分餾塔噴淋型濕式空冷器管束腐蝕原因分析與防護

李 旭,劉 暉

(西安石油大學 機械工程學院，陜西 西安 710065)

分餾塔空冷器作為催化裂化生產中的關鍵設備之一，在石油煉化生產中，它肩負著降低富氣溫度，向氣壓機組輸送符合工藝要求壓縮富氣，維護裝置平穩運行，提高輕質油收率的重任。延安煉油廠聯合二車間分餾塔使用的是噴淋型濕式空冷器，該空冷器自2013年投用以來，由于空冷器管束出現不同程度的腐蝕而導致發生多次泄漏，造成富氣溫度升高，引起富氣量的異常波動，進而對氣壓機組的平穩運行及整個催化裝置的安全生產造成嚴重影響。因此，對分餾塔濕式空冷器管束在使用過程中的腐蝕問題進行分析，以便在今后的生產中采取相應的預防措施，保證企業安全生產[1]。

1 濕式空冷器基本工況

1.1 工作原理

圖1 噴淋型濕式空冷器結構示意圖

延安煉油廠200萬t/a催化分餾塔空冷器A-2201采用的是目前煉化行業最常用的噴淋型濕式空冷器，其結構示意圖如圖1所示。工作原理：來自水處理中心的軟化水經過循環水泵加壓后輸送到位于管束兩側的噴淋管內，經噴頭并借助引風機的風力直接在管束的翅片管上噴霧狀水，使翅片表面完全被水濕潤，不僅可以降低空氣進入管束時的溫度，而且依靠翅片表面上水的蒸發帶走大量的熱，使得管束內的高溫富氣與管束外的噴淋水及空氣熱交換效果顯著提高，使管束內富氣溫度在出口時達到工藝需要的溫度。噴淋型空冷器噴淋用水量僅為水冷器的2%～3%，其熱交換效果比干空冷器高2～4倍。

1.2 工作環境

分餾塔空冷器A-2201露天放置在分餾裝置區二層平臺上，共20組，空冷器管束材質為10#鋼，管箱材質為Q345R，管束表面采用熱鍍氧化鋅工藝防腐，管束內介質為高溫富氣，噴淋管內介質為來自水處理中心的軟化水。

分餾塔空冷器A-2201的基本參數如表1。

表1 噴淋型濕式空冷器設備參數

2 分餾塔濕式空冷器管束腐蝕原因分析

2.1 管內低溫化學腐蝕

延安煉油廠原料油屬于典型的陜北特低滲透原油，其含鹽量和含水量較高，雖然催化裝置的原料油先經過脫鹽、脫水處理，但其含鹽量基本在10mg/L左右，原料油在反應器中和催化劑高溫反應，原料油中含有的MgCl2和CaCl2在溫度達到200℃時開始水解，形成具有強腐蝕性質的HCl，其化學反應機理如下式[2]：

水解形成的強腐蝕性介質HCl和分餾塔頂出來的富氣中的其他硫化物，尤其是 一起揮發成氣態，HCl和H2S等含硫物質在氣態時對空冷器管束的腐蝕性很小，可以忽略；但是當富氣進入A-2201空冷器時，在空冷器的冷凝作用下，富氣溫度從110℃左右急劇下降，此時，富氣中含有的水蒸氣冷凝成液體，而HCl和 就會溶于水，形成具有強烈腐蝕性的"稀鹽酸腐蝕環境",即低溫 腐蝕，其化學反應機理如下式[3]：

空冷器管束處于稀鹽酸腐蝕環境中，H2S與空冷器管束發生化學反應生產腐蝕產物FeS，而FeS附著在管束表面會起到保護管束的作用，但是又由于HCI的存在，HCI與FeS繼續發生反應繼而破壞保護層，同時產生H2S進一步加重腐蝕，形成循環性腐蝕。其化學反應機理如下式：

2.2 電化學腐蝕

分餾塔空冷器A-2201的管束使用的是10#鋼，并且在管束表面鍍了一層氧化鋅薄膜作防腐蝕保護，但是空冷器是露天放置，其關鍵部位管束都暴露在大氣中，又由于空冷是噴淋型濕式空冷器，在工作時，管束受到冷卻水持續不斷的噴淋，以及雨水沖刷等外界環境的綜合影響，空冷管束在使用過程中表面的氧化鋅保護膜會發生局部腐蝕，使得保護膜局部破壞，這時保護膜受到破壞部位的金屬裸露在潮濕的環境中，此時裸露的金屬表面吸附了空氣中的水分，并形成了一層薄薄的水膜，而煉油廠的空氣中存在著一定量的二氧化碳、二氧化硫和其他的含硫氮化合物，其和空氣中的氧氣一起溶解在這層水膜中，在金屬表面形成一層電解質溶液，它跟鋼鐵里的鐵和少量的碳恰好形成無數微小的原電池，而浸泡在這層溶液中的10#鋼中含有其他雜質，如石墨、滲碳體(Fe3C)以及其它金屬和雜質，這些雜質大多數沒有鐵活潑。于是在這些原電池中鐵元素失去電子成為陽極，而其他雜質則為陰極，形成腐蝕原電池，又由于鐵與雜質緊密接觸，使得電化學腐蝕不斷進行。其化學反應機理如下式：

陽極

陰極

總反應

2.3 循環冷卻水腐蝕

噴淋式濕式空冷器管束外表面由于長期受到冷卻水的沖刷，會在管束外表面形成一層水垢對管束造成腐蝕影響。其腐蝕程度與冷卻水的水質、流速、溫度和空冷器管束的材質有很大關系；延安煉油廠循環水來自洛川縣葫蘆河，平均含沙量7.8kg/m3，現狀水質為Ⅱ類，礦化度402mg/L，屬于典型的高含沙量黃土高原水系，水質偏硬，雖然經過水處理中心的軟化處理，但是循環水中還是溶解有各種鹽類，如重碳酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽等，形成過飽和的水溶性鹽類溶液，在這些溶解的鹽類物質中，重碳酸鹽的性質極不穩定，容易受熱分解生成碳酸鹽沉積在金屬表面。當冷卻水中溶解有較多重碳酸鹽時，冷卻水噴淋到空冷器管束表面時，由于其管束表面溫度較高(富氣進入空冷時溫度為110℃左右)，此時重碳酸鹽就會受熱分解。其化學反應機理如下式：

上述系列反應中生成的 CaCO3，MgCO3屬微溶性鹽，他們在水中的溶解度比重碳酸鹽低，并且他們的溶解度隨著溫度的升高而降低，因此在管束表面這些微溶性鹽容易形成過飽和溶液而析出結晶，沉淀在空冷管束表面形成水垢，引起空冷管束發生嚴重腐蝕。

3 預防措施

通過對分餾塔濕式空冷器管束腐蝕的幾種原因進行分析，我們可以在以后使用的過程中采取以下幾項針對性的措施來提高空冷器管束的使用壽命。

3.1 加強“一脫三注”工藝

對于低溫 腐蝕 , 目前國內主要采用“一脫三注”的方法, 就是原油深度脫鹽、脫后原油注堿、分餾塔頂注氨(或胺 ),注緩蝕劑[4]采用這種工藝可除去原油中的雜質,中和管束中已生成的酸性介質,使管束表面形成保護層，破壞低溫腐蝕產生的環境，從而起到防護的目的。

3.2 采用高耐腐蝕保護層

濕式空冷器管束材料一般使用的是10#鋼，屬于低耐腐蝕性材質，其表面的氧化鋅薄膜容易被破壞，可給管束表面鍍一層高耐腐蝕性鋅鐵合金電鍍或Zn-Mg 合金鍍層[5]，防止電化學腐蝕的發生。

3.3 改善循環冷卻水水質

濕式空冷器使用的循環冷卻水應使用經過水處理中心的沉淀、軟化等處理，降低水質硬度，減少軟化水中含鹽量，也可在軟化水中加入緩蝕劑或阻垢劑減緩腐蝕。