加氢装置高压空冷器的腐蚀与防护

周璐璐

摘 要：高压空冷器是石化行业中的关键设备，具有高压高温的特点，一旦发生腐蚀泄露问题，容易引起非计划停车。本文针对加氢高压空冷器腐蚀问题和原因进行了探讨，提出了高压空冷器防腐对策及材料选择方面的要求，旨在为工程实践提供一定的借鉴价值。

关键词：加氢裂化；腐蚀防护；设备；空冷器

中图分类号：TE965 文献标志码：A

0 前言

石化行业中，高压空冷器应用较多，在长期高温、高压氢气流作用下，极易发生泄露、失效等问题，危害极为严重，需要引起足够重视。现阶段，各大油田长期连续开采，导致原油性质恶化问题突出，增加了介质中硫、氮元素的含量，进而容易生成硫化氢、氨气等腐蚀性气体，对炼油产业的危害较大。在炼油作业中，容易引起腐蚀防护、产品质量保證方面的问题，严重降低了装置运行稳定性，为此，需要解决加氢工艺操作中腐蚀防护问题，这是提高工艺装置合理性、安全性的基本前提。

1 腐蚀原因分析

加氢高压空冷器中，装置设计余量方面一般较低，设计选型期间，加工原料中N、S比例偏小。近年来，扩能改造、原料各元素比例逐渐发生了变化，已经从低硫油加工转化为高硫油的形式，但是空冷器选型设计方面尚未跟上节奏，由于调整不足，导致实际操作与设计状况存在偏差，如空冷器流速、NH4HS含量偏大。

第一，装置设计中，有些企业的工艺中没有设计循环氢脱硫处理，运行参数与设计值存在偏差，如Kp数值高于0.5，进而会导致泄露问题。第二，装置内部原料改变问题的影响，一方面进料量增加，原物料中氮元素比例增加，受散热器设计因素限值，需要采取增加注水量的方法处理，导致高分水中NH4HS比例增加，增加幅度超出散热器承受能力。通过对装置进行模拟分析得出，部分原料介质中NH4HS的含量已经超过10%。第三，部分空冷器是在原有基础之上进行改造处理，改造后，装置内部介质流速高也会引起泄露问题。一般状况下，空冷器装置的设计流速是5.5m/s左右，但是后续改造作业中，设计人员可能进行了限制流速处理，一旦设备运行流速超过6.0m/s，将会引起十分严重的危害。第四，介质流体分配不均的影响，对于高压空冷器而言，结构方面分析，进出口管线一般是对称布置，但是设备投入运营后，内部流体可能会随管线走向、弯头大小等发生变化，此外，空冷器泄露、检修、重新启动等工况也会发生物料分配不均的问题。第五，操作稳定性差也会引起设备腐蚀。炼化厂中，进料含量控制不精确会导致设备稳定性受到负面影响，如空冷器流速剧烈变化。再者，如果进料中N含量增加，注水量未变，将会引起污水中NH4HS增加。当地环境温度变化可能会引起注入点液相水含量的变化。为此，需要加强相关因素多合理分析，避免腐蚀问题的加深。第六，部分企业为了降低运营成本，采用关停部分风机的方法，导致外界环境温度发生变化，进风量也随之改变，极易引起严重的腐蚀问题。百叶窗开闭程度不一致也会引起进风量不均衡的问题。第七，空冷器系统腐蚀问题分析，装置中氯离子含量过高，氯离子腐蚀问题较为复杂，仍处于研发阶段。

2 系统防腐对策分析

2.1 材料结构方面

从空冷器加工制造角度出发，需要及时进行材料种类方面的调整，现阶段空冷器采用碳钢、Incoloy825的较多，需要结合物料性能、价格等进行材料的选择，二者价格差异悬殊，这一状况限制了Incoloy825材料的应用。有时尽管选型期间设计参数较为苛刻，但仍选择碳钢材料，这种方法存在一定弊端。需要空冷设计人员加强选材意识的强化，并考虑细化要求、设计条件等要素。高压空冷器方面，国内管箱、管子以碳钢材料为主，管端套管以1Cr18Ni9Ti为主，套管材料需要从300系列不锈钢、Incoloy825中选择。结合当下使用经验，丝堵式管箱的应用范围较“U”型管结构更为广泛。其次，从防腐角度出发，如果物料中氯离子含量较高，可采用每管程一排换热管的设计模式；硫化氢含量高的装置中，可采用抗H2S 专用低合金稀土钢。再者，对于高压空冷器而言，管子出入口设计需要考虑流体分配均一性的要求，保证各管子流体流量大体一致的要求。可借助模拟软件进行流体动力学分析，在此基础之上考虑管箱开口、布管等设计要求等要素。此外，如果采用Incoloy825材料制造空冷器，建议管子、管箱采用相同材料，提高复合板质量、监管质量等要素。从提高空冷器结构合理性出发，一般不建议管箱进出口位置设置异性接管，可借助入口缓冲管箱、分配孔板等进行替代。

2.2 管道设计和平面布置分析

高压空冷器设计制造中，注意事项分析如下：第一，建议采用一分二、二分四、四分八的处理模式，保证整体对称加工。第二，进出口管子的连接处可采用三通形式处理。若必须采用弯头设置，需要重点考虑直管段长度等要素，建议直观长度大于10倍管径。第三，企业设备运行一段期间后，一般腐蚀最为严重的区域是散热器管子进出口位置，为此需要考虑管线壁厚的调整。第四，为了合理考察参数影响，进出口管线需要加强温度指示方面的考虑，是避免发生偏流的常规做法。第五，弯头设置中，一般不建议与连接管在一个平面，可垂直连接处理。第六，对于完成对称的空冷器布置处理中，可根据工艺需求进行单点注水、多点注水管理。后者关键问题在于考虑注水量的要求，尽量保证注水点与空冷器位置接近。

2.3 腐蚀控制原则

第一，需要根据Kp数值大小进行腐蚀环境的选择，一般当Kp小于0.3时，可将高压空冷器看作碳钢管束；当Kp在0.3～0.5时，腐蚀复杂度较高，可根据实际状况选择碳钢或者高合金钢；当Kp高于0.5时，腐蚀概率大幅增加，建议散热器材料选择Incoloy825材料，这对整体安全性具有极大帮助。

第二，从系统工艺运行角度出发，需要尽量避免氯离子含量过高引起的危害，可采取的策略包括：控制原料，如及时对物料进行氢补充、注水处理；还可以选择型号更高的材料，如哈氏合金材料。一般建议选择前者，原因在于氯离子含量过高状况下，散热器材料的抗腐蚀性、成本等差异较大。国外工程公司一般会选择哈氏合金材料，国内尚未有所应用。此外，为了避免氯离子的负面影响，可采用碳钢、Incoloy825材料等进行处理，该材料在抗铵盐、抗氯离子方面效果较好，但该材料结构并不能完全解决氯离子的负面影响，需要结合操作弹性、安全余量等进行计算分析。

第三，当下国内高压空冷器中，不论碳钢、高合金钢，设计期间需要充分考虑流速范围的影响，避免流速过高过低等带来的负面影响。一般如果散热器材料为碳钢，建议流速为3m/s～6m/s，双相不锈钢为3m/s～9m/s。传统设计中，大部分设计人员对流速上限重视度较高，单位考虑流速下限的影响，需要对这方面问题进行优化处理。高压空冷器方面，需要考虑300系列的不锈钢材料，这对避免氯离子腐蚀问题具有极大帮助。

2.4 工艺设计方面的优化

为了保证上述设计要求的顺利实现，需要考虑工艺要求等要素，这对提高空冷器安全性具有极大帮助。结合催化剂、负荷等要素进行控制。并结合注水量、注水点等进行管理和优化，及时降低水中铵盐含量。如果需要进行多点注水处理，需要考虑水量要求。此外，引入系统中的水不可含有其他杂志，这是降低系统腐蚀的重要措施。

结语

当下石化炼化企业中，高压散热器应用范围逐渐增大，影响因素逐渐增多，需要结合设计、制造、检验等要求进行分析，保证满足行业基本规范。并结合中石化、中石油企业调查报告、腐蚀结果等进行全面分析，及时选择合理的解决措施，降低硫、氮引起的管道腐蚀问题，必要时可添加缓释阻垢剂，保证整体运行满足安全性、合理性的基本要求。

参考文献

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