催化裂化裝置頂循換熱器泄漏原因分析及措施

馬超（大慶石化公司煉油廠 黑龍江 大慶 163711）

大慶石化公司煉油廠重油催化二車間于2000年投產，2008年進行MIP改造，將頂循換熱器由浮頭式改為U型管式，型號為BIU1200-2.5/2.5-400-6/25-2I，由大慶石化機械廠制造，該換熱器作用是將分餾系統(tǒng)過剩的熱量通過熱聯(lián)合水取出，并給氣體分餾裝置塔底重沸器做熱源，操作參數如下：

壓力0.8 0.7管程殼程介質熱水頂循環(huán)油溫度108 141

重油催化二車間共4臺頂循環(huán)熱水換熱器，位號分別為E202/1,2;E205/1,2，在2013年一年之中，總共發(fā)生管束泄漏10次，最后一次檢修后，最高管束堵管率已達11.4%。2014年5月E205/1,2管束再次發(fā)生泄漏，此次檢修將E205/1，2管束抽出檢查，簡要做了原因分析并提出應對措施。

一、換熱器管束泄漏初步分析

1.由于管程介質為軟化水，水質優(yōu)良，管板和管箱情況良好，無明顯腐蝕痕跡，且較清潔無雜物。抽出管束后檢查殼程，換熱管外壁附著大量雜物，如圖1；

圖1

圖2

管束底部尤其嚴重，約1/3被雜物堵塞，如圖2；

經鑒定，雜物為反再系統(tǒng)使用的催化劑夾帶部分銨鹽及硫化亞鐵，催化劑主要成分為AL2O3，本身對管束無腐蝕作用但沖刷磨損能力較強，銨鹽由原料中氮氧化合物生成，附著在管束表面對其造成垢下腐蝕。反應方程式為[1]

Fe+H2SFeS+H2

Fe+2HClFeCl2+H2

FeS+2HClFeCl2+H2S

舊管束折流板為上下布置，殼程介質中含有部分固體顆粒（催化劑），在介質折流時已在底部沉積，使介質無法正常折流，造成最底部部分換熱管無介質流通，這是形成垢下腐蝕的主要原因。

2.通過圖2看到，管束下半部幾乎被雜物堵死，使換熱介質無法按照正常的通道流通，在流量不變的情況下，流通面積減少將使流速增加，進而使介質對管束的沖刷增大，此管束共堵11根管，其中有8根是U型管束最外側的管，也證明介質的沖刷對管束的泄漏起促進作用。另外，舊管束上沒有安裝防沖擋板，根據GB151-1999中所述，當殼程進口管流體的ρV2值為下列數值時，應在殼程進口管處設置防沖板或導流筒。（ρ-流體密度，kg/m3，V-流體流速，m/s）

（1）非腐蝕性的單相流體ρV2＞2230kg/（m·S2）

（2）其他液體，包括沸點下的液體ρV2＞740kg/（m·S2）

針對此臺換熱器，介質密度ρ=825kg/m3，入口管徑D=300mm，流量Q=147t/h

計算V=147*1000/3600/825/0.07=0.7m/s

ρV2=825*0.72=404kg/（m·S2）＜740kg/（m·S2）

所以根據上述計算得知可不安裝防沖擋板，但這將使得管束直接受夾雜催化劑的介質沖刷，也是泄漏的原因之一。

二、解決措施

此次檢修計劃更換2臺新管束，針對以上原因，做出以下改進

1.材質升級，根據分餾塔頂系統(tǒng)的腐蝕機理，硫化氫、氯化銨易對20#碳鋼腐蝕，故將原來的20#管束升級為滲鋁管束，在管板上噴涂滲鋁涂層。滲鋁鋼能有效地抵抗硫化物、氯化物、銨等介質的腐蝕，據部分文獻統(tǒng)計，滲鋁鋼的抗腐蝕性與18-8系列的不銹鋼類似[2]，而且不存在和氯化物腐蝕開裂的問題，極大地延長管束的使用壽命，并且相對不銹鋼較為經濟。

2.根據本文1.2中所計算分析得出，此管束可以不安裝防沖板，但裝置常回煉汽油，造成頂循循環(huán)量增大，密度增加，使得ρV2接近740kg/（m·S2），故在新管束制作時，要求安裝防沖板，4.5mm碳鋼板焊接在定距管上，減少管束受沖刷引起的減薄

3.根據GB151-1999中描述：臥室換熱器殼程為單相清潔流體時，上下布置折流板，當氣液共存或介質中含有顆粒時，應垂直左右布置。介于該換熱器介質中含催化劑顆粒，故將折流板改為垂直左右布置，減少了雜物在管束底部沉積的可能，減少垢下腐蝕效應。

4.加強對分餾塔頂溫度控制，避免為了追求經濟效益，將塔頂溫度降的過低，造成頂循系統(tǒng)結鹽，同時回煉汽油過程中，加強各部門配合，注意脫水，嚴防含水污油進入系統(tǒng)，減少水的存在。

5.提高反再系統(tǒng)旋分效率，從根本避免催化劑夾帶至后路，不僅是對頂循系統(tǒng)造成影響，對其他流程也能造成嚴重后果。

通過以上措施，將能延長分餾頂循系統(tǒng)換熱器的使用壽命，使裝置能夠安全、平穩(wěn)、高效的運行。

[1]關曉珍 張廣清催化裂化系統(tǒng)設備腐蝕原因探討錦州2000.3.

[2]翟金禮王泳滲鋁鋼換熱器在煉油裝置低溫部位的應用青海2004.6.