常顶空冷器腐蚀原因分析

孔德炳(西安晨宇环境工程有限公司 陕西 西安 710000)

常顶冷凝系统的设备腐蚀问题一直是影响常减压蒸馏装置安、稳、长、满、优运行的重要因素之一。某公司常减压蒸馏装置常顶空冷由于严重腐蚀泄漏于2008年全部更换，但更换后的空冷运行至2年半时，又因严重腐蚀而发生多次泄漏。本文针对常减压蒸馏装置常顶空冷腐蚀泄漏的特点，从常顶冷凝系统工艺特点出发，在分析工艺防腐运行情况的基础上，结合常顶空冷管束入口内衬钛管的特点，找出了造成常顶空冷严重腐蚀泄漏的原因，并建议从加强工艺防腐管理、防止电偶腐蚀等方面进行防腐，从而延长常顶空冷的使用寿命。

一、常顶空冷器腐蚀特点

常顶空冷为湿式空冷，共有8台，管束材质为10号碳钢，入口处内衬300mm钛管。常顶8台空冷由于严重腐蚀泄漏于2008年1月全部更换，但自2010年7月以来，8台空冷管束相继发生腐蚀泄漏。现场观察发现，泄漏点位于管束入口内插300mm钛管末端附近，且漏点均位于管束下部；管束减薄部位主要集中在入口内插钛管末端附近的一定距离内，且管束下部的减薄明显比上部减薄严重。

二、常顶冷凝系统工艺特点

常顶冷凝冷却系统的基本流程为，从常压塔顶馏出的温度为110℃～120℃的混合油气，首先经换热器与热媒水进行换热冷凝，然后进常顶空冷器继续冷却至40℃左右进入回流罐。

三、腐蚀环境及工艺防腐运行情况

在原油加工过程中，原油中含有的氯化物会发生水解生成HCl，硫化物在260℃以上时，可分解产生H2S。HCl和H2S的沸点都非常低，其标准沸点分别为-84.95℃和-60.2℃[1]。因此，在原油加工过程中生成的HCl和H2S会伴随着常压塔顶的油气进入常顶冷凝冷却系统，当温度冷凝至露点温度以下时，HCl和H2S会溶于冷凝水中形成HCl-H2S-H2O腐蚀环境，从而对常减压蒸馏装置塔顶冷凝系统的设备造成严重腐蚀[2,3]。

为防止塔顶冷凝系统的设备腐蚀，采取了“一脱二注”的工艺防腐措施，“一脱”即电脱盐，其目的是脱除原油中的氯化物，以减少因氯化物水解而产生的HCl含量，其控制指标为脱后原油盐含量小于等于3mg/L；“二注”即注水、注中和缓蚀剂(NH-1有机胺中和缓蚀剂)，其控制指标为塔顶冷凝水的pH值大于等于6，铁离子含量小于等于3。

监测数据表明，2008年~2010年期间，电脱盐的合格率高达98.85%，说明电脱盐运行良好，脱盐效果显著。常顶冷凝水监测数据表明，pH值的合格率较高，各年的合格率均在90%以上，而常顶冷凝水中铁离子的合格率相对较低，除2009年的合格率在90%以上，其余两年的合格率均在90%以下，尤其是2008年的合格率只有65%。可见，常减压蒸馏装置的“二注”防腐效果不是很理想。

四、腐蚀原因分析

1.工艺防腐效果不理想

“一脱二注”工艺防腐是防止常减压蒸馏装置塔顶冷凝系统设备腐蚀的主要手段，工艺防腐的效果好坏直接影响着塔顶冷凝系统的设备腐蚀。由监测数据可知，电脱盐的合格率高达98.85%，说明电脱盐可知效果良好。而“二注”防腐效果并不是很理想，常顶冷凝水铁离子合格率较低，尤其是2008年的合格率只有65%。这说明“二注”工艺防腐效果不理想是导致常顶空冷产生严重腐蚀的主要原因。

由常顶冷凝水监测数据可知，pH值的合格率较高，2008年~2010年的合格率均在90%以上，而铁离子合格率却较低，除2009年的合格率在90%以上，其余两年的合格率均在90%以下，这说明存在pH值合格、铁离子不合格的情况。这与pH值控制范围过宽有关，该常减压蒸馏装置将塔顶冷凝水pH值的控制指标设置为大于等于6，而一般炼厂均将常减压蒸馏装置塔顶冷凝水的pH值控制指标设置为6~7.5或6.5~7.5之间[4,5]。这是因为，当pH值小于6时，HCl的腐蚀会很强，当pH值大于8时，H2S的腐蚀作用增强，pH 值介于6~8时腐蚀速率较低[5]。 因此，一般炼厂均将塔顶冷凝水的pH值控制指标设置为6~7.5或6.5~7.5，而该常减压蒸馏装置将塔顶冷凝水的pH值控制指标设置为大于等于6，显然是不合适的，因为，当pH值大于8时，H2S的腐蚀作用增强，从而使塔顶冷凝系统的设备遭受较为严重的腐蚀。因此，pH值控制指标设置范围过宽是导致“二注”工艺防腐效果不理想的主要原因。

2.电偶腐蚀

由常顶空冷的腐蚀特点可知，常顶空冷的泄漏点位于管束入口内插300mm钛管末端附近，且漏点均位于管束下部；管束减薄部位主要集中在入口内插钛管末端附近的一定距离内，且管束下部的减薄明显比上部减薄严重。具体泄漏点位置和减薄部位见图2。这与电偶腐蚀有关。

图2 常顶空冷管束泄漏/减薄部位示意图

常顶空冷管束材质10号钢的主要成分为铁，内衬钛管的主要成分是钛，当10号钢管束与钛管绝缘不好时，会形成铁-钛电偶对。该电偶对在电偶序中铁的电位较负，为阳极，钛的电位较正，为阴极。因此，在H2S-HCl-H2O腐蚀环境中会产生电偶腐蚀，使10号钢发生严重腐蚀，其电偶腐蚀示意图见图3。常顶汽油是液态碳氢化合物，属非极性溶液，其电导率比较小，阴、阳极之间的溶液引起的欧姆降很大，电偶作用的距离较近。因此，如果产生电偶腐蚀，腐蚀最严重的部位应该集中在离钛管末端较近的10号钢管表面上，且离钛管末端越远10号钢管的壁厚减薄量越小[1]。

图3 电偶腐蚀示意图

结论和建议

从上述分析可以看出，常顶空冷腐蚀是由H2S-HCl-H2O腐蚀体系引起的，“二注”工艺防腐效果不理想是导致常顶空冷快速腐蚀泄漏的主要原因，入口内插钛管会与10号钢形成电偶对，发生电偶腐蚀，使位于钛管末端附件的10号钢管束腐蚀加剧，从而导致了空冷管束的严重腐蚀泄漏。

为满足装置长周期运行的需要，根据腐蚀原因分析结果，现提出如下建议。

(1)加强工艺防腐管理，提升工艺防腐效果

pH值控制指标范围设置过宽是导致“二注”工艺防腐效果不理想的主要原因。因此，建议将常顶冷凝水pH控制指标设置为6~8，从而提升“二注”工艺防腐效果。同时，还应加强“一脱二注”工艺防腐管理，平稳控制工艺防腐各项指标，进而提升工艺防腐效果。

(2)避免异种金属接触，防止电偶腐蚀

当10号钢管束与入口内衬钛管绝缘不好时，会发生电偶腐蚀，使碳钢材质的空冷管束发生严重腐蚀。因此，建议不再使用入口处内衬300mm钛管的空冷管束，以防止电偶腐蚀。

[1]曾孟秋．常顶空冷器失效原因探讨．石油化工腐蚀与防护．2003，20(1)：30～32.

[2]杜荣熙，张林，梁劲翌．原油蒸馏装置的腐蚀与防护．石油化工腐蚀与防护，2007，24(4)：57～61.

[3]夏延燊．蒸馏装置塔顶冷凝系统防腐蚀工艺与腐蚀监测．石油化工设计．2007，24(3)：55～58.

[4]．芝文，颜军文．常减压蒸馏装置低温腐蚀与防护．石油化工腐蚀与防护．2008，25(2)：34～37.

[5]胡洋，薛光亭，付士义．常减压装置低温部位的腐蚀与防护．腐蚀与防护，2006，27(6)：411～413.