催化稳定塔底重沸器管束腐蚀泄漏分析①

文 朋

(玉门油田分公司炼化总厂)

催化稳定塔底重沸器管束腐蚀泄漏分析①

文 朋

(玉门油田分公司炼化总厂)

针对某催化装置稳定塔底重沸器管束的泄漏情况，分析得出其中介质流动不畅汽化后形成气泡对管束的撞击和含硫介质腐蚀是管束腐蚀泄漏的主要原因，并从工艺操作、设计选材等方面提出防护措施。

催化装置 重沸器 管束 腐蚀 泄漏

玉门炼化总厂催化装置于1994年11月建成投产，原设计规模500kt/a，2004年9月改造为800kt/a，吸收稳定系统利旧未进行改造。稳定汽油自重沸器H-303加热后返回稳定塔，热源采用催化装置回炼油。2016年3月发现分馏塔回炼油泄漏至稳定汽油中，随后停用H-303更换管束，抽芯后发现管束腐蚀穿孔泄漏严重，笔者对泄漏情况和原因进行了现场分析。

1 设计及操作条件

稳定塔底重沸器H-303原设计为壳体材料16MnR，管束材料09Cr2AlMoRE。2013年9月整体更换该换热器，由湖北晨光石化设备有限公司制造，壳体材料Q345R，管束材料10#。管程设计温度420℃，操作温度350℃；壳程设计温度285℃，操作温度180℃。

2 外观腐蚀情况

催化装置H303管束抽芯后，发现管束外侧呈黑褐色，管束底部和管束上部出口到两侧管板之间光洁度较好，无明显腐蚀痕迹；肉眼观察管束内部，内表面比较光洁无明显腐蚀痕迹。管束正上方换热管之间被灰黑色积垢堵死，由图1看出管束上面的垢层堆积致密，清除换热管两侧出口之间表面垢层后，发现垢层下管束减薄最严重，表面存在蜂窝状点蚀坑，已出现纵向裂口(图2)，检查周边管束，发现腐蚀减薄严重。管束属于均匀减薄后被腐蚀穿孔。判断腐蚀主要存在于管壁外侧，即壳程汽油一侧介质流动不畅汽化后造成起气泡对管束撞击和含硫介质腐蚀是管束腐蚀泄漏的主要原因。

图1 管束结垢情况

图2 管束腐蚀情况

3 泄漏原因分析

3.1 介质汽化造成高速气泡撞击

稳定汽油在管束上方处于气相向液相转变过程，汽化量大，气流中形成大量含有硫化氢及液态烃等混合物的气泡，气泡受周围液体挤压崩裂，对管束表面形成锤击，破坏金属保护膜，腐蚀介质不断侵蚀最终形成蜂窝状坑蚀[1]。同时，加剧了管束上部管子硫化氢腐蚀减薄速度，这是换热管上方腐蚀减薄泄漏的主要原因。

3.2 死区的形成

管束上方介质温度最高，汽化量最大，外表面腐蚀最严重，积垢沉积最多，上方管束被结垢堵塞，致使流体流动不畅，流体流速低或不流畅会导致严重的垢下腐蚀[1]。升汽管间管束与壳体空间较小，形成死区，腐蚀情况最严重。在壳程升汽管位置由于空间较大，腐蚀情况相对较轻。

3.3 存在腐蚀介质

该催化装置稳定塔的稳定汽油中硫含量在3‰～4‰之间，液态烃中H2S含量最高可达到0.4%。从稳定塔抽出的汽油、液态烃等液体混合物经与重沸器回炼油换热到180℃，轻组分迅速汽化，在壳程上部充满H2S、液态烃等气体混合物，构成换热管与壳体之间的腐蚀环境。水分与硫化物经加热浓缩附着于管束表面，使管束表面形成浓度较高的湿硫化氢腐蚀环境。

硫化氢会发生电离，使水具有酸性：

H2S = H++ HS-

HS-= H++ S2-

阳极：Fe - 2e→Fe2+

阴极：2H++2e→H2

阳极反应产物：Fe2++ S2-→FeS

硫化亚铁是一种有缺陷的结构，与钢铁表面的粘结力差，易脱落，易氧化，且电位较正，因而作为阴极与钢铁基体构成一个活性的微电池，对钢基体继续腐蚀。H2S除电化学腐蚀外，还存在氢鼓泡(HB)、氢致开裂(HIC)、硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)及应力导向氢致开裂(SOHIC)等腐蚀形态[2]。同时，H2S和无机盐等相互促进，进一步加剧管束的腐蚀泄漏。

3.4 管束材料耐蚀性差

H-303管束设计材料为09Cr2ALMoRE，具有优异的抗湿硫化氢腐蚀能力，且相较于不锈钢等材料价格低廉，在2013年以前也取得良好的使用效果，因此是一种经济有效的选择，但应注意09Cr2ALMoRE不耐Cl-腐蚀。2013年大检修时由于H-303管束无法抽出，将换热器整体更换，管束材料变为10#，该材料耐蚀性能差，在高速气流冲刷和湿硫化氢腐蚀环境下，易发生均匀减薄和应力腐蚀开裂。

4 建议

4.1 在日常操作中要避免重沸器内发生大量汽化，通过合理控制稳定塔底液面和适当提高稳定塔操作压力等手段，使汽化段上移。重沸器液位应保持足够高度，通常在管束上方应保持150～200mm的液体，同时维持低流速，减少或避免在管束上方汽化造成高速气流冲刷。

4.2 由于稳定塔底重沸器换热管外侧介质腐蚀性较强、内外壁温差较高，要根据操作条件合理选材，宜选用抗腐蚀性能较高的材料如渗铝、304、316及双相不锈钢等。

4.3 采取一些工艺防腐措施，如在催化分馏塔顶加注中和剂、缓蚀剂，可使部分含硫腐蚀介质溶解在汽油分液罐，随含硫污水排出。同时，减少开停工次数，降低原料含硫量，定期清洗管束减少垢层，也可以降低管束腐蚀泄漏风险。

4.4 在重沸器结构设计阶段尽可能增大温度高区域气相组分空间，避免管束处于气液两相区，汽化造成高速气流冲刷。采用折流杆、增加管束间隙、适当增加壳程流动空间也可提高管束使用寿命。同时，在稳定塔底抽出处，扩大管子直径，可降低液体的流速，从而降低冲刷腐蚀。

[1] 李丽红，丁杰.稳定塔塔底换热管管束失效浅析[J].石油化工腐蚀与防护，2010, 27(1)：58～60.

[2] 梁文彬.塔底重沸器泄漏与改进[J].石油化工腐蚀与防护，2009,26(2)：23～26.

文朋(1987-)，工程师，从事炼化企业设备现场管理和设备防腐蚀管理工作，362177917@qq.com。

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0254-6094(2017)01-0114-02

2016-07-17，

2016-10-05)