丙烯腈裝置反應氣體冷卻器管板腐蝕處理措施

劉 磊 吳祖源 曾曉峰 潘向東

（中國石油天然氣股份有限公司吉林石化分公司 吉林吉林）

1.故障現象

石化公司丙烯腈裝置反應氣體的冷卻器，為立式固定管板換熱器，材料入口端為15CrMo，進口溫度440℃，出口溫度220℃，介質是烯烴、芳烴、烷烴與氧氣，氨氣混合通過催化劑生成的氣相混合物。設備投入使用后幾個月即發成滲漏。滲漏側均為上方入口端，均布于一側（圖1中A區）。將設備拆卸后發現，A區布滿了聚合物沉積，其上分布有大量金屬狀顆粒物質。

A區域中腐蝕嚴重，不僅鋼管壁厚明顯減薄，連接螺栓的（包括密封面）部位均被腐蝕，導致滲漏，此區域有幾根鋼管內部出現滲漏情況。而無聚合物的B區域則無任何異常情況發生。A區B區焊縫均完好，無腐蝕滲漏現象。

圖1 入口端管板平面圖

2.原因分析

換熱器用于冷卻反應物，入口溫度440℃，因為主反應（丙烯氨氧化法）所用催化劑（磷-鉬-鉍-鈰硅膠）的性質，主反應最佳溫度為460～470℃，在此溫度下，反應物均為氣態，不應有聚合物產生。

根據現象分析，介質流速不均勻是主要因素，A區域介質流速過快，并且氣相介質中含有金屬顆粒物（含催化劑），導致該區域鋼管被嚴重沖刷，產生磨粒磨損，而15CrMo在460℃高溫下蠕變強度、持久強度的降低，最終個別管壁嚴重減薄的鋼管在沖刷力和工作壓力共同作用下，內壁產生輕微點滲漏，水蒸氣的滲入導致聚合物產生，而聚合物表面極易吸附金屬顆粒進一步加劇磨粒磨損，并且聚合物所在部位CN-濃度劇增，導致腐蝕。因為15CrMo材料本身耐高濃度CN-高溫情況下能力有限。

3.處理措施

入口側設計上增加氣相物質流速分配器（如氣相分布板等），使氣相物質在整個截面上分布均勻，避免局部有過快流速的氣相物質對鋼管內壁產生嚴重沖刷。在入口端換熱管內部增加襯管，一方面起到防止磨粒磨損作用，另一方面，起到防止高溫下腐蝕鋼管內壁的作用。

升級材料。將15CrMo鋼管更換為進口的1.25Cr-1Mo鋼管，此材料能在更高的溫度下使用，由于雜質含量低，耐腐蝕能力好。只要控制溫度＜450℃。殼程側嚴格控制水蒸氣中Cl離子含量。

工藝上嚴格控制反應溫度＜500℃，因為500℃時丙烯腈單程收率雖然最高，但將發生結焦，堵管現象。或進行緊急措施（噴水或噴水蒸氣）降溫。

工藝上嚴格控制空塔線速度，雖然線速度的增加會使產量提高。但過高的空塔線速度不僅使吹出的催化劑量增加，造成催化劑的損失，而且還會影響反應后的氣體處理。

在預冷卻前增加床頂內三級旋風分離器除塵，回收催化劑的能力，減少催化劑和塵粒進入換熱器的數量。

在預冷卻前考慮增加除氨措施，因為氨的存在可能增加氫氰酸聚合的傾向，但是采取這樣的措施有很大的難度。

4.效果

在新裝置的新設備上采取以上處理措施后，通過一個檢修周期，拆檢換熱器檢查，未發現聚合物沉積和大量金屬狀顆粒物質，管板未再未發生明顯腐蝕現象。