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糠醛装置腐蚀结焦原因分析及预防措施

2020-08-04宁守姣

河南化工 2020年7期
关键词:管程糠醛结焦

宁守姣

(中石化南阳能源化工有限公司,河南 南阳 473132)

0 前言

南阳能源化工有限公司糠醛溶剂精制装置于1997年开工,装置原设计能力10万t/a,通过几次改造,处理能力达到了14万t/a,年实际加工量在13万t左右,加工的原料油为常减压装置生产的减二线、减三线、减四线、减五线及丙烷脱沥青装置生产的轻脱沥青油。

1 现状

2017年8—9月,糠醛装置进行了一次改造,停用废油加热炉,替换为蒸汽加热器E2136。E2136流程是:压力2.5 MPa,温度240~250 ℃的蒸汽经过抽出油加热器(E2136),走管程,流向为上进下出,给壳程的抽出液加热,出换热器冷凝水的温度225 ℃;抽出液在换热器内流向为下进上出,出加热器的温度控制在212~222 ℃。其控制阀设置在凝结水管线上,控制抽出液的出口温度。型号为:BIU1200-4.0-595-6/19-4I U型管式换热器,其具体设计参数见表1。

表1 E2136换热器具体设计参数

其操作参数为:管程压力为2.5 MPa,入口温度为230 ℃,出口温度为225 ℃。管程介质主要成分是蒸汽、凝结水。介质流向为上进下出。壳程压力为0.4 MPa,入口温度180 ℃,出口温度220 ℃;壳程介质为糠醛和蜡油,介质中含有环烷酸,酸值约1 mg/g。介质流向下进上出。换热器E2136于2017年9月投入使用,到现在已运行14个月。2018年10月18日1:50发现E2136入口短节泄漏,对管箱隔板腐蚀、小釜头内漏、隔板丁字筋变形等问题逐项检修,装置投用后经过各种操作调整,换热器出口温度也只能到207 ℃,达不到220 ℃,影响产品质量。2018年11月21日打开发现结焦比较严重,换热器管束随着温度的升高结焦越严重。管束下方结焦严重,并发生严重蜂窝状腐蚀,腐蚀在管束直管和回弯头处均存在。管束上方无明显结焦,无明显腐蚀。壳体下方存在轻微坑状腐蚀,壳体上方无明显腐蚀。根据上述现场设备分析,本次管束泄漏主要存在于管束下方,结焦和蜂窝腐蚀并存。

2 结焦原因分析

腐蚀机理:糠醛是无色澄清的油状液体,常压下沸点161 ℃,氧化安定性、热安定性差。在溶剂精制的生产过程中,由于系统内存在水和空气,在高温的条件下,糠醛氧化成过氧化糠酸,糠酸使糠醛颜色由黄色变为棕色或者黑色最后分解氧化缩合成焦。又能使原料油中不饱和烃氧化成环氧化合物,环氧化合物在过氧化糠醛酸的作用下,环氧环裂开聚合成焦,这就是糠醛装置腐蚀结焦的主要原因。

换热管规格Φ19 mm×6 000 mm,壳体内径为Φ1 200 mm,管程内蒸汽流速0.45 m/s,壳程醛、油流速为4 m/s,由此可知管壳程内介质流速较低,换热管受到的介质冲刷作用较小。

本次腐蚀主要发生在管束下方,这是因为壳体内介质成汽液两相,但在管束下方主要为液相,糠醛和环烷酸主要集中在下方,所以下方管束腐蚀严重。①设备运行初期系统中存在少量糠醛酸在系统中循环,并在管束下方集聚;同时由于抽出油系统设备、管线材质均已升级为不锈钢,仅抽出油加热器管束为碳钢,暴露在循环溶剂的糠醛酸腐蚀中,并造成碳钢管束初步泄漏。②管束泄漏初期,管程内的高压汽水进入壳体内,糠醛与水作用进一步大量氧化成糠醛酸。糠醛酸不断生成并累积,使循环糠醛酸值提高腐蚀加剧;腐蚀进一步加剧了蒸汽泄漏,促进了糠酸的形成。③在换热器壳体下部液相糠醛及糠醛酸的滞留,焦粉沉积在管束外壁,原料中的环烷酸共同作用加剧了结焦及腐蚀,导致恶性循环。另外,在焦垢下的残液发生电化学腐蚀,造成金属表面的坑状腐蚀。④废液中含醛量高,由下部进入换热器后很快在管束下方气化,糠醛相变对管束产生机械冲蚀,同时在酸性物质作用下,加剧了管束的腐蚀。

由上述可知,换热器管束腐蚀是在糠酸腐蚀、结焦腐蚀及相变腐蚀等方面共同作用下形成的;其中管束材质为碳钢,不耐糠酸腐蚀,造成初期蒸汽泄漏是管束腐蚀泄漏的主要原因。根据以上分析,管束材质为碳钢,提高材质等级,是提高设备运行周期的重要手段。同时,可通过优化管壳程介质流向,防止腐蚀介质集聚对设备的腐蚀,提高设备运行周期。

3 改造方案

3.1 工艺流程

维持原抽出加热器控制方案,改变管壳程介质流向:废油走加热器管程,自下而上;蒸汽走加热器壳程,自上而下。改造后换热流程如图1所示。

图1 改造后换热流程图

3.2 设备改造情况

原位更新抽出油一次加热器E-2136,管束材质升级为321;壳体材质Q345R。原E-2136设备基础利旧不动,原换热器壳程利旧,对内部重新排管。换热器规格:BES1200-4.0-490-6/19-4I。换热器入口处蒸汽压力2.5 MPa情况下,面积理论富余量28%;在换热器入口处蒸汽压力2.6 MPa情况下,面积理论富余量43.5%。

4 结论

图1 改造后换热流程图

通过糠醛装置精制液用换热器替代加热炉项目在使用中出现的问题可知,换热器管束腐蚀是在糠酸腐蚀、结焦腐蚀及相变腐蚀等方面共同作用下形成的;其中管束材质为碳钢,不耐糠酸腐蚀,造成初期蒸汽泄漏是管束腐蚀泄漏的主要原因。提高材质等级,优化管壳程介质流向,防止腐蚀介质集聚对设备的腐蚀,才能提高设备运行周期。本项目的改造为国内同类装置提供了宝贵的经验。

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