含硫污水汽提装置设备运行问题探讨.pdf

硫酸工业Sulphuric Acid Industry第 3 期2023 年 6 月No.3Jun.2023含硫污水汽提装置设备运行问题探讨王再文（中国石油化工股份有限公司荆门分公司，湖北荆门 448000）摘要：通过对某石化公司在用含硫污水汽提装置设备运行情况进行分析，从汽提塔塔盘结垢、换热器管束腐蚀结垢、管线腐蚀泄漏等几方面，研究探讨了出现问题的可能原因，并从生产工艺操作、设备使用维护等方面提出操作管理改进建议，保障装置长周期运行。关键词：含硫污水汽提塔换热器结垢腐蚀中图分类号：X703 文献标志码：B 文章编号：1002-1507(2023)03-0017-04Discussion on equipment operation of sulphur-containing wastewater stripping desulfurization unitWANG Zaiwen(SINOPEC Jingmen Branch,Jingmen,Hubei,448000,China)Abstract:Based on the analysis of the operation of the equipment of the sulphur-containing wastewater stripping unit in use in a petrochemical company,the possible causes of the problems are preliminarily studied and discussed from the aspects of the scaling of the stripper tray,the corrosion and scaling of the heat exchanger tube bundle,and the corrosion and leakage of the pipeline,and the operation and management suggestions are put forward from the aspects of production process operation,equipment use and maintenance,so as to ensure the long-term operation of the unit.Key words:sulphur-containing wastewater;stripper;heat exchanger;scaling;corrosion某石化公司建有 3 套含硫污水汽提装置，1#汽提装置于 1993 年建成投产，设计能力 32 t/h；2#汽提装置于 1998 年建成投产，设计能力 80 t/h；3#汽提装置于 2012 年建成投产，设计能力 140 t/h。1#与 2#汽提装置处理加氢装置的含硫污水，共用1 套氨精制系统。3#汽提装置处理非加氢含硫污水，单独使用1套氨精制系统。笔者以2#汽提装置为例，针对设备出现的结垢、腐蚀情况，分析探讨可能的原因，提出可操作的运行管理和设备改造建议，保证装置长周期运行。1工艺流程2#汽提装置工艺流程见图 1。上游装置产生的含硫污水脱气后进入含硫污水原料罐，进行静置、脱油后由原料泵分两部分输送至汽提塔内，一部分经冷进料换热器由塔顶进入，收稿日期：2023-03-01。作者简介：王再文，男，中国石油化工股份有限公司荆门分公司炼油四部设备员，主要从事设备管理工作。电话：[phone]；E-mail：。为冷进料；另一部分经一级冷凝冷却器换热后由塔填料上方进入，为热进料。利用含硫污水中 H2S 和NH3两者之间挥发度和溶解度的不同，在塔底通入蒸汽进行汽提。将 H2S 从塔顶抽出送至酸性气处理装置；粗氨气从侧线抽出，经三次冷凝三次分离后，进入氨精制系统，制成液氨装车外销。分凝液由分凝液泵分两路输送，一路送至原料罐，一路送至原料泵入口。从汽提塔底出来的净化水一部分去上游装置回用，其余去污水处理单元进行处理。22#汽提装置设备结垢、腐蚀情况2#汽提装置在运行一段时间后开始出现塔底蒸硫酸工业182023 年第 3 期图12#汽提装置工艺流程汽消耗量增加、净化水质量不合格、侧线抽出气体中频繁带液等情况，采用蒸塔、吹扫、降低处理量等方式进行处理后效果不佳，严重制约装置长周期运行。随着运行时间的延长，2#汽提装置含硫污水管线及冷凝液管线焊缝泄漏缺陷增多，多处采取带压堵漏措施，装置运行风险不断增大。在停工消缺时发现，汽提塔塔盘、浮阀、降液板及换热器管束出现不同程度的结垢和腐蚀。2.1汽提塔结垢堵塞情况检修时发现，汽提塔侧线以下部位大量结垢，其中塔盘、浮阀、降液板、人孔内侧及塔壁结垢较为严重（见图 24）。正常情况下，蒸汽从塔盘底部通过浮阀孔将浮阀顶起，气液两相进行传质传热，但是当大量污垢附着于塔盘、浮阀表面时，会导致浮阀不能根据塔底蒸汽的流量自由调节升降，导致汽提塔操作波动大，影响生产。此外，塔底再沸器壳程、含硫污水热进料换热器管束均存在结垢情况（见图 56），污垢几乎覆盖了管束。由于管束密集，污垢较硬，清洗非常困难，管束表面的污垢可以清洗去除，但管束中间由于空隙过小，不易清洗去除。从现场换热器的结垢情况来看，原料水侧结垢严重的均是工作温度较高的换热器，且温度越高，结垢越多，污垢附着在管束表面越牢固。2.2含硫污水管线腐蚀泄漏情况现场检查发现，含硫污水管线出现了不同程度的腐蚀泄漏，腐蚀泄漏主要发生在管道弯头焊道处、泵出入口的法兰焊道处及换热器进出口的法兰焊道处，主要为焊道沙眼泄漏、焊口及两侧贯穿性裂图2塔盘结垢情况图3塔底降液板表面结垢 图4塔壁板结垢情况纹泄漏。通常采用的临时堵漏方法包括焊道砸堵补焊、铁胶泥粘堵、环氧树脂包覆加固、勒钢带、包盒子注胶带压封堵等。在装置检修期间将进行全面更换处理。19图5再沸器壳程结垢情况 图6热进料换热器结垢情况2.3循环水系统腐蚀结垢情况装置循环水系统腐蚀结垢也非常严重，主要集中在净化水换热器循环水侧（见图 7），管束表面附着大量污垢，部分管束已完全堵塞。清洗后发现，换热器管束管口处已被严重腐蚀，可以看到管束与管板之间的间隙，管板处亦存有腐蚀（见图 8）。图7管束结垢情况图8管口腐蚀情况3原因分析3.1塔盘、换热器结垢堵塞原因分析2#汽提装置处理的系统含硫污水主要来自焦化、加氢等生产装置，其中来自焦化装置的含硫污水中焦粉含量、油含量及 COD 值均较高。对 2#汽提装置不同工序的含硫污水进行测定，结果见表 1。表1不同工序的含硫污水测定结果项目硫化物()/(mgL-1)氨氮()/(mgL-1)石油类()/(mgL-1)pH值系统含硫污水1 0502 43698.39.9原料泵入口含硫污水10 60010 02084.510.3分凝液泵出口含硫污水17 70092 3201 180.012.0由表 1 可见，系统含硫污水未混入冷凝液时硫化物()(以 S2-计)仅为 1 050 mg/L，氨氮()仅为2 436 mg/L，但是经过与分离器冷凝液混合后，原料泵入口的含硫污水中硫化物浓度升高至原来的10倍左右，氨氮浓度升高至原来的4倍左右。分凝液泵出口含硫污水中的硫化物浓度达到系统含硫污水的17倍左右，氨氮浓度是系统含硫污水的38倍左右。这造成2#汽提装置处理的含硫污水中硫化氢含量较高，汽提塔内湿硫化氢环境下的腐蚀产物在低流速区域粘附在设备表面是引起结垢的原因之一。含硫污水中大量表面活性物质如酚、酮等化合物的存在，降低了含硫污水的表面张力，使本来能够在污水原料罐中沉降的无机粒子和有机物乳化、分散在污水中，被带入汽提塔。在温度升高时，塔内含硫污水中表面活性物质不断挥发，使含硫污水表面张力增大，污水的分散性、乳化性不断下降，导致分散在其中的有机物、无机粒子析出引起结垢1。含硫污水进汽提塔前的脱油效果也是影响汽提塔内结垢的因素之一。目前装置含硫污水采用重力沉降法分离油相（主要是柴油组分）和水相，含硫污水在罐内静置时间短，油水分离沉降时间不足，会导致脱油效率低。如果油相无法及时脱除就会造成含硫污水带油进入汽提塔，破坏汽提塔内的气液相平衡，严重时可造成液泛。进汽提塔的原料水不可避免地带油，当油积聚到一定程度后会在塔底净化水表面形成油膜，在汽提作用下在塔内形成油、水、气三相，进而打破塔内的气、液两相平衡，降低汽提效率。油微粒吸附在塔盘、浮阀上不仅降低了汽提效率，而且加剧了 2#汽提塔内构件的结垢问题。目前 2#汽提塔塔底未设置撇油线，生产中需要严格控制含硫污水储罐的油水界位、液位，及时脱油。3.2管线腐蚀泄漏原因分析从腐蚀机理分析，虽然含硫污水管线均使用了王再文.含硫污水汽提装置设备运行问题探讨硫酸工业202023 年第 3 期抗氢管线，但在高含硫介质下仍然会发生湿硫化氢腐蚀。H2S 在液相水中，由于电化学作用，在阴极反应生成原子态氢向钢材表面渗透，侵入钢的内部，溶解于晶格中，氢原子在亲和力作用下生成氢分子，使得强度或硬度较高的钢材晶格变形，材料韧性下降，在钢材内部引起微裂纹导致氢脆，在外加拉应力或残余应力作用下形成开裂2。汽提塔侧线抽出气中 NH3浓度很高，同时还存在 H2S 和水蒸气等组分，通过三级冷凝分离后，NH3和 H2S 会生成(NH4)2S 溶入分凝液中。高硫化物介质会导致输送管道腐蚀速度加剧，从而造成一、二、三级分凝液管线和含硫污水原料泵出入口管线比管网的含硫污水管线腐蚀泄漏频繁。管线焊接质量也是影响管线使用寿命的重要因素。焊接电流过小或焊接速度过慢会产生焊瘤，焊瘤与母材之间会形成缝隙，也会形成应力集中。焊接电流过大或者焊接速度过快可能会产生咬边，同时也会形成缝隙腐蚀和应力集中造成焊道泄漏3。多因素共同作用，导致了2#汽提装置含硫污水管线发生焊道腐蚀泄漏。3.3循环水系统结垢和腐蚀的原因分析由于 2#汽提装置的换热设备处于平台之上，部分安装标高在 20 m 以上，导致循环水压力低，流速下降，长时间运行后，污垢逐渐积聚在换热器内，沉积在管束表面的污垢容易与管束表面间形成缝隙，缝隙内外氧浓度的不同构成氧浓度差电池，使管束局部腐蚀4。4应对措施针对上述问题，技术人员采取相应措施延长装置的运行周期。1）做好含硫污水分输、分储、分炼工作，加强对含硫污水原料的氨氮、硫化物含量的监测，关注含硫污水的带油情况，发现异常情况及时调整，避免进塔含硫污水原料性质大幅波动。2）根据同类汽提装置的生产经验，建议在 2#汽提塔塔底中部设置撇油线，定期撇除塔底净化水中的油层，油层去除后会延长汽提塔的稳定运行周期。3）对含有高浓度含硫污水的管线进行材质升级，以碳钢作基体，内衬性能优良的热塑管，不仅保持钢管的机械性能，同时具备衬塑管的高耐腐蚀性能。技术人员 2022 年 4 月在分凝液泵至 2#汽提含硫污水原料泵入口间安装了 50 m 碳钢衬塑管线用于试验，目前该管段运行正常，未发生泄漏。4）2022 年 11 月对 2#汽提装置发生泄漏的含硫污水管线 45 处焊道进行了焊道修复，所有修理部位均进行了焊前消氢处理，焊后热处理。修复的焊道至今未发生泄漏，焊道情况较好。5）加强循环水水质管理，降低循环水对管束的垢下腐蚀。定期进行循环水流速监测，按该公司冷换设备管理实施细则要求循环水流速应不低于0.9 m/s，对不能达到循环水流速要求的冷换设备申报增加管道泵。5结语含硫污水汽提装置作为该公司的主要环保装置之一，随着环保要求越来越严格，对炼油过程中高浓度含硫污水的排放要求也越来越高，为保障装置长周期运行，生产运行过程中应不断调整操作，优化工艺流程，加强设备防腐蚀管理。参考文献：1 牛春革,陈永立,聂春梅,等.炼油厂酸性水汽提脱硫装置结垢原因分析J.炼油技术与工程,2010,40(11):37-41.2 栾霄.污水汽提装置硫化物应力腐蚀浅析J.广东化工,2020,47(22):108-109.3 林玉珍,杨德钧.腐蚀和腐蚀控制原理M.2版.北京:中国石化出版社,2014:358.4 周智君.某炼化公司循环水冷却器垢下腐蚀分析J.中国化工贸易,2019,11(22):184.热效果下降的问题，采用化学清洗进行处理。第一次化学清洗为常规清洗工艺，洗涤流程长、废水量多且成分复杂，洗涤效果不佳。第二次化学清洗优化了工艺，取消了酸洗，提高了碱洗药剂浓度。实践证明，优化后的第二次化学清洗效果好，不仅简化了清洗步骤，而且减少了废水量，降低了废水的处理难度，节约了清洗成本，提高了环保效益。参考文献：1 付立军.设备垢质及其工业清洗技术J.河北化工,1991(3):37-41.（上接第16页）