催化裂化裝置吸收塔冷卻器的腐蝕與防護

(中國石油四川石化有限責任公司，四川 成都 610000)

1 冷卻器簡介

催化裂化裝置吸收塔部分工藝流程如圖1所示。壓縮富氣從吸收塔C-1301下部進入，從分餾部分來的粗汽油以及作為補充吸收劑的穩定汽油分別從第1層、第4層和第15層塔盤注入，與壓縮富氣逆向接觸。為了取走吸收過程中放出的熱量，在吸收塔中部設有兩個中段回流，分別從第7層和第22層塔盤用泵P-1305A/B和泵P-1306抽出，經冷卻器E-1303A/B和E-1304A/B冷卻，然后返回第8層和第23層塔盤。在2018年8月巡檢時發現冷卻器E-1303A/B內漏，于是對冷卻器進行緊急隔離和設備檢修。冷卻器管束材質為Q245R鋼，共計1 212根，冷卻器設備工藝參數見表1，其結構示意見圖2。

圖1 吸收塔部分工藝流程

表1 冷卻器設備工藝參數

2 冷卻器腐蝕情況及后續處理

2.1 宏觀檢查和現場測厚

對冷卻器E-1303A/B進行宏觀檢查發現：冷卻器出現內漏現象，拆除外浮頭后觀察到冷卻器內有6根內浮頭螺栓斷裂，見圖3。內浮頭螺栓共有104根，其材質為35CrMoA鋼，規格為M24×270 mm，其斷裂位置見圖4。

管束端口主要發生了均勻腐蝕和坑蝕，蝕坑深度為0.2～0.3 mm，見圖5和圖6，封頭腐蝕嚴重，見圖7。管箱主要發生了垢下腐蝕，蝕坑深度為0.2～0.6 mm；管箱隔板主要發生了均勻腐蝕和坑蝕，其表面附著大量的垢物和生物黏泥，其蝕坑深度為1.0～2.0 mm，新陽極塊使用剛滿2個月就出現嚴重的腐蝕，主要腐蝕類型為均勻腐蝕和坑蝕，蝕坑深度為0.5～1.0 mm,見圖8。另外，通過現場打壓試漏發現，少部分管束與管板間的焊縫存在裂紋泄漏現象，其余管束均存在內漏現象。

圖3 內浮頭螺栓斷裂情況

圖4 內浮頭螺栓斷裂位置

圖5 管束端口腐蝕情況

圖6 管束端口腐蝕坑

圖7 封頭腐蝕情況

圖8 管箱隔板及陽極塊腐蝕情況

現場測厚結果見表2。由表2可以看出，管束、管箱隔板、管程接管、管箱短接和管箱封頭等部位厚度均有所減薄。

2.2 冷卻器處理情況

采用高壓水對管板表面和管束內部進行沖洗，清理附著的垢物和生物黏泥，為重新預膜創造有利條件；對管束管板間的泄漏焊縫進行補焊處理，對內漏管束進行封堵，共封堵管束119根，加上以前封堵的12根管束，累計堵管率為10.8%，仍小于12%(堵管率控制指標)，因此，該冷卻器仍可繼續使用。

表2 冷卻器現場測厚結果

3 冷卻器腐蝕原因分析

3.1 腐蝕機理

3.1.1 循環水垢下腐蝕

在循環水系統中，由于換熱管表面結垢，污垢下方處于缺氧狀態，而周圍循環水中溶解了大量的氧，因此容易形成氧濃差腐蝕電池，金屬易發生電化學腐蝕，在腐蝕電池中,陰極反應主要是氧的還原，陽極反應則是鐵的溶解。碳鋼在循環水中發生的腐蝕反應為：

反應生成的Fe(OH)2從溶液中沉淀出來，在氧氣充足的情況下，進一步氧化成Fe(OH)3，脫水后生成鐵銹，沉積在金屬表面,將其清除后，會發現金屬表面有很多大小不等的潰瘍狀蝕坑。

3.1.2 微生物腐蝕

循環水中的溶解氧以及滲入的各種油分，為微生物的生長繁殖提供了適宜條件。在適宜的溫度下，微生物迅速繁殖，其代謝產物與泥沙粘附形成危害更大的生物黏泥。生物黏泥附著的地方，成為垢下腐蝕易發生的部位。

3.2 腐蝕介質分析

3.2.1 一中段油性質分析

E-1303A/B殼程介質為吸收塔一中段油，對其中的腐蝕介質進行檢測分析，分析結果表明，一中段油的總硫質量分數較高，為125 μg/g，硫化物對設備產生嚴重的腐蝕[1]。有研究表明，介質中的硫含量越高，材料發生硫化物應力腐蝕開裂的敏感性越高[2]。

3.2.2 循環水水質及流速分析

E-1303A/B管程介質為循環水，2018年1月至8月循環水水質分析結果見表3。從表3可以看出，循環水中的總堿度和總硬度較低，設備運行期間，循環水中的鐵離子含量超標。依據賴茲納穩定指數來判斷循環水的結垢和腐蝕情況，當循環水的總堿度和總硬度較低時，仍然會出現嚴重的腐蝕現象。

表3 循環水水質分析結果

實際檢測結果表明，E-1303A/B循環水流速偏低，僅為0.66 m/s，遠低于相關標準要求。循環水長期在換熱管中低速流動，不可避免地造成生物黏泥在換熱管表面沉積，加重循環水垢下腐蝕。因此，要加強循環水水質管理，保證循環水的流速。

3.3 腐蝕原因分析

3.3.1 螺栓斷裂原因分析

內浮頭螺栓浸泡在含硫的一中段油介質中，溫度為36～40 ℃，位于硫化物應力腐蝕敏感溫度區。另外，螺栓的硬度偏高，會降低其抗硫化物應力腐蝕開裂的能力，且螺栓服役時間較長。分析認為，螺栓斷裂的原因在于其發生了硫化物應力腐蝕開裂。

3.3.2 管束腐蝕原因分析

管束主要發生了循環水垢下腐蝕和微生物腐蝕。管束上通常附著有生物黏泥和污垢，在清除附著物后，能發現黑色的腐蝕產物，這屬于典型的硫酸鹽還原菌腐蝕特征。清除腐蝕產物后，會發現金屬表面有很多蝕坑。由于垢下腐蝕過程中存在自催化作用，造成腐蝕加速進行。隨著服役時間的延長，冷卻器內換熱管的壁厚將逐漸變薄，最終發生破裂或穿孔。

3.3.3 管束管板間裂紋產生原因分析

冷卻器的管束與管板常用的連接方式主要有強度焊接、強度脹接以及脹焊結合等，該冷卻器采用脹焊結合的方式進行連接，在管束與管板連接處，由于受到焊接殘余應力以及硫化物等腐蝕性介質的影響，此處容易發生硫化物應力腐蝕開裂[3]。

4 預防措施及建議

(1)嚴格控制物料中硫化物、氯化物和氮化物等腐蝕性介質的含量。

(2)加強循環水水質管理，重點控制硬度、氯離子、pH值和濁度等指標，以減輕循環水對設備和管道的腐蝕。

(3)定期監測循環水流量及流速，防止偏流或流速過低，嚴格執行相關標準，既要防止沖刷腐蝕，也要防止結垢。對于結垢傾向嚴重的冷卻器，可以增加反沖洗設施或采用超聲波除垢技術。

(4)冷卻器管束材質升級。將換熱管管束更換為304不銹鋼管束，同時要定期監控循環水中氯離子的含量，防止304不銹鋼的應力腐蝕開裂[4]。

(5)加強設備的防腐蝕管理，升級防腐蝕涂層材料，提高防腐蝕效果[5]。

5 結 語

冷卻器的安全運行直接影響著裝置的平穩生產及循環水系統的有效運行，加強冷卻器的管理至關重要。為減緩冷卻器結垢、堵塞及腐蝕泄漏，延長冷卻器的使用壽命，可以采取一系列措施來解決，包括采取材質升級和工藝防腐蝕等手段聯合進行防腐蝕控制，嚴格控制物料中的硫化物、氯化物和氮化物等腐蝕性介質的含量，同時加強冷卻器操作運行管理和循環水的水質管理，保證各項防腐蝕措施落實到位。