酸性水汽提塔顶空气冷却器管束腐蚀泄漏原因分析及对策

颜 兵，魏城瑶

[恒逸实业（文莱）有限公司，浙江杭州311000]

炼厂酸性水汽提装置处理的酸性水主要来源于上游常减压、加氢、焦化等装置，主要含有硫化氢和氨等成分。目前炼厂酸性水汽提装置多采用全吹出、塔顶回流工艺。由于汽提塔顶部气相在冷却过程中产生相变，有铵盐析出，造成塔顶空气冷却器最下层管束出现结晶腐蚀泄漏。笔者对汽提塔顶空气冷却器管束腐蚀的原因进行分析，并结合设计和生产实际，提出减缓腐蚀的建议，延长塔顶空气冷却器管束的运行周期。

1 汽提装置工艺流程

某炼厂酸性水汽提装置采用常压汽提工艺，规模为180 t/h，操作弹性50%～110%，装置于2019年10月开车投产。汽提工艺流程见图1。

图1 某炼厂酸性水汽提工艺流程

原料酸性水经脱气、除油后，进入汽提塔的顶部，塔底用1.0 MPa蒸汽加热汽提，酸性水中的硫

化氢、氨同时被汽提；塔顶酸性气经冷凝、分液后，凝液经泵返塔作为回流，酸性气送至硫磺回收单元回收硫磺，塔底即得到合格的净化水，一部分送至上游装置回用，剩余部分排至含油污水管网[1]。

2 空气冷却器

2.1 空气冷却器设备参数

空气冷却器设备参数见表1。

表1 空气冷却器设备参数

2.2 空气冷却器工艺参数

空气冷却器工艺参数见表2。

表2 空气冷却器工艺参数

2.3 腐蚀现状

装置开车一年后，于2020年11月14日发现空气冷却器管束出现泄漏，泄漏部位集中在底层管束，泄漏管束数量为底层管束总数量的16%。将泄漏管束切开后发现，2 mm厚度的管束上表面严重减薄甚至消失，管束腐蚀示意见图2。

图2 管束腐蚀示意

3 腐蚀原因分析

3.1 腐蚀部位定位

泄漏管束为空气冷却器出口最底层管束。通过对腐蚀泄漏的多根管束进行剖开检查，发现最底层管束腐蚀的部位从空气冷却器风扇叶片正上方向出口管箱方向延伸约3 m，尤以风扇叶片中心上方管束腐蚀最严重。

3.2 腐蚀形态分析

从剖开的管束看，腐蚀部位没有局部腐蚀坑，整体表现为均匀减薄，疑似冲刷腐蚀。

3.3 腐蚀原因分析

空气冷却器出口底层管束冷凝水量相对其他管程大，NH4HS大量溶解于水中，随着空气冷却器管束温度的降低，特别是一些局部冷态区，如出口端风机的上方、整条管束中间由于重力挠度大而流速相对较低的部位，随着NH4HS结晶析出，晶体会随着高速气相的带动造成对管束的冲刷腐蚀。腐蚀产物呈现黄色，是由于NH4HS在空气中氧化后形成了多硫化物。

4 缓解腐蚀措施

由腐蚀成因分析可知，防腐对策是避免流程中低温区的形成，减少NH4HS结晶的析出。

4.1 提高空气冷却器出口温度

进一步提高各空气冷却器出口分支温度。由设计的不小于90 ℃调整至95～99 ℃，同时加强对空气冷却器各出口分支管束的人工测温，防止偏流现象产生。

降低空气冷却器远端风机的运行频率，维持进出口管箱端风机正常频率运行，将NH4HS的结晶腐蚀尽可能移至靠近出口管线端的出口管线上。

4.2 消除管束重力产生的挠度影响

对空气冷却器管束的水平度进行测量后，将空气冷却器管束自由端的高度抬高5 mm，通过适度提高斜度以减少由于管束重力在中间部位产生的挠度，进而减少积液，防止气相流通截面积变小，流速增加，造成冲刷腐蚀加剧。

4.3 增加防暴雨措施

项目所处地文莱暴雨频繁，年降雨量达2 500～3 500 mm。由于空气冷却器未设计百叶窗，当暴雨来临时，空气冷却器出口温度下降迅速，即使提前调整空气冷却器风机频率，也无法应对暴雨对空气冷却器出口温度的冲击。经数据统计，暴雨时空气冷却器出口温度瞬时最低降至80～85 ℃。考虑到管壁表面温度较介质温度低10 ℃，因此暴雨时管束低温段会有铵盐结晶析出。

鉴于此，在管束出口端风机上方搭设挡雨棚，防止暴雨直接冲淋管束，造成温度剧降。搭设挡雨棚后，经数次暴雨天气验证，空气冷却器出口温度控制更加平稳，且最低温度不小于90 ℃。

4.4 降低塔压

将塔顶压力由原0.13 MPa降至0.12 MPa操作，以减少铵盐生成。

4.5 空气冷却器入口注水

借助原有流程，向空气冷却器入口注入热净化水，维持出口温度不变，增加出口液相，以降低铵盐溶液浓度，减少铵盐析出。需注意将注水量控制在一个合理的范围内。

4.6 管束材质升级以及结构改造

采购管束备用，新管束最下层管束材质升级为Alloy 825合金（加厚管），同时降低翅化比。

5 效果验证

自2020年11月20日陆续对该空气冷却器采取上述防腐措施，自12月1日每两周对空气冷却器管束进行专项检查验证防腐效果。截至2021年7月初，累计新增泄漏管束18根。7月初增加了空气冷却器入口的热净化水注入量，截至9月底未新增泄漏管束。

空气冷却器采取防腐措施前后出现泄漏管束数量对比见表3。

表3 空气冷却器调整防腐措施前后泄漏管束数量统计

经过分析认为，2020年11月20日以后陆续采取的防腐措施在一定程度上降低了管束的腐蚀速率，但保证空气冷却器管束长周期运行的防腐措施，仍需进一步的探索和验证。

考虑到空气冷却器新增漏点数量有显著降低，Alloy825合金材质的备用空气冷却器管束暂未更换，使用效果待验证。

从近几年新建炼厂的同类装置了解到，其他企业全吹出的酸性水汽提装置塔顶空气冷却器也存在类似的腐蚀现象，某厂通过内窥镜检查发现：气液二相界面处出现明显泄漏点。分析其是由于相变产生的局部气蚀，因此气相流速不宜过低，避免二相界面的形成。

由于气相流速过高会加剧管束的冲刷腐蚀，因此，空气冷却器的气相流速需处在一个合理的范围。如空气冷却器负荷设计余量较大造成单台空气冷却器气相流速偏低时，可考虑切出其中一台或多台，维持剩余几台空气冷却器高负荷运行。

6 结语

酸性水汽提装置采用全吹出工艺时，塔顶空气冷却器管束腐蚀泄漏已在多套装置出现，但腐蚀机理尚无清晰定论。笔者仅从具体装置的实际状况进行了分析，提出减缓腐蚀、延长塔顶空气冷却器管束的运行周期的建议，供同行参考。