催化装置分馏塔顶循换热器的防护

郭金彪,刘 晋(. 兰州石化公司 研究院，兰州 730060； . 兰州石化公司 炼油厂，兰州 730060)

催化装置分馏塔顶循换热器的防护

郭金彪1,刘 晋2
(1. 兰州石化公司 研究院，兰州 730060； 2. 兰州石化公司 炼油厂，兰州 730060)

采用宏观腐蚀形貌观察、腐蚀产物及泄漏物成分分析、原料分析等方法研究了某催化装置顶循换热器腐蚀泄漏的原因。结果表明：催化装置进料氮含量较高，在顶循系统形成了氯化铵腐蚀环境，是造成顶循换热器的腐蚀的主要原因。针对腐蚀问题，提出对顶循换热器管束进行涂层防腐蚀处理的建议，实践表明，该方法有效减缓了顶循换热器的腐蚀。

换热器；腐蚀；氯化铵;催化装置

某公司催化装置分馏塔顶循换热器(以下简称换热器)壳程物料为顶循油，壳程采用16MnR钢制造；管程物料为除盐水，管束采用10号钢制造。自2003年7月投入使用至今，换热器频繁发生腐蚀泄漏，已报废8台内芯，2012年4月和9月，E-203/1,2和E-203/3,4号管束又因严重腐蚀而分别发生泄漏，严重影响正常生产。基于此,本工作对顶循换热器的腐蚀原因进行了分析，并提出了相应的防护建议。

1 理化检验

1.1 腐蚀形貌

由图1和图2可见，换热器导流筒表面及管束间附着有一层厚厚的黑色污垢，清除污垢后发现管束外表面附着有黄褐色的腐蚀产物，清除腐蚀产物后发现管束外表面布满了大小不一、深浅不同的开放型腐蚀坑。

图1 换热器宏观形貌Fig. 1 Macromorphology of heat exchanger

1.2 腐蚀产物能谱分析

取管束外表面的腐蚀产物进行了能谱分析(EDS)。结果表明:腐蚀产物主要以Fe、O为主，并含有一定量的Cl和S元素。

1.3 泄漏物成分分析

换热器共有4台，2组并联，每组2台串联，开一组，备一组，备用的1组换热器用盲板隔离。在运行过程中发现，换热器壳程入口盲板处有滴漏，滴漏物呈钟乳石状，其形貌见图3。采集该钟乳石状泄漏物，并对其进行了X射线衍射分析。结果表明，泄漏物主要成分为氯化铵。

(a) 去除腐蚀产物前

(b) 去除腐蚀产物后图2 管束去除腐蚀产物前后的宏观腐蚀形貌Fig. 2 Macromorphology of pipeline before (a) and after (b) cleaning the corrosion prodncts

图3 滴漏物宏观形貌Fig. 3 Morphology of leaking material

2 腐蚀原因分析

通常认为催化装置分馏塔低温部位主要发生HCl+H2S+NH3+CO2+HCN+H2O型腐蚀，该腐蚀体系容易产生疏松垢层，易脱落在塔内堆积。H2S主要来源于原料油中含硫化合物(如硫醚、环硫醚、噻吩等)的热分解；NH3和HCN则来源于原料油中氮化物的热分解，一般认为，约有15%(质量分数，下同)氮化物转化成了NH3，1%～2%氮化物转化成了HCN；HCl则主要来源于原料油中的无机盐类和有机氯化物；而CO2则由干气带入[1-4]。

本工作中,换热器壳程入口温度约为130 ℃，而H2S、NH3、CO2和HCN等的沸点都非常低，且高温时，它们在水中的溶解度很低，因此，它们主要进入了塔顶冷凝冷却系统。测量结果表明，H2S、NH3、CO2和HCN等在顶循环系统冷凝水中的含量很低(温度高于100 ℃时HCN在水中溶解度为零)，因此，顶循换热器管束外表面的腐蚀不是由H2S+NH3+CO2+HCN+H2O腐蚀造成的。

换热器壳程泄漏物主要成分为氯化铵，说明顶循换热器管束外表面的腐蚀主要与氯化铵有关。表1为该催化装置加工原料的基本性质。由表1可见，该催化装置加工原料属低硫、低酸原料，但其加工原料中氮含量较高(一般认为氮含量高于0.1%就属高氮原料)。

表1 催化装置加工原料油(混合原料)基本性质Tab. 1 Basic properties of raw oil processed by FCC unit

由于原料氮含量较高，经过裂化反应后，生成的NH3较多，当NH3和HCl在高温相遇时会生成NH4Cl，生成的NH4Cl会随油气上升，在上升过程中温度逐渐降低，当途径分馏塔顶循抽出塔盘(温度约为130 ℃)时便凝结形成了氯化铵盐结晶，从而形成NH4Cl腐蚀环境。NH4Cl溶液对碳钢的腐蚀速率超过2.5 mm/a，顶循换热器的材料为10号钢，因此，顶循换热器的腐蚀主要是由NH4Cl腐蚀造成的。

3 防腐蚀措施及效果

3.1 防腐蚀措施

针对换热器的主要腐蚀原因，采取以下措施：控制装置进料中的氮含量和氯含量，防止氯化铵在顶循系统沉积；对顶循换热器管束进行SHY99耐蚀抗垢防腐蚀涂层防护处理，以加强管束的耐蚀性。

3.2 防腐蚀效果

对2台顶循换热器管束进行了SHY99涂层防腐蚀处理，运行半年后发现，管板管口涂层完好，管束外壁涂层起泡及脱落较多，涂层脱落处有腐蚀现象，但未发现管束泄漏。2台未进行防腐处理的顶循换热器使用半年后堵管超过100根，其管束外表面结垢严重。

可见，对顶循换热器管束采取SHY99防腐蚀涂层处理后，管束外表面的腐蚀泄漏情况也得到了有效控制。

4 结论

(1) 顶循换热器的腐蚀主要是由NH4Cl腐蚀造成的。

(2) 采取SHY9涂层防腐蚀处理可有效减缓顶循换热器管束的腐蚀。

[1] 李淑英，梁成浩，邹积强，等． E1204热水分馏塔顶油气冷却器腐蚀检测及机理分析[J]． 化工机械，2004，26(6)：339-341.

[2] 范宝明． 催化分馏塔顶循换热器腐蚀及对策[J]． 石油化工腐蚀与防护，1997，14(3)：23-25.

[3] 陶兴，齐万松，张广建． 催化裂化分馏塔顶循换热器泄漏原因分析[J]． 石油化工腐蚀与防护，2003，20(2)：30-31.

[4] 袁红星． 分馏塔顶循环油换热器管束失效原因分析[J]． 全面腐蚀控制，2006，23(4)：10-13.

投稿网址:www.mat-test.com

Corrosion & Protection of Top Recycle Heat Exchanger of Main Fractionator in a FCC Unit

GUO Jinbiao1, LIU Jin2
(1. The Research Institute of Lanzhou Petrochemical Company, Lanzhou 730060, China;2. The Refinery of Lanzhou Petrochemical Company, Lanzhou 730060, China)

Morphology observation, composition analysis of corrosion products and leaked raw oil were used to study the corrosion reason of top recycle heat exchanger in a FCC unit. The results show that the corrosion caused by ammonium chloride was the major failure cause of the top recycle heat exchanger. In order to solve the problem, anti-corrosion suggestion of painting the tube with anti-corrosion coating was presented and proved to be effective in mitigating the corrosion of the top recycle heat exchanger.

heat exchanger; corrosion; ammonium chloride; FCC unit

2015-12-28

郭金彪(1979-)，高级工程师，工学硕士，主要从事石油化工设备腐蚀与防护研究，18198010328，guojinbiao@petrochina.com.cn

10.11973/fsyfh-201707018

TG172

B

1005-748X(2017)07-0566-02

失效分析