苯乙烯裝置尾氣增壓系統腐蝕分析與防護措施

李偉嬌

【摘 要】隨著經濟和科技水平的快速發展，苯乙烯作為石油化工的基礎產品，廣泛用于涂料、醫藥、制藥、染料、汽車工業和日用輕工產品等行業。隨著苯乙烯裝置產能的不斷擴大，對裝置穩定性生產提出了更高的要求，對于苯乙烯裝置長周期穩定運行，離不開對進料源頭、生產過程、產品質量等各個環節的防聚合工作細心、謹慎對待，對各環節出現的問題及時發現、及時解決，避免造成無法控制的苯乙烯爆聚，因此苯乙烯裝置長周期穩定運行中防聚合，防腐蝕做以下監控與實施對策。

【關鍵詞】苯乙烯裝置;尾氣增壓系統;二氧化碳腐蝕;水冷卻器

引言

在苯乙烯裝置吸收塔頂的尾氣中，氫氣體積分數超過90%，為了更好地回收利用氫氣，在尾氣出裝置前設置尾氣增壓系統進行4級壓縮，每級壓縮后采用水冷器降溫。在大修期間檢查發現，水冷器氣體側的殼體內壁局部發生嚴重坑蝕。分析認為，該系統的腐蝕是由二氧化碳引起的。

1苯乙烯聚合機理

由于結構的特殊性，苯乙烯的化學性質非?；顫?，在受熱或自由基引發劑存在的條件下，苯乙烯自聚生成聚苯乙烯。在聚合反應的前期階段，反應速度是溫度的指數函數。經過前期的快速反應后，反應速度降低，當90%的單體聚合后，反應速度非常慢。

2宏觀腐蝕情況

脫氫尾氣后冷卻器進口管道彎頭的背彎部位出現一腐蝕穿孔，位于彎頭環向焊縫附近下方;脫氫尾氣后冷卻器管程出口封頭內壁布滿黃褐色的腐蝕銹跡，封頭下部（運行狀態時呈水平方向）邊緣有一嚴重腐蝕區域，該區域內有大量的腐蝕坑，局部腐蝕坑已經連成一片，腐蝕減薄明顯，且有腐蝕溝槽。管束內壁及管板表面未見明顯腐蝕。脫氫尾氣后冷卻器出口凝液線的腐蝕穿孔出現在水平段調節閥后的焊縫上，剖開腐蝕穿孔部位的管道發現，管道內壁底部有明顯的腐蝕溝槽及腐蝕坑，且表面有黃褐色腐蝕產物或銹跡。此外，管道內壁底部有較大面積的凹臺，其底部平整，周邊垂直凹底，呈臺地狀，為典型的二氧化碳腐蝕形貌，管道焊縫上有較深的環向腐蝕溝槽，溝槽局部幾乎穿透管壁。管道內壁上部僅有少量的腐蝕銹跡，無明顯腐蝕。

3腐蝕原因分析

（1）在反應條件下，乙苯發生絕熱脫氫反應生成苯乙烯和氫氣的同時，伴隨副反應產生苯、甲苯、甲烷、二氧化碳和一氧化碳等副產物，無效反應分解成乙苯和乙烯，反應混合產物經冷卻氣液分離后，不凝尾氣經吸收與解析回收芳烴后進行增壓，尾氣中氫氣占90%以上。（2）從尾氣增壓系統外送氫氣分析數據來看，主要成分為氫氣，約為95%，其余為二氧化碳、一氧化碳、乙烯、甲烷、氮氣、苯、甲苯、乙苯、苯乙烯、氧氣以及微量水蒸氣，其中二氧化碳約為3%左右;對照氣相各組分的物性，在本系統工況下，能夠形成腐蝕環境的應為二氧化碳。（3）從系統工藝過程來看，混合氣體在增壓過程中，各級壓縮后的氣體冷卻后進入氣液分離罐，切除芳烴類液相，因此，氣相中的二氧化碳比例會隨著各級壓縮略有升高。氣體在殼程冷卻降溫過程中，氣相中的微量水蒸氣冷凝后液化，二氧化碳氣體溶于水形成碳酸，由于液相水量很小，相對而言，溶于水的二氧化碳含量很高，因此形成了飽和碳酸溶液，pH值低到3.8左右，形成較強的酸性環境，導致碳鋼類材料嚴重腐蝕。

4防護效果及建議

4.1精餾系統

粗塔冷凝器（E-402）與精塔冷凝器（E-410）循環水設計為串聯流程。循環冷水經E-410換熱后導致E-402入口循環水溫度較高，最高超過50℃，造成管束結垢。結垢后循環水流速降低，又加劇了結垢，隨著裝置運行時間的增加，結垢現象越來越明顯。裝置運行至第3年，精餾系統冷卻負荷不足，導致粗苯乙烯塔（C-401）塔頂壓力上升。為確保該塔的分離精度，采取提高塔底溫度、加大回流的方式調整操作。高溫高壓的操作條件促進聚合反應的發生，塔內聚合現象嚴重。

4.2入口溫度監控

乙苯脫氫生成苯乙烯的反應是吸熱反應，乙苯平衡轉化率隨著反應溫度的升高而增加。一味地提高反應溫度，雖然乙苯轉化率提高，但副反應也將加劇，生成苯乙烯的選擇性降低，因而反應溫度不宜過高。從降低能耗和延長催化劑壽命以及保證苯乙烯單程收率的前提下，盡量采用較低的反應溫度。因此乙苯絕熱脫氫反應的進口溫度一般控制在615～645℃，隨著催化劑壽命逐漸下降，結合脫氫液中組份的變化，適當調整反應器入口溫度，保證脫氫系統反應得到的脫氫液中苯乙烯含量在59%左右。

4.3反應冷卻系統

（1）加強生產監控，減少生產波動，及時根據壓差等數據判斷換熱器的堵塞情況。（2）正常生產時，確保0.04MPa吹掃蒸汽正常投用。為了保證死區有過量的蒸汽，部分吹掃蒸汽改為0.35MPa。正壓生產時，將吹掃蒸汽由0.04MPa蒸汽改為0.35MPa蒸汽。

5注意事項

（1）在增壓系統的尾氣中含體積分數3%左右的二氧化碳，氣體在冷卻過程中，溶于冷凝產生的液態水中，形成飽和碳酸溶液，進而形成低pH值酸性腐蝕環境，對碳鋼產生較嚴重的腐蝕。（2）在冷卻器殼程中，致使新鮮的金屬界面暴露在碳酸溶液中，遭受流體強烈的沖刷，從而加劇了腐蝕。（3）尾氣增壓系統冷卻器的材質為不銹鋼和碳鋼，在水溶液中直接接觸，致使電極電位較負的碳鋼發生電化學腐蝕。（4）對殼體內壁坑蝕嚴重部位進行堆焊打磨修復，對未進行包焊的接管焊縫采用打磨坡口和包焊，在條件允許的情況下，建議在殼體存在液相發生腐蝕的區域襯一層1mm左右304不銹鋼。（5）鑒于氫氣物料的危險性，在經濟條件允許時，建議將該組冷卻器殼體及碳鋼內件升級為不銹鋼。（6）可增設腐蝕在線監測設施，實時監控尾氣增壓系統腐蝕情況，保障裝置安全運行。

結語

影響苯乙烯裝置長周期穩定運行的主要因素除了苯乙烯聚合問題，尾氣增壓系統的腐蝕也是其中之一。對影響苯乙烯聚合的因素進行分析，發現高溫部位及設備死區更易發生聚合堵塞現象。針對裝置容易發生聚合的部位，分析聚合原因，及時采取應對措施。同時，對尾氣增壓系統的設備和管線腐蝕情況從操作和設備運行上進行嚴格把控，條件允許的情況下采用升級材質為不銹鋼，同時增設在線腐蝕監測系統對尾氣增壓系統腐蝕情況實時監控，保證苯乙烯裝置長周期穩定運行。苯乙烯裝置日常操作運行中應把工作細化、認真對待，對系統源頭、過程、末端的監控與實施提高警惕，對苯乙烯裝置各參數變化異常提前預判，確保苯乙烯裝置長周期的穩定運行。

參考文獻：

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（作者單位：中國昆侖工程有限公司沈陽分公司）