烷基化装置反应器腐蚀原因分析及对策

耿兴东

（中国石油大庆石化公司炼油厂，黑龙江大庆163711）

某公司炼油厂22×104t/a 烷基化装置由兰州寰球工程公司设计，采用硫酸法C4烷基化工艺技术，以醚后C4为原料，经过原料预处理、烷基化反应、闪蒸及压缩制冷、反应产物精制、反应产物分馏等工序，最终生产出烷基化油［1］。

烷基化反应器（R-2201ABC）为卧式偏心双支点内置U 型管换热器式搅拌反应器，属Ⅱ类压力容器。反应器内硫酸与醚化后C4混合乳化，生成异辛烷，即烷基化油。反应器内部存在硫酸，发生腐蚀即可造成后路带酸，需将反应器切除系统［2］。

图1 装置反应器

反应烃进料和酸混合进入反应器，经搅拌混合形成乳化液，并完成烷基化反应；叶轮背部形成负压区，乳化液向压力低区域流动进入外套筒，一部分进入反应器上方沉降器进行酸烃分离，分离的酸通过下酸管线循环利用，分离出的烷基化油和烃的混合物作为冷剂进入反应器管束，吸走烷基化反应热；另一部分乳化液进入内套筒循环［3］。

1 反应器腐蚀泄漏

2020年4月，发现后路闪蒸罐反应物侧带酸严重，经过对比，反应器C冷剂出口浑浊，初步确定反应器C内管束腐蚀泄漏。将反应器C切除系统后，发现反应器U型管管束外壁腐蚀严重。

2 泄漏位置及腐蚀原因分析

2.1 管束位于支撑圈处腐蚀

此类腐蚀外观非常明显，均位于管束与支撑圈相近部位，最深处腐蚀坑达2.5 mm，泄漏的管束也为此类腐蚀［4］。通过现场情况来看，管束迎着介质流动方向腐蚀明显，背对介质流动方向无腐蚀，且迎着介质流动方向的支撑圈也有明显的腐蚀，而背对介质流动方向的支撑圈则未见腐蚀，因此判断此处腐蚀为硫酸在流动过程中遇支撑件，改变流动方向，在局部形成扰流状态，不断冲刷碳钢表面，使其无法形成钝化膜，进而发生腐蚀。

（2）反应器套筒折流处管束腐蚀

U型管管束在套筒边缘处管表面腐蚀严重，且分布密集，从方位上来看，均是迎着介质流动方向腐蚀较为严重。在反应器内介质在搅拌桨的作用下由外侧流向套筒内部，流动方向发生180°的改变，在管束表面存在涡流状态，不断冲刷碳钢表面，发生腐蚀。

（3）腐蚀分析

由上述腐蚀部位及腐蚀程度来看，管束是否腐蚀，与硫酸在金属表面形成的钝化膜有直接关系，在反应器套筒内部，酸烃乳化液在搅拌桨的作用下处于层流状态，流速较低，没有把金属表面钝化膜破坏。所以，处在此区域的管束没有腐蚀现象。而在管束支撑及套筒边缘的管束，由于流体流动方向的改变，不断冲刷管束，使金属表面的钝化膜被破坏，导致管束腐蚀［5］。

3 相应建议及对策

（1）酸浓度和温度的控制

不同条件下硫酸对碳钢的腐蚀速率见表1。

表1 不同条件下硫酸对碳钢的腐蚀速率/（mm·a-1）

由表1可以看出，酸浓度低和酸温度高易造成碳钢管束腐蚀。酸浓度高的硫酸易在金属表面形成钝化膜，所以在反应器运行期间要保证酸浓度，根据化验测量数据补充新酸，将酸浓度控制在90%以上。保证硫酸酸温度不会过高。

（2）管束外表面加装护板

根据乳化液流动特性，在管束腐蚀严重的区域加装护板，对冲刷严重、钝化膜破坏的区域进行保护，见图2。

图2 管束加护板

同时使乳化液流动状态趋于平缓，减少腐蚀发生。可以将管束升级为316L 或Alloy20 合金材质，在本质上消除硫酸腐蚀，保证装置平稳生产。

（2）反应温度的控制

反应温度为烷基化装置重要参数之一，维持合理的反应温度有利于减少腐蚀发生。同硫酸温度对碳钢腐蚀的影响，反应温度高也将提高腐蚀速率，低反应温度可抑制聚合反应，并促进烷基化反应。但反应温度低于4 ℃，会抑制烃中的酸沉降分离，大量的酸从酸沉降器中携带出来，导致酸耗增加，腐蚀加剧。反应温度控制在4～10 ℃之间。

4 结束语

通过装置反应器泄漏的现象，可以推断硫酸腐蚀主要是钝化膜被破坏，钝化膜的破坏主要和乳化液流动状态和酸温度密切相关；通过降低反应器温度，保护流动状态不稳定的管束区域，有效控制反应器管束腐蚀，保证装置平稳生产。