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加氢裂化装置高压换热器腐蚀泄漏分析及对策

发表时间：2020/7/17 来源：《文化时代》2020年4期作者：刘俊

[导读] 柴油加氢装置原料S、N、Cl含有较高的杂质，高压热交换器是柴油加氢装置中的一项重要设备，其性能会对炼油厂的生产情况造成一定影响。高压热交换器在运行中，受原料性质、操作条件等因素影响，会出现腐蚀泄漏等问题，本文分析探讨了该高压换热器的泄漏现象、腐蚀原因进行分析，并提出了相应的预防措施。

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        摘要：柴油加氢装置原料S、N、Cl含有较高的杂质，高压热交换器是柴油加氢装置中的一项重要设备，其性能会对炼油厂的生产情况造成一定影响。高压热交换器在运行中，受原料性质、操作条件等因素影响，会出现腐蚀泄漏等问题，本文分析探讨了该高压换热器的泄漏现象、腐蚀原因进行分析，并提出了相应的预防措施。
        关键词：柴油加氢；腐蚀；高压热交换器


一、概述
        高压热交换器在应用过程中融入出现泄漏腐蚀，这会影响其性能，从而对炼油厂生造成不良影响，降低炼油厂的经济效益。因此，为了保证炼油厂生产工作的顺利进行，提高炼油厂的经济效益，从而使其在激烈的市场竞争中脱颖而出，必须做好对高压热交换器应用过程中腐蚀泄漏现象的分析。
        二、现象
        某公司汽柴油混合加氢装置原料中由于含有较高S、N、Cl杂质，反应产物/低分油高压换热器发生了多次腐性泄漏，检修发现低分油/反应产物高压换热器部分管束发生了明显的减薄现象，工作人员发现管束有多处漏点，换热器内表面和外表面均有腐蚀，熊形貌可以看出，有较多的腐蚀坑和垢层残留，对腐蚀产物进行分析后发现，腐蚀产物的主要成分为FeO、FeS、FeCl2，初步判断管束内部垢下腐蚀及冲刷是引起涌点的主要原因
        三、腐蚀机理
        当流体温度低至盐沉积点以下时，固态的NH4Cl盐就从有NH3和HCl的流体中析出，呈现出白色、绿色或褐色的外观。且该盐具有吸湿性，很容易从气态流体中吸取水分。NH4Cl盐被看作是一种酸性盐，这是因为它由强酸（HCl）和弱基（NH3）形成。一定浓度的NH4Cl盐溶液与HCl水溶液相当。湿NH4Cl盐或者是NH4Cl水溶液的腐蚀类型体现为局部腐蚀，其对碳钢可产生每年数十毫米的腐蚀速率。抗点蚀较强的合金具有较强的抗氯化铵盐能力，但即使是腐蚀性最强的镍基合金和钛合金也可能遭遇点蚀。
        根据氨和盐酸的浓度，氯化铵盐在其被冷却时可能从加氢裂化反应中析出，并在温度远远超过水的露点温度149℃时会腐蚀管道和设备。流体中含有NH4Cl时其露点温度将会提高28～40℃。NH4Cl的结晶和升华是一个可逆的过程，然而其过程转变要求的条件及动力十分苛刻，以至在装置的操作工况下，几乎是不可能发生的。可逆过程需要更高的温度或者更长的反应时间，因此，NH4Cl晶体一旦析出，就不可能再转变为单独的NH3和HCl。
        四、腐蚀原因分析
        原料中由于含有较高S、N、Cl杂质，它们在加反应器中在催化剂的作用下会和H2发生反应，分别转化为H2S，NH3，HCl，再有水存在的情况下，便和物流中的HCl一道形成腐蚀性很强的酸。即（1）Fe直接与HCl反应生成FeCl2 腐蚀设备；（2）H2S与Fe反应生成的FeS膜却很快地又被HCl破坏，形成对碳钢连续破坏的过程；（3）HCl与NH3反应生成氯化铵盐又形成垢下腐蚀。以上是造成空冷、后冷器穿孔和水冷器腐蚀的主要原因，也是产生腐蚀的主要原因。

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腐蚀的主要反应式如下：
        Fe+2HCl=FeCl2+H2
        Fe+H2S=FeS+H2
        由于经过加氢后有NH3生成，而H2S，HCl、NH3在气相中会发生以下反应：
        NH3+HCl=NH4Cl
        FeS+2HCl=H2S+FeCl2
        在加氢工艺条件下，一般情况下NH4Cl结晶地点则常在高压换热器中，从而堵塞管道设备，引起系统压降升高，严重影响装置的正常操作。另外在NH4Cl结晶处形成垢下腐蚀，这种垢下腐蚀的条件是NH4Cl水解形成盐酸溶液。当沉积物出现后，大量的固体氯化铵都会吸附在沉积物上，这也就会导致沉积物不断变大，最终将会引起换热管堵塞。沉积物会长期覆盖在管壁上的形成垢下腐蚀，使管壁遭受破坏。最终会导致不锈钢受氯化物应力的作用影响，会出现裂纹，致使热换器管束发生泄漏，对炼油厂的具体生产造成不良影响。
        五、改进措施
        通过上文分析可以发现，导致高压热换器泄漏腐蚀的原因是由于原料中Cl、N、S含量较高，反应生成NH4Cl堆积造成的，因此，在实际处理过程中，可以通过以下几种方式减缓高压换热器的腐蚀。
        1、采用原油脱氯技术
        高压加氢裂化的原料来自于蒸馏和延迟焦化，从蒸馏装置的分析数据显示：原油中存在一定量的有机氯，可以采脱氯助剂可将有机氯盐转化为无机氯盐并洗涤到水相中。从源头上降低原料油的氯化物含量。
        2、优化现有防腐措施
        根据原料氯含量、氮含量及加工负荷，及时调整高压换热器和空冷注水量，对注水量进行核算。注水量过大时，会使生成油的温度降低过多，影响热交换器的换热效果，并加大冷却器的冷却。通过注水，在根大程度上会冲洗掉可能结品的NH4Cl，注水调节是减缓该热器腐蚀滑漏的重要措施之一。而且注水的水质及其水不同，会对设备的长周期运行产生重要的影响。
        3、加氢反应后脱氯
        在反应器和高换之间增加脱氯吸附罐是一个非常好的措施。但是由于原料含有非常高的硫，吸附罐是否会很快饱和是一个需要仔细研究的问题。除此之外加氢反应产物高温、高压、临氨，因此在换罐时可能会存在一定的安全风险，会对生命健康产生严重的威胁。
        4、对高压换热器材质进行升级，采用耐腐蚀性更高的钢材，不过会增减装置的投资运行成本。

        结束语
        高压换热器盐垢板结是反应产物/低分油高压换热器的腐蚀泄漏的主要原因，从而就会引起管束的垢下腐蚀。加氢原料有机氯的含量非常高，这是高压换热器结垢和腐蚀的主要原因，高压热交换器的性能对于炼油厂生产工作的正常开展产生直接影响，从目前具体生产情况来看，具体生产过程中，由于高压热交换器运行过程中遭受腐蚀泄漏现象对生造成影响的情况十分常见，而导致该情况的发生的情况的原因都十分相似，因此，要采取相应的措施，所制定防腐策略切实有效，对延长高压热交换器实际使用寿命，确保装置安全、稳定运行具有重要意义。