催化穩定塔底重沸器管束腐蝕泄漏分析①

文 朋

(玉門油田分公司煉化總廠)

催化穩定塔底重沸器管束腐蝕泄漏分析①

文 朋

(玉門油田分公司煉化總廠)

針對某催化裝置穩定塔底重沸器管束的泄漏情況，分析得出其中介質流動不暢汽化后形成氣泡對管束的撞擊和含硫介質腐蝕是管束腐蝕泄漏的主要原因，并從工藝操作、設計選材等方面提出防護措施。

催化裝置 重沸器 管束 腐蝕 泄漏

玉門煉化總廠催化裝置于1994年11月建成投產，原設計規模500kt/a，2004年9月改造為800kt/a，吸收穩定系統利舊未進行改造。穩定汽油自重沸器H-303加熱后返回穩定塔，熱源采用催化裝置回煉油。2016年3月發現分餾塔回煉油泄漏至穩定汽油中，隨后停用H-303更換管束，抽芯后發現管束腐蝕穿孔泄漏嚴重，筆者對泄漏情況和原因進行了現場分析。

1 設計及操作條件

穩定塔底重沸器H-303原設計為殼體材料16MnR，管束材料09Cr2AlMoRE。2013年9月整體更換該換熱器，由湖北晨光石化設備有限公司制造，殼體材料Q345R，管束材料10#。管程設計溫度420℃，操作溫度350℃；殼程設計溫度285℃，操作溫度180℃。

2 外觀腐蝕情況

催化裝置H303管束抽芯后，發現管束外側呈黑褐色，管束底部和管束上部出口到兩側管板之間光潔度較好，無明顯腐蝕痕跡；肉眼觀察管束內部，內表面比較光潔無明顯腐蝕痕跡。管束正上方換熱管之間被灰黑色積垢堵死，由圖1看出管束上面的垢層堆積致密，清除換熱管兩側出口之間表面垢層后，發現垢層下管束減薄最嚴重，表面存在蜂窩狀點蝕坑，已出現縱向裂口(圖2)，檢查周邊管束，發現腐蝕減薄嚴重。管束屬于均勻減薄后被腐蝕穿孔。判斷腐蝕主要存在于管壁外側，即殼程汽油一側介質流動不暢汽化后造成起氣泡對管束撞擊和含硫介質腐蝕是管束腐蝕泄漏的主要原因。

圖1 管束結垢情況

圖2 管束腐蝕情況

3 泄漏原因分析

3.1 介質汽化造成高速氣泡撞擊

穩定汽油在管束上方處于氣相向液相轉變過程，汽化量大，氣流中形成大量含有硫化氫及液態烴等混合物的氣泡，氣泡受周圍液體擠壓崩裂，對管束表面形成錘擊，破壞金屬保護膜，腐蝕介質不斷侵蝕最終形成蜂窩狀坑蝕[1]。同時，加劇了管束上部管子硫化氫腐蝕減薄速度，這是換熱管上方腐蝕減薄泄漏的主要原因。

3.2 死區的形成

管束上方介質溫度最高，汽化量最大，外表面腐蝕最嚴重，積垢沉積最多，上方管束被結垢堵塞，致使流體流動不暢，流體流速低或不流暢會導致嚴重的垢下腐蝕[1]。升汽管間管束與殼體空間較小，形成死區，腐蝕情況最嚴重。在殼程升汽管位置由于空間較大，腐蝕情況相對較輕。

3.3 存在腐蝕介質

該催化裝置穩定塔的穩定汽油中硫含量在3‰～4‰之間，液態烴中H2S含量最高可達到0.4%。從穩定塔抽出的汽油、液態烴等液體混合物經與重沸器回煉油換熱到180℃，輕組分迅速汽化，在殼程上部充滿H2S、液態烴等氣體混合物，構成換熱管與殼體之間的腐蝕環境。水分與硫化物經加熱濃縮附著于管束表面，使管束表面形成濃度較高的濕硫化氫腐蝕環境。

硫化氫會發生電離，使水具有酸性：

H2S = H++ HS-

HS-= H++ S2-

陽極：Fe - 2e→Fe2+

陰極：2H++2e→H2

陽極反應產物：Fe2++ S2-→FeS

硫化亞鐵是一種有缺陷的結構，與鋼鐵表面的粘結力差，易脫落，易氧化，且電位較正，因而作為陰極與鋼鐵基體構成一個活性的微電池，對鋼基體繼續腐蝕。H2S除電化學腐蝕外，還存在氫鼓泡(HB)、氫致開裂(HIC)、硫化物應力腐蝕開裂(SSCC)及應力導向氫致開裂(SOHIC)等腐蝕形態[2]。同時，H2S和無機鹽等相互促進，進一步加劇管束的腐蝕泄漏。

3.4 管束材料耐蝕性差

H-303管束設計材料為09Cr2ALMoRE，具有優異的抗濕硫化氫腐蝕能力，且相較于不銹鋼等材料價格低廉，在2013年以前也取得良好的使用效果，因此是一種經濟有效的選擇，但應注意09Cr2ALMoRE不耐Cl-腐蝕。2013年大檢修時由于H-303管束無法抽出，將換熱器整體更換，管束材料變為10#，該材料耐蝕性能差，在高速氣流沖刷和濕硫化氫腐蝕環境下，易發生均勻減薄和應力腐蝕開裂。

4 建議

4.1 在日常操作中要避免重沸器內發生大量汽化，通過合理控制穩定塔底液面和適當提高穩定塔操作壓力等手段，使汽化段上移。重沸器液位應保持足夠高度，通常在管束上方應保持150～200mm的液體，同時維持低流速，減少或避免在管束上方汽化造成高速氣流沖刷。

4.2 由于穩定塔底重沸器換熱管外側介質腐蝕性較強、內外壁溫差較高，要根據操作條件合理選材，宜選用抗腐蝕性能較高的材料如滲鋁、304、316及雙相不銹鋼等。

4.3 采取一些工藝防腐措施，如在催化分餾塔頂加注中和劑、緩蝕劑，可使部分含硫腐蝕介質溶解在汽油分液罐，隨含硫污水排出。同時，減少開停工次數，降低原料含硫量，定期清洗管束減少垢層，也可以降低管束腐蝕泄漏風險。

4.4 在重沸器結構設計階段盡可能增大溫度高區域氣相組分空間，避免管束處于氣液兩相區，汽化造成高速氣流沖刷。采用折流桿、增加管束間隙、適當增加殼程流動空間也可提高管束使用壽命。同時，在穩定塔底抽出處，擴大管子直徑，可降低液體的流速，從而降低沖刷腐蝕。

[1] 李麗紅，丁杰.穩定塔塔底換熱管管束失效淺析[J].石油化工腐蝕與防護，2010, 27(1)：58～60.

[2] 梁文彬.塔底重沸器泄漏與改進[J].石油化工腐蝕與防護，2009,26(2)：23～26.

文朋(1987-)，工程師，從事煉化企業設備現場管理和設備防腐蝕管理工作，362177917@qq.com。

TQ051.5

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0254-6094(2017)01-0114-02

2016-07-17，

2016-10-05)