加氢装置高压空冷器的防腐设计分析

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　　摘 要：高压空冷器在石化行业中发挥着不可替代的作用，可有效地保证相关设备安全稳定地运行，但是在实际的工作过程中，系统被腐蚀的状况屡见不鲜。因为空冷系统的设计容量有限，在原料中硫和氮的含量显著提升状况下，往往注水量没有进行相应的调整，这是造成空冷器出现腐蚀的最为重要的原因，此外，比如空冷器流量控制不到位，操作出現失误等都是造成空冷器腐蚀的原因之一，因此应该根据腐蚀原因提出行之有效的防腐措施，保证石化行业的可持续发展。
　　关键词：高压空冷器;加氢装置;防腐设计
　　中图分类号：TE986      文献标志码：A
　　0 引言
　　高压空冷器广泛地应用于石化行业中，因为所处的环境较为恶劣，容易发生泄漏或者失效的状况，如果不进行及时处理，容易造成较为严重的后果。近年来，很多油田已经接近枯竭，所出产的原油质量显著的下降，硫、氮等元素的含量大幅提升，这样在原油的加工过程中就容易产生腐蚀性气体，比如硫化氢、氨气等，在炼油过程中，容易造成设备或者装置的腐蚀，给石化行业的安全生产带来威胁，所以应该给予高压空冷器的腐蚀问题足够的重视，这样才能够保证设备运行的稳定性。
　　1 加氢高压空冷器腐蚀的基本特征
　　在加氢反应器中，原料中所含有的硫和氮会发生化学反应生成H2S和NH3，同时还有少量的HCl产生，在接下来的冷却环节还会有NH4Cl以及NH4HS的结晶生成，NH4Cl的结晶温度在176 ℃～204 ℃，结晶过程始于换热器位置。而NH4HS的结晶温度在26 ℃～65 ℃，在空冷器内发生结晶，这样就容易造成空冷器的堵塞，通过冲洗作业可以有效地减轻堵塞的状况，但是在作业过程中，会产生NH4HS溶液，该溶液具有较强的腐蚀性。除此之外，NH4Cl的吸水性较强，在吸水后容易造成垢下腐蚀，加氢高压空冷器腐蚀的基本特征主要包括3点。
　　1.1 腐蚀不易控制
　　相关的研究数据显示，NH4HS注水溶解后具有较强的腐蚀性，这是造成空冷器腐蚀最主要的原因，此外，因为氯离子的存在以及注水水质的影响，使得腐蚀过程变得更加复杂。在注水前，NH4Cl吸水后往往会造成垢下腐蚀，在注水后，由于空冷器及换热器的材质及构造不同，所产生的腐蚀和泄露情况也不尽相同。
　　1.2 腐蚀状况多发
　　在加氢设备中，因为反应产物的温度在逐渐地降低，这样就会造成高压空冷器正好处于结晶产生的温度区间，目前，空冷器的材质以塑钢为主，容易发生腐蚀现象，而且腐蚀现象与温度、压力关系密切。
　　1.3 存在泄露风险
　　因为高压空冷器长期处于较差的运行环境中，比如高温、高压等，而且在介质中还常伴有易燃物质，如果发生泄漏势必会带来无法想象的后果。
　　1.4 空冷器质量难以保证
　　现阶段，空冷器普遍采用丝堵结构，该结构具有一定的安全隐患，需要严格控制产品的焊接质量，而一些空冷器的厂家对空冷器的无损检验没有给予足够的重视，有的甚至只停留在纸面上，这样空冷器的质量就难以保证。
　　2 加氢高压空冷器腐蚀的主要原因
　　2.1 设计处理量以及设计原料硫氮比偏低
　　现阶段，炼油企业规模不断扩大，原油的质量却显著下降，原油中所含有的硫量大幅上升，但是石化企业却没有对高压空冷器进行技术改造，导致空冷器的实际运行参数远大于设计值，这就在很大程度上促进了腐蚀现象的发生。
　　2.2 进料中含氮量过高
　　由于原油中的氮含量不断提升，而因为空冷器设计上的缺陷，系统的注水量无法进行调解，这样就直接造成了HCl的浓度显著提高，通过相关的模拟计算可以得出，NH4HS的估算浓度为标准值的1.1倍。
　　2.3 高压空冷器中原料流速过快
　　因为原料中各组分的变化，需要对空冷器进行相应的改造，但是改造后的装置原料流速显著提升，这也在无形中加剧了腐蚀的状况。空冷器的设计流速一般在5.5 m/s左右，在对空冷器的改造过程中，设计人员已经尽量地降低了原料的流速，但是改造后的装置在运行中，原料流速往往会超过6 m/s，这样会严重地影响到空冷器安全稳定的运行。
　　2.4 物料分配不均
　　物料分配不均是造成高压空冷器腐蚀的重要原因之一，从表面上看，空冷器的各进出口管线分布得较为均匀，但是在管线的有些位置比如弯头处不可避免地会存在一些不合理的设置情况，这样就会造成物料的分配不均，除此之外，如果空冷器出现泄露而停用时，同样会引起物料的分配不均，这些都容易造成空冷器的腐蚀。
　　2.5 操作不稳定
　　部分工作人员在进行进料时，没有严格控制进料的数量以及进料中氮和硫的含量，这样就会使空冷器的运行状态中出现明显波动的现象，比如，在进料中的氮含量显著增加的背景下，没有增加注水量则会造成空冷器中的NH4HS浓度的大幅增加，此外，空冷器的温度控制不当，也会影响到装置液相中水的含量，这些情况都会促进空冷器腐蚀作用的发生。
　　2.6 空冷器内部温度分布不均匀
　　为了能够有效地节省生产成本，有些企业会选择性地关闭空冷器风机，这样就会造成空冷器内部温度分布不均匀，进而会造成装置中物料分配不均，造成腐蚀现象的发生。
　　2.7 进水水质较差
　　进水水质较差是引起空冷器腐蚀的重要原因之一，空冷器的进水可以采用除盐水，也可以采用达标的污水等，但是目前，空冷器的进水水质普遍不能达到国家相关的规范和标准的要求。
　　2.8 氯离子含量过高
　　空冷器中的氯离子普遍来源于原油、进水以及补充氢中，而不合理的进水方式又在一定程度上增加了氯离子在腐蚀过程中的作用。换热器处于空冷器之前，容易因为HH4Cl的结晶而引起堵塞或者腐蚀，间断性的注水不能使腐蚀问题得到解决。通过改进进水方式，可以有效地预防或者减少腐蚀状况的发生，但是需要注意的是，当氯离子的浓度超出一定的界限时，空冷器的腐蚀机理会更加复杂，具体还需要进行进一步的研究。
　　3 加氢高压空冷器防腐策略分析
　　第一，从根本上说，近年来原油质量显著的下降，原油中硫和氮的含量显著上升，这样就会造成空冷器在运行过程中各项参数远高于设计值，这也是空冷器发生腐蚀现状的最重要原因，因此应该采取有效的措施对原料中的硫和氮加以控制，抑制腐蚀状况的进一步发展;第二，空冷器的各项运行参数也很大程度上影响着空冷器的腐蚀状况，在实际的作业过程中，需要严格控制各项运行参数，其中要格外注意氮和硫含量较高的原料，这就要求相关工作人员保持良好的工作作风，养成严谨的工作态度，保证生产过程稳定有序地进行;第三，在原油质量逐渐下降的背景下，氯离子在空冷器的腐蚀中所发挥的作用越来越大，而且在某些运行参数设置不合理的状态下，腐蚀状况会越发的严重，这就需要相关工作人员给予NH4Cl腐蚀问题足够的重视，并且对空冷器的材质进行优化，优先选择Incoloy825合金，相较于传统的塑钢材质，其具有更优的防氯离子腐蚀能力;第四，对空冷器的结构以及管道布置方式进行进一步的优化，保证物料分配的均匀性，这样也可以有效减少空冷器腐蚀状况的发生概率;第五，科学合理地控制注水，尤其是当空冷器的材质为塑钢时，需要保证各个注水点有足够的剩余水相，一般控制在25 %以上，这样可以对由于HCl而产生的腐蚀作用进行充分的抑制。除此之外，还需要根据空冷器的运行状态对盐浓度进行适时的调整，保证各项工作的正常开展。
　　参考文献
　　[1]王静，李淑娟.加氢高压空冷器腐蚀原因分析及对策[J].石油化工腐蚀与防护，2016，33（5）：13-16.
　　[2]张伟东，孙滨.加氢装置高压空冷器的腐蚀与防护[J].石油化工腐蚀与防护，2015，32（1）：31-34.
　　[3]乔光谱，陈炜.加氢装置反应系统的氨盐腐蚀分析及风险管理[J].腐蚀与防护，2012，3（7）：618-622.
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