苯乙烯裝置水冷凝器腐蝕泄漏原因分析及對策

畢學(xué)文，齊文軍，王 昱

（1.吉林石化公司電石廠，吉林吉林 132022；2.吉林石化公司建修公司，吉林吉林 132022；3.吉林石化公司高碳醇廠，吉林吉林 132022）

0 引言

苯乙烯分子式C8H8，熔點(diǎn)－30.6 ℃，沸點(diǎn)145.2 ℃，閃點(diǎn)34.4 ℃，相對密度0.906 0（20/4 ℃）。不溶于水（<1%），能與乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑混溶。苯乙烯在室溫下即能緩慢聚合，要加阻聚劑（對苯二酚或叔丁基鄰苯二酚（0.000 2%～0.002%））作穩(wěn)定劑，以延緩其聚合才能貯存。苯乙烯自聚生成聚苯乙烯樹脂，它還能與其他的不飽和化合物共聚，生成合成橡膠和樹脂等多種產(chǎn)物。在生產(chǎn)過程中，苯乙烯裝置脫氫反應(yīng)后部冷凝器腐蝕泄漏問題是苯乙烯裝置普遍存在的問題，其中水冷凝器的腐蝕泄漏尤為嚴(yán)重。結(jié)合裝置實(shí)際情況，分析裝置腐蝕泄漏的原因并提出對策。

1 苯乙烯裝置水冷凝器系統(tǒng)簡介

1.1 苯乙烯裝置水冷凝器

圖1 為苯乙烯裝置脫氫反應(yīng)水冷凝器流程示意圖。

圖1 苯乙烯裝置脫氫反應(yīng)水冷凝器流程

1.2 脫氫反應(yīng)流程說明

由中間倉庫送來的乙苯與管網(wǎng)來的蒸汽進(jìn)入乙苯蒸發(fā)器（E-302A-D），同時(shí)汽包（V-302A-D）發(fā)生的200 kPa 蒸汽也進(jìn)入乙苯蒸發(fā)器（E-302A-D），乙苯與蒸汽重量比為1∶1.4～1.5，在此被三號過熱器（E-304A-D）出來的的煙氣加熱蒸發(fā)，然后進(jìn)入二號過熱器（E-303A-D）殼程與反應(yīng)器（F-301A-D）出來的接觸氣過熱。再進(jìn)入三號過熱器（E-304A-D）殼程，用脫氫反應(yīng)器出來的煙氣過熱后，配料氣進(jìn)入脫氫反應(yīng)器（F-301A-D）進(jìn)行脫氫反應(yīng)。脫氫反應(yīng)生成的接觸氣，經(jīng)二號過熱器（E-303A-D）與配料氣換熱后，進(jìn)入廢熱鍋爐（E-305A-D）與汽包（V-302A-D）來的蒸汽凝水換熱。接觸氣經(jīng)廢熱鍋爐（E-305A-D）被冷卻后，進(jìn)入水冷凝冷卻器（E-306A-H）冷凝冷卻至30 ℃，凝液自流至分離罐（V-303A/B），未凝氣進(jìn)入冷卻器（E-307A-D），進(jìn)一步冷凝后，凝液自流入分離罐（V-303A/B），由冷凝冷卻器自流下來的凝液在分離器（V-303A/B）中沉降分離，水相至污水罐（V-304A/B），油相流入爐油貯罐（V-305/307），經(jīng)爐油產(chǎn)品泵（P-302A/B）送至中倉爐油罐（V-507A/B）。

苯乙烯裝置E-306 水冷凝冷卻器共有8 臺(tái)，位號為E-306A/B/C/D/E/F/G/H。表1 為苯乙烯裝置E-306 水冷凝器的概況。

表1 苯乙烯裝置E-306 水冷凝器概況

2 苯乙烯裝置水冷凝器腐蝕泄漏情況

苯乙烯裝置開車時(shí)間為1982 年，開始換熱器投用效果很好，1986 年初E-306 相繼出現(xiàn)管束泄漏，且以E-306G/H 最為嚴(yán)重，也出現(xiàn)過聚合物較多情況，由于檢修管束堵塞已達(dá)到或超過1/3，換熱效果差，于2014 年和2015 年分兩批更換。2017 年5 月發(fā)現(xiàn)E-306F 管束泄漏，及時(shí)進(jìn)行檢修，焊補(bǔ)漏管5 根。此后其余幾臺(tái)換熱器相繼出現(xiàn)泄漏問題，具體明細(xì)見表2。

表2 E-306 檢修及更換情況

從苯乙烯裝置水冷器運(yùn)行情況看，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，出現(xiàn)泄漏的頻次逐漸增加，這不僅影響到裝置的負(fù)荷，而且由于泄漏過大造成后部水無法分離，只能停車進(jìn)行檢修。

3 腐蝕泄漏原因分析

在水冷器后取樣點(diǎn)取樣進(jìn)行油水分離后對水質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果如表3 所示，其中氯離子以NaCl 計(jì)。

表3 水樣分析結(jié)果

可以看出，苯乙烯水樣中存在較強(qiáng)的腐蝕因素如pH 值、氯離子（一部分來自原料，另一部分可能來自循環(huán)水泄漏）、電導(dǎo)（苯乙烯較高的電導(dǎo)率反映目前換熱器有泄漏情況）和較高的入口溫度。

根據(jù)原料來源，以及反應(yīng)后物料組成情況綜合分析，造成E306 腐蝕的主要原因是CO2露點(diǎn)腐蝕，CO2主要來源是在脫氫反應(yīng)。在脫氫主反應(yīng)同時(shí)，還同時(shí)伴有蒸汽除焦和裂環(huán)副反應(yīng)產(chǎn)生的大量CO2氣體。

接觸氣被循環(huán)水冷卻，CO2溶解在水相中后形成碳酸，使沉降水呈酸性，從而造成潛在腐蝕發(fā)生，導(dǎo)致設(shè)備穿孔泄漏。

4 防腐蝕泄漏措施

針對E-306 泄漏原因，經(jīng)分析擬采取以下兩項(xiàng)措施：

（1）采用管束表面涂層，可解決管程腐蝕問題。涂料組成為Si14E 和Si57E，為聚氯乙烯-酚醛樹脂縮聚物，這種材料高度抗腐蝕，可用于所有冷卻水介質(zhì)，耐溫200 ℃，也很適合E-306。

（2）針對系統(tǒng)由于CO2溶解在水相中后形成碳酸，使沉降水呈酸性的情況，擬采用弱堿性緩蝕劑中和CO2，降低冷凝液酸度。

因管束表面涂層需更換冷凝器芯子，且從投資等因素考慮較昂貴，最終采取加入緩蝕劑的辦法來解決腐蝕泄漏問題。緩蝕劑采用納爾科（Nalco）EC1108A。緩蝕劑一般含有堿性氮化物，堿性氮化物的存在會(huì)造成苯乙烯烷基化催化劑的失活。由于冷凝后的物料經(jīng)分離后的苯循環(huán)回到烷基化單元重新參與反應(yīng)，為防止催化劑失活，采取以下措施：分離出的苯送芳烴車間經(jīng)白土處理塔除堿性氮化物后再進(jìn)行精餾分離苯，且實(shí)際量為每小時(shí)100 kg 左右，對白土塔不會(huì)造成影響，堿性氮化物經(jīng)處理后達(dá)到10-6以下，達(dá)到對原料苯中堿性氮化物含量的要求，不會(huì)對催化劑造成影響。

5 結(jié)論及對策

裝置于2018 年11 月12 日進(jìn)行加緩蝕劑評價(jià)試驗(yàn)。通過對實(shí)驗(yàn)前及試驗(yàn)期間數(shù)據(jù)的收集整理，表4 為凝液pH 值及鐵離子變化情況。

表4 凝液pH 值及鐵離子變化情況

另外，圖1 中脫氫爐F-301A/B/C/D 爐共4 臺(tái)爐，每臺(tái)爐分別是2 臺(tái)水冷凝器并聯(lián)運(yùn)行。考慮項(xiàng)目實(shí)施時(shí)裝置的實(shí)際情況，實(shí)驗(yàn)期間只有F-301A 爐2 臺(tái)換熱器E-306A/B 能加入緩蝕劑，F(xiàn)-301B/C/D 只能1 臺(tái)加入緩蝕劑。圖2 和圖3 分別為實(shí)驗(yàn)期間F-301A/B/C/D 各爐水冷凝后分析水樣的鐵離子及pH 值變化趨勢圖。

圖2 F-301A/B/C/D 各爐的水樣鐵離子變化情況

圖3 F-301A/B/C/D 各爐的水樣pH 值變化情況

通過分析數(shù)據(jù)和趨勢圖可以看出，E-306A/B 加入緩蝕劑后分析水pH 值接近中性，鐵離子濃度顯著下降；F-301B/C/D 由于只有一臺(tái)換熱器E-306D/F/H 能加入緩蝕劑，但加入緩蝕劑后pH 值也基本接近中性，鐵離子濃度顯著下降，均起到了緩蝕效果。試驗(yàn)后中斷加入，于2019 年8 月經(jīng)注入口改造后所有換熱器均可以實(shí)現(xiàn)緩蝕劑的加入，并開始連續(xù)加入緩蝕劑，運(yùn)行至今未再發(fā)生泄漏問題，泄漏問題得到了有效解決。