常減壓蒸餾裝置常壓塔頂空冷腐蝕問題分析

何明川，張新昇

（中國石油大連石化公司，遼寧 大連 116000）

與其它大型常減壓裝置不同，3蒸餾常頂餾出物沒有設置原料換熱器，而是經空冷器直接冷卻后進入石腦油加氫單元，再經加氫精制和輕烴回收分離處理后，為下游220×104t/a連續重整裝置提供100%直供料。雖然增加了空冷運行投資，但降低了裝置1次投資與占地面積，并避免了塔頂石腦油/原油換熱器內漏后，石腦油受污染，造成的重整裝置催化劑中毒。一旦空冷腐蝕泄漏可及時發現，切除更換。若選用和原油換熱流程，在換熱器前必須加水，實際的取熱量并不大；換熱器直徑會很大，而且管束材質需要升級，設備投資較高［1］。

1 設備特點

為了減少裝置占地面積，設計3蒸餾裝置初頂、常頂油氣全部采用板式空冷器，其中常壓塔頂設置8臺（E-1022A-H），板片材質為鈦板。該板式空冷器不僅占地面積小、換熱效率高（相同規模蒸餾裝置常頂油氣如采用普通空冷器，需12~16臺）；同時，由于板片為鈦材，具有很強的耐腐蝕能力［2］。

由于板式空冷器管箱與空冷主體管箱間采用的聚四氟乙烯靜密封面墊片的材質和制造工藝缺陷，在開停工或操作波動時會出現頻繁泄漏。此外，由于空冷器板片間流道較窄，而蒸餾裝置2頂石腦油中存在腐蝕產物和氨鹽雜質，在板片間會發生堵塞，降低空冷器冷卻效率，并導致空冷器出口分支及部線焊縫出現腐蝕泄漏問題［3］。為保證塔頂冷卻效果，2011年停檢期間在板式空冷器平臺邊增設2臺普通管束空冷器。

2 改造情況

2014年裝置大停檢期間將2頂板式空冷器更換為普通管式空冷器，但因空間有限，只安裝了12臺。原設計流程見圖1，改造后流程見圖2。

圖1 原設計空冷器入口管線流程

圖2 常頂空冷器入口管線改造后流程

3 泄漏原因分析

3.1 垢下腐蝕

2014年停檢開工后，常頂空冷器先后出現泄漏問題，均集中在空冷器出入口管束相同位置。通過對泄漏管束和實際操作數據的取樣分析，得出泄漏主要有2方面原因。

（1）空冷器臺數由原來8臺增至12臺，盡管配管時力求做到均勻，但違背了正常空冷器流程的1-2-4-8-16（2n）均勻配管的設計理論，最終造成實際生產中塔頂餾出物無法平均分布到12臺空冷器中，尤其2側空冷器中實際的物流量偏差較大。

（2）此次改造時，各空冷器管束材質改用抗H2S腐蝕能力較好的新型09鋼（09Cr2AlMoRe），同時在空冷器管束2端流速變化較大的部位襯鈦管，但由于襯管末端與管束本身沒有采取措施進行過渡銜接或焊接密封，造成襯管末端與管束間存在縫隙，從而在縫隙內出現死區，形成垢下腐蝕；而露點腐蝕多是在空冷管束入口的上部，常頂空冷器襯管及泄漏位置見圖3。

圖3 停檢常頂空冷器襯管及泄漏位置

為了防止類似問題重復出現，將塔頂各空冷器逐一停用，工藝處理干凈后，取出所有管束內襯管，重新投用。同時為了緩解各空冷器工藝防腐注水分布不均問題，1方面對12臺空冷器注水線增加限流孔板，保證空冷器注水量一致；另1方面將塔頂餾出總線注水移到3路分支處。調整后，基本能做到各空冷分支均勻注水，從而達到工藝防腐效果。常頂空冷器注水點流程見圖4。

圖4 常頂空冷器注水點流程

3.2 露點腐蝕

2020年10月14日10時05分，3蒸餾外操巡檢過程中發現常頂空冷E1022D管束入口滲漏油氣，3蒸餾常頂空冷E1022D管束滲漏部位為入口管束上部，是典型的空冷管束露點腐蝕引起的。介質進入空冷后生成水滴在下部產生液態水，酸濃在管束上部較大，露點腐蝕高發于此［4］。

首先將塔頂餾出線注水前、空冷注水后入口、空冷1管程出口、空冷2管程出口介質情況經行計算并統計，見表1、2。

表1 注水前常頂餾出物情況

表2 注水后常頂餾出物情況

3.3 偏流原因

塔頂餾出物在注水前均是氣態，由于餾出線均包裹保溫層，且餾出物流量很大，不考慮溫度損失情況下露點為88℃，因此注水前無液態產物。由于設置12臺空冷，不是常規的8或16臺，入口管線存在偏流隱患，尤其注水后介質變成氣液2相，布管的均勻程度至關重要。氣相介質走向與管線高度或長度關系較小，只取決于后路壓力。通過改變注水位置克服設計上的缺陷，完全相變的空冷產生的壓降主要取決于介質氣化比例，即空冷的冷卻負荷。當空冷出口溫度高，空冷內氣相比例大，空冷產生的差壓大，塔壓就會升高。第1管程作用尤為明顯，出入口只有7℃溫差。因此，空冷風機運行情況差異是造成偏流的主要原因［5］。

3.4 管束超速

由于當初現場位置受限，只能設置12臺空冷，為了避免垢下腐蝕取消了入口襯管設置，所以即使3蒸餾在低負荷的工況下空冷入口管束內流速達到7.9 m/s，略高于碳鋼空冷設計規范的3~6 m/s。當3蒸餾高負荷運行時，塔頂石腦油量增加，空冷管束不但有腐蝕風險還要考慮沖蝕的影響。有利條件是工頻風機設置在1管程入口側，介質進入空冷就能被迅速冷卻生成大量液相，降低介質流速，所以在日常操作過程中盡量不要停風機。

3.5 液態水不足

通過模擬軟件計算空冷入口水量為6.6 t/h，占比空冷入口總水量的31%，雖然滿足30%液態水要求，但當空冷出現偏流時液態水量會偏低。從常頂空冷E1022A-J油中水pH值分布也可看出中和劑的分配不均，認定是物流分布不均造成的。

4 調整措施

（1）避免偏流。雖然裝置將空冷注水由總線改至分支改善了偏流情況，但目前裝置在調整塔頂壓力是通過調整空冷壓降來實現的，一旦12臺空冷之間冷卻負荷出現較大差異，空冷內氣化率變化，空冷產生的差壓就會有差別，進而導致空冷偏流。若保證空冷不偏流，空冷一定不能停風機。冬季空冷出口溫度較低，空冷差壓變小，可適當提高塔頂石腦油分離罐壓力來維持塔頂壓力。

（2）塔頂餾出線包保溫。由于常頂餾出線在露點以上14℃，會有液相析出。但若塔頂餾出線是冷壁，不能保證沒有液態產物出現。如果空冷入口介質為氣液2相，以目前的空冷布置肯定會偏流。其次，常頂產物中存在強酸介質，在沒有大量液態水之前一定要保證純氣態。

（3）調整中和劑注入位置。目前中和劑在總管注入，常頂餾出線DN1000較粗，分支空冷過多，容易分配不均，所以會出現個別空冷采水樣pH較低的情況。為了調pH值需要提高總體的中和劑注入量，調節方法不直接，而且造成中和劑劑耗升高。建議將中和劑與空冷前注水混合后隨空冷分支注水注入，即便是空冷中物流分配不均，這樣也可以保證每臺空冷中均有中和劑注入。

5 結束語

雖然3蒸餾裝置在建造之初有其特殊性，設備上先天有缺陷，但可以找到塔頂防腐操作策略。常頂溫度高于露點14℃以上，餾出線包保溫保證介質純氣態；常頂空冷保持全開，保證進空冷液態水量，維持分支出口溫度一致，保證不偏流；空冷分支注水、注中和劑分別控制空冷中的pH值。