年7月初，累計新增泄漏管束18根。7月初增加了空氣冷卻器入口的熱凈化水注入量，截至9月底未新增泄漏管束。

空氣冷卻器采取防腐措施前后出現泄漏管束數量對比見表3。

表3 空氣冷卻器調整防腐措施前后泄漏管束數量統計

經過分析認為，2020年11月20日以后陸續采取的防腐措施在一定程度上降低了管束的腐蝕速率，但保證空氣冷卻器管束長周期運行的防腐措施，仍需進一步的探索和驗證。

考慮到空氣冷卻器新增漏點數量有顯著降低，Alloy825合金材質的備用空氣冷卻器管束暫未更換，使用效果待驗證。

從近幾年新建煉廠的同類裝置了解到，其他企業全吹出的酸性水汽提裝置塔頂空氣冷卻器也存在類似的腐蝕現象，某廠通過內窺鏡檢查發現：氣液二相界面處出現明顯泄漏點。分析其是由于相變產生的局部氣蝕，因此氣相流速不宜過低，避免二相界面的形成。

由于氣相流速過高會加劇管束的沖刷腐蝕，因此，空氣冷卻器的氣相流速需處在一個合理的范圍。如空氣冷卻器負荷設計余量較大造成單臺空氣冷卻器氣相流速偏低時，可考慮切出其中一臺或多臺，維持剩余幾臺空氣冷卻器高負荷運行。

6 結語

酸性水汽提裝置采用全吹出工藝時，塔頂空氣冷卻器管束腐蝕泄漏已在多套裝置出現，但腐蝕機理尚無清晰定論。筆者僅從具體裝置的實際狀況進行了分析，提出減緩腐蝕、延長塔頂空氣冷卻器管束的運行周期的建議，供同行參考。