CO2 吸收塔進料預熱器失效探究

李俊日

（中國石油四川石化有限責任公司，四川成都 611930）

1 背景介紹

2020 年7 月，中國石油四川石化有限責任公司生產(chǎn)六部的乙二醇裝置的CO2吸收塔進料預熱器E-202 發(fā)生腐蝕穿孔問題，車間立即采取相應措施進行腐蝕的原因分析。

該預熱器的換熱器型式為固定管板式，E-202 換熱管設計規(guī)格為Ф25×2 mm，與管板的連接方式為“強度焊+貼脹”；管束材料型號為CS/CS，其管程、殼程的操作條件見表1。

表1 管程、殼程的操作條件

2 檢測分析

2.1 宏觀檢查

該臺換熱器共有換熱管1954 根，本次堵管50 根、堵管率為2.5%，泄漏的換熱管主要集中在第一管程中下部、溫度較高的區(qū)域（圖1）。換熱管與管板焊縫無腐蝕跡象，焊接紋路清晰可見，換熱管端部邊角銳利（圖2）。管箱內(nèi)表面有輕微黃銹，腐蝕輕微，均勻腐蝕≤0.1 mm。

圖1 換熱管堵管形貌

圖2 換熱管失效泄漏處形貌

2.2 渦流檢測

（1）壁厚。平均壁厚1.53 mm，最小壁厚0.60 mm，最大壁厚1.75 mm。其中，壁厚值小于1.5 mm 的列管全長壁厚不均勻，存在局部減薄區(qū)且減薄區(qū)分布無規(guī)律；其余列管全長壁厚基本均勻一致，但都存在均勻減薄趨勢。

（3）缺陷。有1 根列管存在嚴重缺陷信號顯示，其缺陷體積當量大于對比樣管上Ф3 mm 通孔缺陷信號，管號為01-45#，缺陷位置在距西側(cè)管口1.3 m 左右處；其余被檢列管均存在連續(xù)缺陷信號顯示，缺陷體積當量略小于對比樣管上4×20%深度平底孔缺陷信號。

2.3 定點測厚情況

E-202 管程介質(zhì)為貧碳酸鹽溶液，管程入口管線上按測厚管理規(guī)定布有1 個測點，殼程進出口管線管徑較大（DN900/600 mm）且在高處，介質(zhì)為氣態(tài)，按規(guī)定未進行相關測厚布點。YE-215 測點最近一期腐蝕速率0.036 mm/a，定點測厚結(jié)果表明，E-202 管程未發(fā)現(xiàn)明細減薄現(xiàn)象。

2.4 化驗分析情況

2020 年7 月24 日，對乙二醇裝置的E-202 循環(huán)氣進行采樣分析。腐蝕介質(zhì)中主要成分是CO2（有機酸由于條件限制無法分析），化驗結(jié)果見表2。

表2 E-202 循環(huán)氣采樣分析結(jié)果

3 國內(nèi)部分企業(yè)調(diào)研

（1）中海油（惠州）殼牌（SHELL）。中海油（惠州）殼牌2006年開車運行，乙二醇裝置加工處理量與四川石化公司基本相同，處理工藝相同。2013 年之前E-202 曾經(jīng)出現(xiàn)大面積泄漏現(xiàn)象，原因是最初支撐板與管束之間在循環(huán)氣作用下產(chǎn)生振動摩擦導致泄漏，貧液進入殼程產(chǎn)生酸腐蝕和沖蝕現(xiàn)象。2013 年以后，更換了換熱器一直至現(xiàn)在，未出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。

（2）遼化公司。遼陽石化乙二醇年加工處理量20 萬噸，2007年12 月開車運行，加工工藝與四川石化相同，E-202 未發(fā)生過泄漏現(xiàn)象。

（3）寧波富德。寧波富德采用和四川石化乙二醇相同SHELL技術，其開工時間為2013 年，CO2進料加熱器未發(fā)生過泄漏現(xiàn)象。

4 失效初步分析

綜合腐蝕檢查、渦流檢測化驗分析、定點測厚、內(nèi)窺鏡檢查以及國內(nèi)調(diào)研結(jié)果，腐蝕原因推測如下：

（1）最初支撐板與管束之間在循環(huán)氣作用下產(chǎn)生振動摩擦導致泄漏，貧液進入殼程產(chǎn)生酸腐蝕和沖蝕現(xiàn)象。流入殼體的碳酸鹽不斷聚集濃縮，出現(xiàn)垢下腐蝕及結(jié)晶現(xiàn)象，在氣、液、固三相流（至少兩相流）作用下，對管束局部（局部湍流）產(chǎn)生強烈的沖刷磨蝕。支撐板與管束之間振動摩擦加速了開裂進程。

（2）編號01-45#的換熱管渦流檢測時發(fā)現(xiàn)，在距西側(cè)管口1.3 m 左右處已穿孔，在距西側(cè)管口約1.3 m 處正好有一個支撐板。殼程內(nèi)窺鏡檢查表明，支撐板和換熱管間存在較大的縫隙，因循環(huán)氣流速大，易導致管束的振動。

（3）循環(huán)氣露點很低、約-40～-50 ℃，該工藝下循環(huán)氣溫度約47 ℃，主要含有CO2、甲烷、O2和微量的水蒸汽等，循環(huán)氣在氣態(tài)條件下腐蝕輕微。如果微量水存在就會形成碳酸腐蝕、有機酸腐蝕，溫度越高腐蝕問題越嚴重。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

根據(jù)推測分析和國內(nèi)部分裝置調(diào)研結(jié)果，推測結(jié)論如下：（1）最初支撐板與管束之間在循環(huán)氣作用下產(chǎn)生振動摩擦導致泄漏，貧液進入殼程產(chǎn)生酸腐蝕和沖蝕現(xiàn)象。

（2）流入殼體的碳酸鹽不斷聚集濃縮，出現(xiàn)垢下腐蝕及結(jié)晶現(xiàn)象，在氣、液、固三相流（至少兩相流）作用下，對管束局部（局部湍流）產(chǎn)生強烈的沖刷磨蝕[1]。

（3）支撐板與管束之間振動摩擦加速了開裂進程。

5.2 建議

（1）建議對失效換熱管取樣做失效分析，以確定真正失效原因。

（2）換熱器管束出現(xiàn)嚴重減薄現(xiàn)象，嚴重影響生產(chǎn)的安穩(wěn)運行，依據(jù)SHS 04523—2004《列管式換熱器維護檢修規(guī)程》，建議備貨更換管束。

（3）改進完善E-202 制造加工質(zhì)量[2]。E-202 嚴格執(zhí)行制造加工規(guī)范，控制管束與支撐板間隙在規(guī)定范圍內(nèi)。可以考慮管束在循環(huán)氣入口、循環(huán)氣出口增加防沖板或?qū)Я魍玻苊饣蚪档脱h(huán)氣直接接觸管束導致擾動振動現(xiàn)象。