淺析重油加氫裝置空冷器管束的腐蝕與防護

孫 昱 孫昌達 呂 馳

（中國石油化工股份有限公司天津分公司裝備研究院，天津 300271）

0 引言

重油加氫裝置是石化運行重要組成部分，其穩定運行具有安全意義。中石化天津分公司煉油部的重油加氫裝置有兩套重要裝置—減壓渣油加氫脫硫裝置和單段單程加氫裂化裝置組成，于1991年投產使用，由于近幾年原料油平均硫含量、氯含量的升高以及制造設計方面的某些不合理原因，使得裝置中E1241及E1249兩臺高壓空冷器嚴重腐蝕，并多次發生泄漏事故。

1 E1241、E1249的腐蝕狀況及腐蝕形態

2018年E1241發生泄露后，在出口管的管端發現內壁存在大小不同的腐蝕坑，管端外部穿孔嚴重，且穿孔沿著熱影響區斷裂。且出現大范圍的應力腐蝕裂紋，并伴有細微裂紋。如圖1、圖2所示。

圖1 E1241出口側管腐蝕孔

圖2 E1241出孔側下方管蝕孔

E1249泄露發生在出口側管箱最下排管端底部，部分接近穿孔性腐蝕，且邊緣接近穿透，內表面附著腐蝕產物，部分管道內壁出現泄漏情況。如圖3所示。

圖3 E1249出口側管蝕孔

從現場腐蝕情況看，兩臺空冷器腐蝕部位的分布情況呈一定的規律性，主要集中在出口側管箱下排最靠邊的或正對出口接管處翅片管管端內壁，腐蝕形態也完全一致，均為管端底部脹槽及附近形成的不規則空洞、腐蝕坑或溝槽。

2 腐蝕E1241/E1249腐蝕分析原因

在腐蝕事故發生后，相關檢測人員通過查閱兩臺高壓空冷器的設計資料、圖紙、制造標準及管束的化學成分、機械性能、超聲、渦流、水壓等質量檢驗、焊接接頭的無損探傷檢測以及壓力試驗等產品質量制造資料，檢查結果完全符合有關標準規范要求，不存在產品設計及制造質量問題，由此可以斷定：腐蝕泄露與工藝條件以及工藝流程的改變存在必然的聯系，應該從管束的使用方式和所處環境尤其是管束內部介質環境中尋找腐蝕原因。

2.1 溫度與介質的影響

由于介質中含有大量的Cl-、HS-，這兩種介質易與NH3形成NH4Cl、NH4HS。NH4Cl、NH4HS的結晶溫度為210℃、241℃，因此翅片管內容易形成一定量的NH4Cl、NH4HS沉淀。其腐蝕機理如下：

由于管束各管不規則的垢污沉積會造成物料的偏疏，在介質流量界定流速的情況下，流量大即流速高的管束，其冷卻速度較慢，造成出口溫度偏高；而流量小即流速低的管束，冷卻效果較好，造成出口溫度就偏低。在這種介質環境中，部分管端就會形成混合結垢物，由于最下排翅片管最先接觸冷空氣，相對來說溫度降低速度更快，因此極易在管端形成NH4HS及NH4Cl結垢的應為該排邊角部分阻力最大的管束。而在管束脹槽處由于制造時金屬基體受到機械擠壓、摩擦、發生塑性變形而形成凹坑，介質流過時致使垢污首先沉積在該凹坑部位。

NH4HS及NH4Cl均易溶于水，而該車間每周注水一次，在注水過程中由于脹槽機械凹坑處底部垢污的大量NH4HS及NH4Cl溶液在該處停留，極易發生電化學腐蝕反應，并進一步形成腐蝕坑。腐蝕坑中的NH4HS及NH4Cl溶液會逐漸濃縮，從而產生更嚴重的電化學腐蝕問題，從而形成了一個天然的腐蝕，使腐蝕坑進一步加深擴大，最后形成腐蝕孔洞，另外在對空冷器進行沖洗后，殘存的水分與高濃度的H2S形成濕硫化氫環境，更易導致泄露。發生在濕H2S環境中，碳鋼及低合金鋼管道的腐蝕機理為：

2.2 流速及注水的影響

從表1中數據可以看到，改造前入口流速非常高，如此高的流速極易造成沖刷腐蝕。所以此次泄露流速過高是一個很大的影響因素，通過檢查空冷器管箱，我們發現了在腐蝕部位上方存在一個圓形平衡孔，空中高速噴出的介質也是泄露的重要原因。

表1 E1241/E1249流速及注水數據

其次此裝置注水采用脫硫凈化污水，導致帶入大量的Cl-，通過對水質的分析，每克注水中的Cl-含量可達34微克，該濃度下的注水對腐蝕也將產生嚴重的影響。

另外兩臺空冷器出入口介質溫度降低以及介質中硫化氫含量增加等工藝參數改變造成了個別管束低端部產生大量的NH4HS及NH4Cl混合晶體及垢污，在注水條件下形成易發生腐蝕的腐蝕環境，使得管束介質極易發生電化學腐蝕，介質不斷的濃縮進一步加劇了電化學腐蝕，從而最終造成穿孔泄露事故的發生。

3 高壓空冷器的改造及防護措施

3.1 高壓空冷器的改造

高壓空冷器所處的環境是一個極易腐蝕的工作環境，高壓、臨氫、多濕硫化氫，所以空冷器的材質首先要進行升級，使得新的材質可以有效對抗所處的易腐蝕環境。要重視空冷器中變頻器的選用，良好的變頻器可以減少渦流，以免渦流區造成對管束內壁的沖擊腐蝕，以及對管束入口與管板接脹處的剪切腐蝕。尤其不能隨便在襯管尾部進行擴徑，這樣容易對管束內壁構成沖刷腐蝕，長期高負荷運行容易造成沖刷腐蝕，從而導致爆管事故的發生。天津石化為了防止事故的發生，防止裝置非正常停車，增設了空冷器進出口切斷閥，設置電動頭，這一改進可以使空冷器在事故狀態下將其取出。

3.2 防腐蝕措施

（1）改進注水措施

增加空冷器前注水，尤其是在現有原油情況下，面對原油高氮元素和高硫元素，可以將注水量從7.5t/h增加到15t/h左右。為使注入水平衡分配，在每臺空冷器的每條入口管線均增設注水點，在必要時增大了注水口的直徑，使得流速極大值位置隨著管徑的變大而后移，注水方式為連續注水，為防止注水后介質流速過高造成沖刷腐蝕，在入口設置分流注水的接頭，以備不時之需。同時應該提高水分中的PH值，對S2、Cl-進行及時監控分析，及時了解腐蝕情況；

（2）提高空冷器管束的制造要求

加強基管管束的焊接脹接連接，做好碳鋼不銹鋼襯管的貼脹處理技術，提高空冷焊后無損檢測水平，增加易腐蝕管束部位的腐蝕掛片數量，可隨時監測腐蝕情況，提高設計及制造標準。定期做好管束測厚工作，尤其是彎頭和三通易形成渦流腐蝕區，要重視定期檢測的壁厚數據，從而減少腐蝕隱患存在可能性；

（3）注入多硫化鈉緩蝕劑

多硫酸鈉可有效減緩腐蝕，當多硫酸鈉添加量較小時，就能起到很好的緩釋效果，多硫化鈉能與氨氣以及其他氨類化合物反應生成易溶于水的多硫化銨，減少了NH4HS、HN4Cl的晶體結垢以及凝液沉積，從而抑制了腐蝕。如果將多硫酸鈉與其他緩蝕劑復合，緩釋效果更佳，比如與苯丙三唑（BTA）復合，腐蝕速率將達到最低。注入采取的方式是垂直注入，同時建議增加彎頭，使注劑沿介質流動方向水平注入，充分發揮注劑效能。在注劑管道上增加伴熱預熱注劑，從而可以避免在管道內形成NH4HS、NH4Cl晶體結垢。

4 結語

重油加氫裝置是石化的重要組成裝置，而空冷器的正常運行是保證裝置正常運行的基礎要素，盡管原油質量的無法確定，但是只要從源頭上進行防護，從工藝流程上進行合理的處理，就能降低腐蝕事故的發生，從而可以延長空冷器管束的壽命，從而節約企業成本，為企業帶來相應的經濟效益。