常減壓裝置常壓塔塔頂板式換熱器腐蝕泄漏原因分析

周東

摘要：伴隨我國進口原油的性質趨于劣質化和重質化，越來越多的煉化企業不得不加工高硫原油。文章對常壓塔塔頂板式換熱器泄漏的原因進行分析，并制定了相應的防范措施。

關鍵詞：腐蝕 板式換熱器

前言：常減壓裝置作為煉化企業加工原油的龍頭裝置，對原油性質的變化較為敏感。自加工高硫原油以來，裝置的設備出現不同程度的腐蝕減薄，甚至是泄漏。其中，低溫部位的腐蝕較為嚴重，主要表現在常壓塔塔頂板式換熱器的泄漏。

1、現狀

該煉化企業常減壓裝置由原油電脫鹽、初餾塔、常壓蒸餾、減壓蒸餾部分組成，裝置處理能力為500萬噸/年。

1.1原油性質

該煉化企業原油由國內油庫原油和境外管輸原油混合組成，其中國內油庫原油由任丘原油為主，境外管輸原油以巴士拉輕原油、盧拉原油為主，混合后的原油硫含量設防值為2.0%，酸值設防值為1.0mgKOH/g。目前常減壓裝置原油硫含量為1.5%，酸值為0.35mgKOH/g，屬于高硫低酸值性質的原油。

1.2板換概述

L-016為裝置的常頂餾出線第一組冷卻器，共計2臺，平行并列分布。規格型號為LBQ1400-1.6-LTC，于2013年投用運行。板程介質為常頂汽油，板束材質為工業純鈦，操作溫度為120℃，操作壓力為0.2MPa。殼體介質為熱媒水，材質為Q345R。操作溫度為90℃，操作壓力為1.1MPa。近期，由于常頂板式換熱器L-016發生板束泄漏，造成殼程介質串入板程，嚴重影響了裝置的平穩運行。

1.3板束泄漏

L-016的泄漏發生在管板與板片結合部位的焊縫處，主要表現為焊縫開裂，具體如圖1所示。由于板換的殼程壓力遠大于板程，板束一旦泄漏，殼程的熱媒水介質將會串入板程的汽油中，汽油經換熱器冷卻后，進入塔頂回流罐進行汽水分離，在板束泄漏量較小的情況下往往不易發現。在裝置大檢修期間，對冷換設備進行抽裝管束打壓的常規檢修。抽裝管束時，發現板束外表面有大量淤泥。設備打壓時發現板束焊縫開裂滲漏。

2、原因分析

2.1制造缺陷

金屬鈦化學性質活潑，由于其在常溫下能與空氣中的氧發生化學反應生成具有抗腐蝕性的氧化膜而被廣泛應用于工業生產中。在焊接作業時，由于金屬鈦的導熱系數小、熔點高，容易形成熱量的聚集，導致熔合區晶間間隙變大，易形成氣孔和裂紋，大大降低了焊接接頭的綜合性能。鑒于金屬鈦本身的化學性質，在焊接過程中易形成焊接缺陷。另外，L-016板束為人工手動焊，焊接速度、焊接電流、焊接線能量均會影響焊接質量，焊接質量受限于焊工水平的高低。設備進廠驗收時，管板與板片處的焊肉有明顯的修復痕跡，側面反映出焊接缺陷普遍存在。驗收設備時，對焊縫的驗收往往只采用宏觀檢查，驗收手段不多，后期的使用中易出現焊縫泄漏的情況。

2.2沖刷磨損

塔頂餾出線為DN800管線，L-016入口為DN450管線，板換入口處有明顯變徑， 常頂汽油進入L-016后流速迅速加快，對管板、板束形成沖擊。另外，常頂汽油介質較臟易攜帶黑色焦狀油泥，板束夾層間距較小，易形成堵塞，堆積至管板處。管板與板片焊縫處的焊肉長時間承受流體及黑色焦狀油泥的沖刷，易形成疲勞磨損，造成焊肉減薄，直至泄漏。

2.3化學腐蝕

L-016的化學腐蝕主要表現在HCl腐蝕，原油中不可避免地含有NaCl、MgCl2和CaCl2等的氯化物，雖經過電脫鹽處理但仍然無法做到完全脫除氯鹽。脫后原油經換熱升溫后，原油中的氯鹽開始水解，生成HCl。具體反應過程如下：

MgCl2+2H2O→Mg（OH）2+2HCl

CaCl2+2H2O→Ca（OH）2+2HCl

氯鹽水解生成的HCl，經常頂冷卻器L-016冷卻后與冷凝水結合形成高濃度的鹽酸，鈦制換熱器在高濃度鹽酸的環境中發生化學反應，對設備造成腐蝕，如圖2所示。具體反應過程如下：

2Ti+6HCl→2TiCl3+3H2↑

2.4 流體偏流

L-016殼程介質為熱媒水，介質較臟。在檢修鑒定期間發現板束外表面有大量淤泥，嚴重影響換熱器的正常換熱。伴隨著淤泥的逐漸增多，熱媒水在殼程的流動受阻，換熱器的換熱效果逐漸變差。兩臺換熱器平行并列分布，裝置運行末期出現偏流現象。熱媒水攜帶的淤泥進一步附著在板束的外表面，形成垢下腐蝕。另外，殼程介質熱媒水的操作壓力較高，換熱器的偏流及殼程流體流通受阻，易形成交變載荷作用在換熱器板束上，對板束長時間進行沖擊磨損。

3、防護對策及建議

3. 1優化塔頂三注

3. 1. 1 塔頂三注噴頭改造

常頂三注噴頭結構過于簡單，無法起到均勻分布的效果，噴頭材質為20#，腐蝕也較為嚴重，溶劑注入后效果欠佳。利用檢修期間將常壓塔塔頂三注噴頭進行更新，噴頭材質采樣抗腐蝕性能較好的鈦材。噴頭前端裝設分布器，能起到均勻分布溶劑的作用。目前三注噴頭運行良好，常頂采樣合格率有所提升。

3. 1. 2 建議增上DCS串級控制

常減壓裝置的低溫腐蝕主要以工藝防腐為主，在實際生產中往往依靠塔頂回流罐鐵離子、PH值的采樣分析，然后根據采樣結果來調整注劑量。然而這種采樣分析往往存在滯后性，只有暴露問題了才調整操作。建議增加在線采樣分析，對在線采樣分析數值與注劑泵量程進行串級控制，根據采樣數值自動調整注劑泵的行程。

3. 2優化換熱流程

L-016殼程介質較臟，且操作壓力高達1.1MPa，不適用于制造較為精密的板式換熱器，建議選用介質干凈、操作壓力較低的流體作為換熱的冷源。目前采用定期清理熱媒水機泵入口過濾器的措施，有條件的情況下清理熱媒水罐，達到了一定的效果，緩解了換熱器的腐蝕。

3. 3增設反沖洗流程

建議在換熱器殼程增上反沖洗流程，采用清潔的反沖洗水定期對板束進行在線清洗，可有效清除附著在板束外表面的的淤泥，避免板束外表面結垢而形成垢下腐蝕，增強換熱器的換熱效果，有效延長換熱器的使用壽命。

結束語

在實際生產中，常減壓裝置低溫部位的腐蝕較為常見，主要控制手段仍以工藝防腐為主，部分煉化企業通過對冷換設備材質的升級來抵御腐蝕。初常頂換熱器普遍采用鈦材，本文對常頂冷換設備的腐蝕原因做了分析，闡述了其腐蝕機理，提出了相應的防護對策及建議，為今后的改造提供了技術依據。

參考文獻：

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石家莊煉化 河北 石家莊 050000