武建文
甘肃省特种设备检验检测研究院 甘肃兰州 730050
摘要：我国社会经济不断发展，也不断增加了能源消耗情况，因为能源劣质化问题，不断提高了原油中硫、酸的成本含量，导致柴油加氢装置发生腐蚀问题。柴油加氢装置在使用过程中经常会出现换热器出口的管线泄漏，直接影响到了设备使用的安全性和稳定性。所以下文对柴油加氢装置高压热交换器腐蚀泄漏原因及解决措施简单叙述，供同行参考。
关键词：柴油；加氢装置；高压热交换器；腐蚀问题；措施
目前，我国能源退化问题相当严重，不断提高原油中的硫和酸组分，造成腐蚀问题。柴油加氢装置在运行过程中具有高温高压的特点，容易发生材料腐蚀。柴油加氢装置反应阶段会产生H2S，危及柴油加氢装置的安全。为了维护柴油加氢装置的运行安全，有必要采取针对性的措施解决腐蚀问题。
1柴油加氢改质装置换热器及腐蚀总体概述
换热器是柴油加氢改质装置的重要组成部分，其工艺流程的合理与否直接影响柴油加氢改质的效果。目前常用的高压换热器系统主要由E301、E302和E303A/B组成，从反应器模块流出的反应物依次流经E301和E302模块，与存储在模块中的氢气混合原料发生置换，然后在冷却模块中进行冷却反应后流入下一个模块。冷却模块的水循环系统主要依靠E303A/B的注水口供水和供料。升级装置在E301和E303模块之间设置了基于风力的在线调节阀，实现了对E301出口原料和E303出口温度的有效调节和管理。
2柴油加氢改质装置换热器腐蚀泄露原因分析
改质装置中高压换热器的具体作用是通过换热处理降低反应物的流出温度，以保证芳烃和烯烃的加氢脱硫、脱氮、脱氧、脱金属和饱和加氢反应的顺利进行。为了获得更好的升级效果，原料油需要经过高温、高压和加氢处理。因此，高压换热器的环境非常恶劣，同时也面临着许多不利因素的腐蚀影响。具体腐蚀因素如下：
2.1化学腐蚀
原料油经过加氢脱硫反应后会产生H2S，易溶于水形成微腐蚀性硫酸氢盐，硫酸氢盐在高压换热器中容易与铁元素发生置换反应生成FeS物质。由于硫化亚铁不溶于水，它常常以固体的形式附着在换热管内壁，从而隔绝了H2S和铁之间的反应。氢化原料的主要成分氯化镁和氯化钙遇水易释放氯离子。Cl-会与FeS发生取代反应，导致FeS的保护膜被破坏，进而导致H2S与铁发生循环化学反应，久而久之必然导致高压换热器严重腐蚀。
2.2金属超应力引起的腐蚀
原料油加氢脱硫脱氮反应会产生H2S和NH3，这些物质中的一部分会与加氢原料中的Cl-反应，溶解在反应溶液中，而剩余的大部分分子会在高温下与h Cl形成NH3Cl、NH3HS等晶体盐。这些结晶盐会附着在换热管和冷却管壁上形成团块，由于电压差，团块内外会形成垢下腐蚀，导致仪器内壁出现不同程度的腐蚀孔，从而造成泄漏风险。另外，在重力的作用下，换热器的焊接位置会沉积结晶盐，有水垢的换热器在高温和冷却的作用下容易产生温差。由此产生的热应力会引起Cl-和S2-的应力腐蚀，严重时甚至会导致换热器焊接处出现裂纹，从而造成原料液和加氢原料的内漏。
2.3氢离子腐蚀
加氢原料在高温高压作用下，会与仪表中的金属原子发生化学反应生成CH4，导致换热器脱碳。具体反应方程式如下：
与氢分子相比，甲烷分子的分子体积更大，难以从金属介质中逸出，导致其在晶界附近聚集，导致换热器内压力增大，导致仪器鼓包和裂纹，影响金属材料的延展性和韧性。发现易发生氢腐蚀的加氢改质装置包括加热管、换热管、反应器、高压管等结构。
3柴油加氢装置高压热交换器泄漏案例分析
某石化炼油厂柴油加氢装置2014-10改造至2016-10运行期间，高压换热器E1101、E1103多次发生内漏，均为检验后制造原因所致。高压换热器E1102运行一直比较稳定，柴油加氢装置高压系统总压降在整个运行期间一直保持在1.0MPa的设计范围内，没有明显的上升和变化趋势。2016年，E1102突然发现内部泄漏，装置被迫停机维修。
后续检查总结如下：(1)管程喷嘴清洁无结垢，在距管程出口200mm范围内的换热管内存在大量白垢，延伸至U型弯头。管程出口最上面的9层管束稍有堵塞，9层管束以下堵塞严重。内镜检查时，从U型弯入口局部有少量盐沉积，弯曲处附近盐沉积严重。配制碳酸氢钠碱液(pH>9)清洗管程，发现堵塞120管。涡流检查发现，从管程出口处管束顶部9层到U型弯头未发现严重减薄缺陷，而9层以下管束堵塞严重，19根换热管减薄20%，存在泄漏风险。从管侧入口到U形弯管没有发现严重的减薄缺陷。
4高压热交换器泄漏解决措施及验证效果
4.1解决措施
由于腐蚀严重，旧E1102无法再使用，所以于2016年11月更换了新的换热器。新的热交换器管束材料升级为2507双相不锈钢，具有更好的耐腐蚀性。
根据实际工况下换热管壁温的计算，提出了防止铵盐在换热管内结晶的操作控制措施，即控制E1102管侧出口介质温度接近210。将E1102管程入口温度控制在270左右。
根据氯化铵结晶温度的计算，提出了防止高压换热器腐蚀的操作控制措施。原料成分和性质基本稳定，避免了原料中氯离子和氮的质量分数不稳定，尤其是氯离子质量分数的控制。如果原材料
如果氯离子质量分数大于310-6，根据计算管程出口温度会升高。如果原料中氯离子的质量分数小于310-6，则不予调整。根据K值的影响因素，2017年5月对防喘振线进行了整改，关小了防喘振阀，提高了混合氢流量，降低了铵盐结晶温度。
4.2验证效果
新高压换热器E1102在2016年至2017年期间运行期间，管程介质出口温度控制在210以上，系统压降稳定，循环氢压缩机进出口压差始终稳定在0.9MPa左右，换热效果良好。2017年，换热器检修结果良好，管程进出口换热管清洁，换热管内壁无污垢、积盐和腐蚀痕迹。
结束语
在加工催化柴油加工过程中，柴油加氢装置经常出现腐蚀问题。工人需要分析柴油加氢装置的腐蚀原因，实施防腐措施，避免柴油加氢装置的腐蚀问题，维护柴油加氢装置的安全。
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作者简介：武建文，男，工程师，从事承压类特种设备检验检测工作。