淺析板式換熱器結垢原因及措施

蘇雪朝 張帥

摘 要：2019年10月華北石化2#常減壓裝置原油-初頂油氣全焊式板式換熱器結垢、換熱效果大幅度下降，換熱器前后壓差升高。本文以華北石化2#常減壓為例分析板換結垢堵塞的情況、垢樣成分的分析，并提出了相應的解決措施。

關鍵詞：板式換熱器;結垢;水質

1? ?引言

1.1? 裝置簡介

中國石油華北石化分公司2#常減壓裝置由洛陽研究院設計，常壓處理量為500萬噸/年，減壓處理量為300萬噸/年。新建500萬噸/年常減壓蒸餾裝置加工巴士拉原油和烏姆謝夫原油的混合原油，其中巴士拉原油為420萬噸/年，烏姆謝夫原油為80萬噸/年。其混合原油硫含量為2.77%（wt），重金屬Ni+V的含量為30ppm。

2#常減壓裝置常壓加工流程為原油自罐區來進裝置后均分兩路進行換熱后混合進入電脫鹽部分進行脫鹽脫水，然后進入C101初餾塔）。C-101（初餾塔）塔頂油氣經E-101A，B換熱至約98℃后進入EA-101A-F（初頂空冷器）冷凝冷卻到66℃后進入V-102（初餾塔頂回流罐）進行氣液分離。初底油合并后經E-129A，B（初底油-減壓渣油（I）換熱器）換熱到303℃，進入到F-101（常壓爐）。加熱至約358℃進入C-102（常壓塔）。C-102（常壓塔）塔頂油氣（120℃）經EA-102A-D（常頂一級油氣空冷器）冷凝冷卻到95℃后進入V-103（常頂回流罐）進行氣液分離。V-103分離出的常頂一級油經P-107A/B（常頂回流油泵）抽出，一部分作為常頂回流，另一部分經E-151（常頂一級石腦油冷卻器）送輕烴回收裝置;分離出的含硫污水經泵P-120A/B（常頂一級排水泵）升壓，部分作為塔頂注水，部分排出裝置;分離出的油氣經E-152A，B（常頂二級油氣-熱水換熱器）、EA-103A，B（常頂二級油氣空冷器）、E-142（常頂油氣冷卻器）冷凝冷卻至40℃后進入V-104（常頂產品罐）進行氣液分離。

1.2? 原料性質

2#常減壓開工后加工的華北油，至2019.4月底開始加工華北南部、北部、上扎庫姆、冀東油;5.6日上扎庫姆原油切換為沙輕原油，至5月20日，全部加工進口油，6月初開始摻煉俄油，加工沙輕、俄油、冀東油，6-7月沙輕加工比例較高，逐漸提高了俄油加工比例，至7月底，俄油比例超過沙輕。

2#常減壓初餾塔注水為塔頂凝結水回注，水中含有氨氮（平均33mg/L），硫化物（平均25mg/L）與氯離子（平均5mg/L）。

1.3 原油-初頂油氣全焊式板式換熱器

2#常減壓裝置原油-初頂油氣全焊式板式換熱器共設置4臺（E101A-D），A側為初頂油氣，B側為脫前原油。E101A-D型號是CPX75-V-450，CP是全焊式，X是換熱板板型，換熱板是750mm*750mm，換熱板數量是450片。芯體材質是Ti板，面板材質是Q345R。設計壓降是10.5KPa。廠家為阿法拉伐（江陰）設備制造有限公司。

2? 板式換熱器堵塞情況分析

2.1? 堵塞情況

2018年9月2#常減壓裝置開工投用后E101A-D壓降為8KPa，2019年4月E101A-D壓降為8KPa，2019年6月底開始E101A-D壓降開始增加，2019年10月初E101A-D壓降增加至148KPa，已接近最大壓降（150KPa）了，二聯合運行部同公司和廠家技術負責人溝通后決定先拆檢兩臺E101CD。

2.2? 詬樣分析

10月18日18：00拆除E101CD的A側和B側所有面板，并分別留取A1側初頂油氣入口處和A2側中間段初頂油氣折流入口處的垢樣，從堵塞物外觀看，為灰黑色固體塊狀物，質地較硬，且有分層現象，此物常溫下不溶于水。垢樣寄往沈陽中科韋爾腐蝕控制技術有限公司和濟南瑞東實業有限公司，化驗分析結果如下：通過能譜分析可見，兩個樣品中均含有 Ca 、 C 、 O 、 Fe 和Cl、S 等元素，說明垢樣中的主要成分均為鹽類垢物和鐵的腐蝕產物。分析可見，換熱器中部垢樣中主要檢出成分為（NH4）2CO3和 CaCQ3 ，換熱器入口垢樣中主要檢出成分為Fe3S4.。結合以上檢測分析，結論如下：1）換熱器入口和換熱器中部垢祥均含有鹽類垢物和鐵的硫化物腐蝕產物;2）換熱器中部垢物成分主要為（NH4）2CO3和CaCQ3，局部夾雜有腐蝕產物;3）換熱器入口垢物主要成分為同時含有一定量的CaCO3及（NH4）2CO3等鹽類。

2.3? 對板式換熱器堵塞成因分結論

通過對初餾塔頂板式換熱器解體以及對垢樣的化驗分析，認為板換堵塞直接原因：生產水中含量很高的碳酸鹽或其它堿類在通過塔頂注水和注緩蝕劑水溶液等方式下進入管道，與高溫油氣作用下固體結晶析出后聚集并附著在管道內壁而最終導致板換結垢并發生堵塞。

3? 解決措施

經過對初餾塔頂板式換熱器堵塞成因分析：是由于直接使用生產水注水和溶解藥劑，而導致溶于水的碳酸鹽或其它堿鹽類固體物質析出、聚集附著在板換管道內壁而最終導致板換堵塞。為此提出整改措施如下：

（1）塔頂注水由回注水改為凈化水，密切監測水質情況。

（2）緩蝕劑溶解水由凈化水改為新鮮水。

（3）注意兩注加入量，嚴格執行廠家提供的技術協議。

（4）嚴格執行操作規程、避免裝置大幅度波動。