汽柴油加氢装置原料换热器腐蚀分析及防护.pdf

28石油化工引言随着汽柴油产品质量升级工作的不断深入和推进，在汽柴油加氢装置中增加了富芳烃加氢单元，不仅有效降低了辛烷值的损失率，使其达到小于0.3个单位，而且能够有效保持液收在99%以上，进一步提升了汽柴油加氢工艺的先进性。但是汽柴油加氢装置在实际运行的过程中，原料换热器的腐蚀问题仍亟待解决，原料换热器的不稳定性严重影响着生产的连续性和安全性，并且原料换热器还会在各种因素的影响下出现泄漏的问题，因此需要对其进行原因的详细排查和防护策略的制定。一、汽柴油加氢装置工艺流程1.研究背景此次研究以某炼油厂的加氢装置为例，对其原料换热器的腐蚀问题进行分析和研究。首先，炼油厂的加氢装置于2017年进行改造并实现投产；其次，炼油厂的主要原料包括焦化汽柴油、化工氢、制氢纯氢；再次，炼油厂能够通过汽柴油加氢装置生产出质量上乘的柴油和石脑油产品，柴油产品具有安定性和燃烧性良好的特点，石脑油产品则是乙烯厂生产的优质原料；最后，在产品的质量提升方面，首对循环氢脱硫系统进行了技术改造，目的在于更好降低循环氢中的硫化氢浓度，使汽柴油的品质更佳。炼油厂的汽柴油加氢装置中原料换热器在2009年至2016年间，运行状态良好，但是2016年3月份至2017年5月，原料换热器发生多起发生管束堵塞、泄漏的现象，造成整个炼油厂的停工，在经过一段时间的抢修后才恢复正常的生产运行。停工期间不仅降低了炼油厂的产量，而且装置设备的抢修耗费了大量的人力、物力和财力，造成炼油厂经济效益的严重损失。2.工艺流程炼油厂汽柴油加氢装置一般采用的都是冷高分流程，只有少部分的炼油厂采用的是热高分流程。本文讨论的炼油厂采用的是冷高分流程，具体工艺流程如下：首先反映生成物经冷凝冷却至45后进入到高压分离器之中；其次在高压分离器中，生成物进行气体、液体和水分的三相分离；再次分离后的液相经过进一步的减压分离后进入换热器，在换热器中进行升温并在达到200左右时进入到分馏部分；最后分馏进料油在经过多次冷却、换热的交换过程，实现分离。与冷高分流程不同的是，热高分流程在将反应生成物经分离器分离后，不需要进行冷热简化，可以直接通过分离器到分馏部分，更好地实现了热量的有效利用。3.工艺特点冷高分流程与热高分流程各具特点，首先从能耗方面来看，两种工艺装置在软化水、污水、电、3.5MPa、1.0MPa和净化空气方面没有明显的差别，但是循环水和燃料气的消耗方面，冷高分工艺要远远高于热高分工艺，因此最终的单位耗能热高分工艺更低。其次从投资方面来看，在主要的设备的投资方面，热高分工艺对高压容器、低压容器、低压换热器、高压角阀、低压角阀和高压液面计等方面数量略多，而冷高分工艺则在高压空冷片、构架、电机用机等方面用量较大，就最终的投资总额来看，冷高分工艺的投资更大。由此可见高热分工艺流程的优势更为明显。汽柴油加氢装置原料换热器腐蚀分析及防护景卯军鲁微吕建建中海沥青股份有限公司【摘要】随着我国工业化进程的推进，对汽柴油的产品质量要求越来越高，因此，汽柴油产品质量的升级工作正在不断地推进之中。汽柴油加氢装置是汽柴油质量升级中必不可少的环节，其中原料换热器腐蚀则是汽柴油加氢装置中常见的故障之一。换热器腐蚀，一方面会造成设备内部的严重损耗，对生产的连续性和经济效益造成严重的负面影响；另一方面，换热器腐蚀还有可能会导致安全事故的发生，进而造成严重的财产损失和人员伤亡，因此，在汽柴油加氢装置的管理和维护过程中，相关企业必须高度重视换热器的腐蚀问题。基于此，首先从汽柴油加氢装置的工艺流程入手，对汽柴油加氢装置中原料换热器进行详细地阐述，紧接着分析了汽柴油加氢装置原料换热器腐蚀的原因，最后提出汽柴油加氢装置原料换热器腐蚀防护策略，希望能够有效提升汽柴油加氢装置原料换热器的防腐性能，进而有效保障工艺技术的应用和执行。【关键词】汽柴油加氢装置；换热器腐蚀；防护策略【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2023.15.01029石油化工二、汽柴油加氢装置中原料换热器概述1.换热器概述某炼油厂的原料换热器的型号为U形管式换热器，安装在汽柴油加氢装置反应系统加热炉的前面，主要做预热换热器。换热器的具体质量参数如下：材质10#钢、设计压力9.0MPa、操作压力8.83MPa、设计温度220、操作温度43，其管程介质为加氢原料油，其成分包括焦化汽油、焦化柴油烃类、含硫化合物、水、固体杂质等。设备自2009年开始使用，在2009年至2016年3月期间使用正常，后陆续发生多起发生管束堵塞和泄漏的现象，因此需要进行停工检修和拆卸更换。汽柴油加氢装置原料性质变化和设备使用的具体情况如下：2009年7月至2013年12月，原料主要为焦化汽油和焦化柴油，设备的使用情况良好，未出现泄漏的现象；2013年12月至2016年3月，原料主要包括：焦化汽油、焦化柴油、焦化液化气脱硫抽提石脑油（设计未经过氧化塔），设备的使用情况良好，未出现泄漏的现象；2016年3月至2016年10月，原料主要为焦化汽油、焦化柴油、焦化液化气脱硫抽提石脑油（二期改造后经过氧化塔，含溶解氧），设备出现了管束堵塞和泄漏的现象；2016年10月至2017年5月，原料主要包括焦化汽油、焦化柴油、焦化液化气脱硫抽提石脑油改进焦化吸收稳定系统，设备出现了管板开裂和泄漏的现象。2.换热器设备检验针对汽柴油加氢装置中原料换热器出现的问题，对其管束进行了拆卸和检验分析，具体包括以下几种方式：宏观检验，通过对整个换热器进行检验发现，首先换热器的外部只有少量腐蚀坑的存在，并且这些腐蚀坑的腐蚀程度较小；其次换热器管束的内部比较平整，极个别部位有一些轻微腐蚀坑；最后泄漏部位主要集中在管板与管束的焊接缝处，有明显的腐蚀开裂痕迹。无损检测，针对换热板管角焊缝处存在的多处裂纹进行分析，能够判断出换热器内漏发生的部位。化学成分检测，换热板管的化学成分中Mn的含量检测为1.37%，符合相关的质量标准，同时对换热管束化学成分10#钢的检测也符合国家的相关标准要求。金相检测，换热管束的金相组织为珠光体+铁素体，在金相检测过程中没有发现换热管束的缺陷，而且腐蚀坑也不存在裂纹，所以换热管束不存在泄漏的风险。而在管板角焊缝的金相检测中则发现裂纹的存在，并且裂纹呈现以穿晶和沿晶相混合的方式存在，这说明管板角焊缝存在较大的应力，并且有一定的泄漏风险。硬度检测，管板硬度无异常为144HB，角焊缝硬度值为376HB，由此可见角焊缝处的残余应力较强。能谱检测，通过对换热管的内壁残留介质进行能谱检测发现，C元素的含量高达72.33%、硫元素高达9.94%、O元素高达19.85%，由此可以推断出S元素是主要的腐蚀介质，主要来源于管程介质，大量的C元素主要是工艺改造造成的焦粉堆积而成。三、汽柴油加氢装置原料换热器腐蚀原因分析1.工艺原料的影响分析汽柴油加氢装置在原料性质变化后，其设备的使用情况也随之发生较大的变化。在2009年至2016年3月期间，设备使用正常没有发生堵塞和泄漏的现象，而在2016年3月至2017年间，原料中增加了掺有溶解氧的物质后，换热器的管束出现了堵塞和泄漏的问题。对其原因进行分析后发现，装置原料与抽提石脑油混合后在溶解氧的作用下发生聚合反应并生成大量的胶质聚合物。这些胶质聚合物紧紧地附着在换热器的管壁，并随着胶质聚合物的不断累积进而对换热器管束形成堵塞，同时还与胶质聚合物的下方形成腐蚀环境，最终造成管束泄漏问题的发生。2.原料过滤系统的影响分析用于汽柴油加氢装置运行生产的原料油中包含大量的杂质，其中上游焦化装置原料中的焦粉颗粒，随生产流程进入到过滤系统之中，并通过长时间的累积造成过滤系统出现泄漏故障。当过滤系统出现泄漏故障时，固体的焦粉颗粒就会随着原油一起进入到反应系统之中，进而对反应系统的换热管束造成堵塞。同时这些固体的焦粉颗粒还会随原油生产运行在一些流速高、易形成涡流的部位，对设备的原腐蚀部位的硫化铁保护膜进行破坏，使装置设备的金属表面裸露并与相关物质发生化学反应，进而形成二次腐蚀伤害，因此加剧了腐蚀坑点的腐蚀程度，埋下泄漏的安全隐患。在设备中一些流速较低的位置，焦化颗粒会在多重因素的影响下通过微电池电流作用，形成垢下化学腐蚀环境，最终到导致换热器管束的泄漏问题。在对汽柴油加氢装置的原油过滤器进行检修的过程中发现，管束中清理出大量的焦粉，并且这些焦粉主要呈现为稀泥状，并且在滤芯的封头焊口处存在着开裂的现象，有的滤芯丝扣在下部连接滤管的部位出现了散丝，甚至还有滤芯在拆卸的过程中出现脱落的现象。3.设备方面的影响分析在汽柴油加氢装置中，原料换热器管束内的介质是原料油，其中包含硫化合物和液态水。在装置的运行过30石油化工程中，只要满足115高温条件硫化氢就会在硫化物的作用下开始分解，随着温度的不断升高，加快了介质中的硫化物分解硫化氢的速度。与此同时反应中生成的水分子会以液态的形式附着换热器的管道内壁，并与硫化氢产生化学反应在管束内形成湿硫化氢的腐蚀环境。在这种腐蚀环境中，管束原料中的金属材料与硫化氢会产生化学反应，加速换热器管束的腐蚀，同时在残余拉伸盈利的影响下，一些腐蚀严重的位置出现开裂的现象，最终造成管束的泄漏。硫化物应力腐蚀作用如下：一方面产生一些腐蚀产物，如硫化铁等；另一方面通过阴极反应产生大量的氢原子，在进入到金属钢后降低钢材的塑性，导致裂纹的生成。因汽柴油加氢装置中换热器管束内存在着一定量的硫化氢和水，因此在腐蚀环境和较强残余应力的影响下，换热器的管板角焊缝极易出现因腐蚀造成的泄漏问题。四、汽柴油加氢装置原料换热器腐蚀防护策略1.工艺方面想要从工艺方面对汽柴油加氢装置原料换热器的腐蚀问题进行解决，就需要从装置原料的性质改变方面入手，一方面要对工艺流程进行适当的调整，来不断提高汽柴油加氢装置中吸收系统的稳定性；另一方面要有效避免装置原料与抽提石脑油的聚合反应，减少聚合物的产生，进而有效降低换热器管束的堵塞概率，保障汽柴油装置的稳定、持续运行。工艺流程的优化可参考以下方法：对汽柴油加氢装置中抽提石脑油流程进行改进和优化，不直接进入汽柴油加氢装置，而是将其改造成为进入1#焦化装置吸收稳定系统之中，这样就能够有效避免聚合反应的发生，进而减少因胶质聚合物造成的换热管束堵塞问题。2.设备方面想要从设备方面对汽柴油加氢装置原料换热器的腐蚀问题进行解决，就必须要从以下两方面入手：首先对装置原料中的固体物含量进行有效控制，如焦粉含量，要从固体物质的来源入手，对焦化环节进行改进和优化，减少焦化颗粒的形成。同时也要加强对原料过滤系统运行的管理，采取一些有效措施来不断降低固体物质对换热器装置的垢下腐蚀。其次要从设备的设计、选材、焊接施工等多个环节入手进行质量的控制和管理，一方面可以选择一些低强度的钢材应用在有应力腐蚀开裂倾向的地方；另一方面严格控制焊接过程的质量，要严格按照相关的指标标准要求进行，如焊接前后的有效处理措施、焊缝的相关要求等，而且还要尽量降低残余应力对换热器管束、管板和焊缝区的影响，进而减少腐蚀和开裂问题的发生。3.管理方面想要从管理方面对汽柴油加氢装置原料换热器的腐蚀问题进行解决，就要从以下几方面入手：首先重点关注汽柴油加氢装置进料组分的变化，一旦进料组分变化较大时就需要综合考虑设备、生产、安全、工艺等因素，对设备的防腐程度和生产运行的稳定性进行分析和评估，并针对装置的实际防腐情况制定出相应的措施，并进行不断的跟踪和记录。其次要针对装置中一些容易出现腐蚀的环节进行重点的检查和防护，如设备材质的升级、腐蚀检测的加强、工艺防腐措施的完善等，同时要对设备的施工作业进行全程的质量控制和管理工作，严格按照相关的指标标准进行，要从硬度、残余应力两方面着手，尽量避免出现因应力腐蚀开裂造成的设备泄漏。最后要重点关注汽柴油加氢装置中的压力容器，通过定期的检查、维护以及实时的监控及时的处理压力容器中存在的安全隐患问题。同时还要对一些不能进行改造和维修，存在较大安全隐患的压力容器进行报废，并办理注销手续。五、结语综上所述，汽柴油加氢装置在原料来源多、组分复杂等因素的共同影响下，设备和管道存在着不同程度的腐蚀问题，所以要通过及时的检查发现问题，并针对问题的原因选择相应的防护措施，从设备采制、设备施工和工艺流程等方面入手，来不断减慢装置的腐蚀速度，有效保障装置的安全、稳定、持续运行。参考文献：1徐长磊.汽柴油加氢处理技术及馏分油加氢裂化技术分析J.石化技术，2022，29（05）：93-95.2赵斌.关于汽柴油加氢精制装置的运行情况及优化措施研究J.中国石油和化工标准与质量，2022，42（05）：9-11.3李丽蓉，袁小彬.汽柴油加氢装置催化剂性能考察及长周期运行操作优化J.石油炼制与化工，2020，51（11）：35-39.4张铁柱.加氢改质装置掺炼焦化汽柴油运行总结J.炼油技术与工程，2020，50（09）：21-24.5王俊杰.汽柴油加氢装置原料换热器腐蚀分析及防护J.南方农机，2019，50（13）：119.6张智，袁军.汽柴油加氢装置原料换热器腐蚀分析及防护J.化工管理，2018（04）：142-144.