催化裂化装置分馏塔顶及冷却系统腐蚀分析与优化

2020-10-09周燕徐波中国石油天然气股份有限公司兰州石化炼油厂甘肃兰州730060

化工管理 2020年26期

周燕徐波(中国石油天然气股份有限公司兰州石化炼油厂，甘肃兰州 730060)

0 引言

现阶段随着人们对物质能源的需求提高，使得工业生产的规模也在不断的提升当中，因此进行含硫含酸原油的加工也在增多。其中有催化裂化装置低温系统当中出现的腐蚀问题，成为影响加工生产效果的重要因素，具体表现在分馏塔的顶部以及油气管道当中，为此需要明确现今的腐蚀基本现状。

1 分馏塔顶以及冷却系统腐蚀现状

近些年来进行化工生产的过程中，分馏塔顶循环系统经常性的出现结盐或者腐蚀泄露的情况。其发生故障的部位主要集中在顶循系统、塔顶油气冷却系统的管线或者一些冷却仪器当中。在对其进行细致的检修过程中，相关技术人员发现在低温系统塔顶油气管线位置，发生了严重的腐蚀，使其出现管道减薄的情况，需要对其进行及时的更换。而在空冷器的入口位置也存在着严重的腐蚀情况，需要进行及时的处理。

现阶段对装置使用的分馏塔顶以及冷却系统进行详细的检测，其中对含硫污水进行抽样检测，可以从数据的分析得出，污水当中含有的铁离子流失量大于均值3，因此可以说明现阶段设备系统当中的腐蚀情况正在逐年的加剧当中。具体的分馏塔顶系统腐蚀数据如表1。

表1 分馏塔顶系统腐蚀数据

2 分馏塔顶系统分析

在对原料油进行加工的过程中，其中含有的众多化学元素，诸如硫、酸以及氮元素的含量的提升，是加剧装置腐蚀程度的重要因素。并且现阶段一些企业当中不断的提升对原有硫的加工规模，使得加工过程中的酸值含量在不断的提升当中。而原料在加工过程中，产生的硫化物以及众多氮化物进行催化裂解的过程中，还会产生一系列H2S以及NH3等物质，进而在加工产物当中还会让有机氯化物进行分解，进而形成了HCl。这样的化学反应当中，其分馏塔顶在进行冷却时，同吸收稳定系统会形成一种基于H2S-HCN-HCl+水的电化学腐蚀介质，对设备造成严重的腐蚀循环。

2.1 H2S-HCN-HCl+水的电化学腐蚀介质

通常情况下，在催化分馏塔顶系统的介质当中，有着较高的NH3含量，因此在对污水进行检测的过程中，其呈现的pH值会在8.4左右，但是在对分馏塔顶系统进行分析的过程中，其形成的腐蚀情况主要是以HCl酸性腐蚀为主，其发生腐蚀的主要位置在塔顶的挥发线以及冷却器的部位。之后在对其进行腐蚀反应的详细分析之后，发现是HCl同H2S在水环境中的溶解度以及平衡分压不同的原因。例如在温度为110℃以下的时候，当出现冷凝液就会让HCl充分的溶解到冷凝液当中，这样便使得冷凝液的pH值降低，并且这个过程中氨的含量正在不断的升高，但是始终保持在露点的范围之中，因此使得没有在水中充分的溶解，而且对于H2S来说，只有在温度降低到77摄氏度以下的时候才会发生溶解。为此，氨气无法对该区域中的冷凝中存在的酸性物质进行中和，进而使得对相关设备以及管线发生腐蚀反应。

在这种腐蚀条件下，会由于加工原材料的区别，使得腐蚀介质的含量也有所不同，同时对于腐蚀的实际表现也并不相同。在发生腐蚀的过程中，其实际的特征主要不仅会造成设备厚度的减薄，同时还会造成局部位置的穿孔，同时在特别的位置上还会出现一定程度的鼓泡开裂以及各种氢脆化的破坏现象，加强硫化物的应力腐蚀效果。同时，在有着CN-存在的情况下，其H2S与铁元素反应而产生的硫化亚铁，这两种元素会对形成的硫化铁的保护层产生腐蚀的效果，为此会产生络合离子，这样的反应会进一步加剧腐蚀的效果，而产生的络合离子还会同铁离子继续发生反应，从而生产白色的物质。为此，在反应过程中存在着氰化物或者氯化物的时候，其拥有着较多的活性离子，在该系统加工过程中会有着较为严重的腐蚀现象。

2.2 分馏塔的结盐腐蚀现象

在系统当中发生结盐或者发生腐蚀反应，都会对设备发生严重的侵蚀效果，这样便对设备的使用周期造成严重的影响。一般来说，在催化装置发生结盐的位置主要发生在分馏塔顶循系统以及挥发线空冷系统当中，同时在发生结盐的分馏塔顶循系统的塔盘当中，经常性的发生结盐，就会严重的影响塔顶的正常运行。例如在一些例行监测的过程中，相关检修人员对分馏系统进行了水洗盐的操作，其进行操作之后的数据进行分析后，表明在催化反应以及油品分馏当中所产生的氯化氢、氨以及硫化氢都在分馏塔当中，伴随着油气而在上升。在上升的过程中，会同顶循水蒸气进行冷却反应，进而产生的冷凝水会与含有铵离子以及氯离子的水蒸气进行传质，从而有着大量的氯离子以及硫氰化铵产生，进而形成盐垢。同时由于产生了大量的氰化物以及氯离子对锈蚀层有着较强的破坏性，使其形成的盐垢发生疏松，进而形成大面积的剥落，之后会在分馏塔顶循系统的塔盘内产生堆积，形成塔盘的堵塞。这样较多的腐蚀介质以及各种腐蚀产物在进入到了冷凝冷却系统当中后，会让其中的冷却器的管束以及相关设备发生堵塞或者发生严重的腐蚀，进而降低了管束以及空冷器的有效使用。

2.3 顶循环系统铵盐结晶腐蚀

在顶循环系统当中，发生的结晶会严重的腐蚀相关设备。装置当中的结盐一般来说都是在分馏塔顶循系统当中，并且在对其形成的盐块进行取样分析之后可以得出，其盐块的主要成分为NH4Cl，因此在进行催化裂化反应的过程中，会使原材料当中的氮化物受热发生一定程度的分解，让其生成众多的产物，同时产生的成分并不能有效的与水发生溶解，并且在分馏塔进行下流的过程中，温度的升高会加剧水分的流失，进而会形成具有较强黏着力的半流体，进而在降液槽的下部产生沉积，这样长期下去就会形成较强的酸性环境。

3 优化流程

现阶段以某一石化公司的重油催化裂化装置为例，由于在富气压缩机的入口处实际测量的温度发生了瓶颈，因此需要对其进行合理化的操作，使其控制好热水反应罐的温度，进而提升分馏塔顶冷却系统当中产生的冷却效果，同时还能够将催化装置换热水的终温下降。其中气分装置则需要，利用一些低压的蒸汽，使其对热水进行加热，这样的利用情况下使得利用率较低。因此为了改善这样的技术瓶颈，就需要对其使用的设备进行升级改造，同时还需要充分的结合其装置低温换热网络现状，对其分馏塔顶冷却系统进行技术性的优化，以此来提升设备的使用性能，进而降低设备的耗能情况。

装置所采用的分馏塔顶油气空冷器是属于干湿联合空冷，在使用了之后，随着生产规模的不断提升，在进行实际加工生产的过程中，使得管束外部翅片出现了管结垢，同时管束的翅片有着较为严重的脱落，进而导致风机运行过程中出现了明显的效率下降，故障频发。并且，在使用的过程中，由于每一个空冷器之间存在的间隙较小，这样便会使得出现了互相抢风的情况发生，直接导致系统当中的冷却能力的下降，在分馏塔顶出的实际温度不与当时标准温度相符。虽然在之前已经做过一定的优化处理，但是实际效果来看，还是没有从根本上解决低空冷入口的温度值。同时采用的定期调整空冷偏流，以及相关技术人员对其管束的表面进行冲洗的措施，效果并不理想。使用的分馏塔顶的温度一直都在50℃左右，这样就会导致气压机的入口温度有着明显的上升，其富气量有着明显的提升，进而导致系统当中的气压机无法进行平稳的运行，使其长期处于性能的瓶颈期。

3.1 腐蚀与防护的方式

在上文进行腐蚀现象的描述之后，其明确了发生严重腐蚀的具体原因，因此在进行系统的检修过程中需要进行相关的设备改造。

(1)加强原油脱盐脱水。在原料的预处理阶段，需要设置电脱盐罐，这样便可以有效的将原料当中的无机盐以及大量的水分进行去除，同时还能够有效的降低原料当中的无机盐氯化钠、氯化镁以及氯化钙，这样便会有效的降低系统当中的氯化物对设备产生的严重腐蚀，并且在分馏塔顶以及顶循环系统当中发生的结盐等现象进行有效的处理。

(2)提升管反应器注水含有硫氨污水转变为净化水。在优化的过程中，需要将管反应器当中原有的含硫氨污水，在进行维修的过程中，将其转变为软化水，这样便可以有效的控制住整个系统当中硫、氮以及氯的含量。

(3)新增顶循环除盐系统。在使用的分馏塔顶顶循环当中，需要进行事先的在线脱盐处理，是指可以有效的降低顶循环系统当中的含盐总量，进而起到防止腐蚀发生的情况。

(4)材质升级和改造。可以将原本采用的分馏塔塔盘全部进行优化和升级，而另一部的换热器管束则需要将10号钢升级为08crcusb的钢材。

(5)设置循环水侧漏系统。在对其塔顶的油气冷却器进行详细的检测之后，对于发生的各种泄露需要进行及时的解决，进而避免在日后的使用过程中出现严重的水污染。降低污水的方式，能够直接降低污水处理装置当中的工作负荷。

3.2 水溶性缓蚀剂的使用

在进行优化的过程中，还可以使用一种水溶性的缓蚀剂。这样便可以在使用的过程中，能够同金属发生一定程度的反应，之后再通过物理吸附以及各种化学吸附在金属的表面形成一个完整的保护膜，这样的保护膜就是缓蚀剂当中的极性基团在金属的表面形成了一个双电层结构类型，这样的结构可以有效的提升金属离子化当中的活化能。并且在互换实际当中的非极性基团，能够有效的避免在金属的表面形成横定向的排列，因此会形成一个疏水性的保护摸。在形成了一个保护膜之后，便可以避免腐蚀反应物发生一定的扩散，进而实现对腐蚀反应的抑制作用。

3.3 设备优化方案设计

可以对系统当中所使用的空冷EC-2201进行设备的更换，这样便可以实现分馏塔顶冷却系统的优化改造工程。

首先需要对分馏塔顶当中所使用的干式联合空冷进行拆除，将其全部更换为六个湿式板空冷器。之后再将分馏塔顶油气当中的换热水冷换气进行更滑，使其采用的管束将其变成螺旋折流板换热器，同时还需再额外加设两个不同规格的换热器，使其在工作的过程中进行协调工作，这样便可以有效的改善在分馏塔顶冷却系统当中长期存在的冷却性能不佳的情况，同时这样还可以有效的降低油气侧的压降问题。同时，还需要对低换热的网络进行相关优化处理，这样便可以在操作过程中更好的对油中存有的热量进行吸收。