丙烯腈装置反应气体冷却器管板腐蚀处理措施

刘 磊 吴祖源 曾晓峰 潘向东

（中国石油天然气股份有限公司吉林石化分公司 吉林吉林）

1.故障现象

石化公司丙烯腈装置反应气体的冷却器，为立式固定管板换热器，材料入口端为15CrMo，进口温度440℃，出口温度220℃，介质是烯烃、芳烃、烷烃与氧气，氨气混合通过催化剂生成的气相混合物。设备投入使用后几个月即发成渗漏。渗漏侧均为上方入口端，均布于一侧（图1中A区）。将设备拆卸后发现，A区布满了聚合物沉积，其上分布有大量金属状颗粒物质。

A区域中腐蚀严重，不仅钢管壁厚明显减薄，连接螺栓的（包括密封面）部位均被腐蚀，导致渗漏，此区域有几根钢管内部出现渗漏情况。而无聚合物的B区域则无任何异常情况发生。A区B区焊缝均完好，无腐蚀渗漏现象。

图1 入口端管板平面图

2.原因分析

换热器用于冷却反应物，入口温度440℃，因为主反应（丙烯氨氧化法）所用催化剂（磷-钼-铋-铈硅胶）的性质，主反应最佳温度为460～470℃，在此温度下，反应物均为气态，不应有聚合物产生。

根据现象分析，介质流速不均匀是主要因素，A区域介质流速过快，并且气相介质中含有金属颗粒物（含催化剂），导致该区域钢管被严重冲刷，产生磨粒磨损，而15CrMo在460℃高温下蠕变强度、持久强度的降低，最终个别管壁严重减薄的钢管在冲刷力和工作压力共同作用下，内壁产生轻微点渗漏，水蒸气的渗入导致聚合物产生，而聚合物表面极易吸附金属颗粒进一步加剧磨粒磨损，并且聚合物所在部位CN-浓度剧增，导致腐蚀。因为15CrMo材料本身耐高浓度CN-高温情况下能力有限。

3.处理措施

入口侧设计上增加气相物质流速分配器（如气相分布板等），使气相物质在整个截面上分布均匀，避免局部有过快流速的气相物质对钢管内壁产生严重冲刷。在入口端换热管内部增加衬管，一方面起到防止磨粒磨损作用，另一方面，起到防止高温下腐蚀钢管内壁的作用。

升级材料。将15CrMo钢管更换为进口的1.25Cr-1Mo钢管，此材料能在更高的温度下使用，由于杂质含量低，耐腐蚀能力好。只要控制温度＜450℃。壳程侧严格控制水蒸气中Cl离子含量。

工艺上严格控制反应温度＜500℃，因为500℃时丙烯腈单程收率虽然最高，但将发生结焦，堵管现象。或进行紧急措施（喷水或喷水蒸气）降温。

工艺上严格控制空塔线速度，虽然线速度的增加会使产量提高。但过高的空塔线速度不仅使吹出的催化剂量增加，造成催化剂的损失，而且还会影响反应后的气体处理。

在预冷却前增加床顶内三级旋风分离器除尘，回收催化剂的能力，减少催化剂和尘粒进入换热器的数量。

在预冷却前考虑增加除氨措施，因为氨的存在可能增加氢氰酸聚合的倾向，但是采取这样的措施有很大的难度。

4.效果

在新装置的新设备上采取以上处理措施后，通过一个检修周期，拆检换热器检查，未发现聚合物沉积和大量金属状颗粒物质，管板未再未发生明显腐蚀现象。