常减压装置常压塔塔顶板式换热器腐蚀泄漏原因分析

周东

摘要：伴随我国进口原油的性质趋于劣质化和重质化，越来越多的炼化企业不得不加工高硫原油。文章对常压塔塔顶板式换热器泄漏的原因进行分析，并制定了相应的防范措施。

关键词：腐蚀 板式换热器

前言：常减压装置作为炼化企业加工原油的龙头装置，对原油性质的变化较为敏感。自加工高硫原油以来，装置的设备出现不同程度的腐蚀减薄，甚至是泄漏。其中，低温部位的腐蚀较为严重，主要表现在常压塔塔顶板式换热器的泄漏。

1、现状

该炼化企业常减压装置由原油电脱盐、初馏塔、常压蒸馏、减压蒸馏部分组成，装置处理能力为500万吨/年。

1.1原油性质

该炼化企业原油由国内油库原油和境外管输原油混合组成，其中国内油库原油由任丘原油为主，境外管输原油以巴士拉轻原油、卢拉原油为主，混合后的原油硫含量设防值为2.0%，酸值设防值为1.0mgKOH/g。目前常减压装置原油硫含量为1.5%，酸值为0.35mgKOH/g，属于高硫低酸值性质的原油。

1.2板换概述

L-016为装置的常顶馏出线第一组冷却器，共计2台，平行并列分布。规格型号为LBQ1400-1.6-LTC，于2013年投用运行。板程介质为常顶汽油，板束材质为工业纯钛，操作温度为120℃，操作压力为0.2MPa。壳体介质为热媒水，材质为Q345R。操作温度为90℃，操作压力为1.1MPa。近期，由于常顶板式换热器L-016发生板束泄漏，造成壳程介质串入板程，严重影响了装置的平稳运行。

1.3板束泄漏

L-016的泄漏发生在管板与板片结合部位的焊缝处，主要表现为焊缝开裂，具体如图1所示。由于板换的壳程压力远大于板程，板束一旦泄漏，壳程的热媒水介质将会串入板程的汽油中，汽油经换热器冷却后，进入塔顶回流罐进行汽水分离，在板束泄漏量较小的情况下往往不易发现。在装置大检修期间，对冷换设备进行抽装管束打压的常规检修。抽装管束时，发现板束外表面有大量淤泥。设备打压时发现板束焊缝开裂渗漏。

2、原因分析

2.1制造缺陷

金属钛化学性质活泼，由于其在常温下能与空气中的氧发生化學反应生成具有抗腐蚀性的氧化膜而被广泛应用于工业生产中。在焊接作业时，由于金属钛的导热系数小、熔点高，容易形成热量的聚集，导致熔合区晶间间隙变大，易形成气孔和裂纹，大大降低了焊接接头的综合性能。鉴于金属钛本身的化学性质，在焊接过程中易形成焊接缺陷。另外，L-016板束为人工手动焊，焊接速度、焊接电流、焊接线能量均会影响焊接质量，焊接质量受限于焊工水平的高低。设备进厂验收时，管板与板片处的焊肉有明显的修复痕迹，侧面反映出焊接缺陷普遍存在。验收设备时，对焊缝的验收往往只采用宏观检查，验收手段不多，后期的使用中易出现焊缝泄漏的情况。

2.2冲刷磨损

塔顶馏出线为DN800管线，L-016入口为DN450管线，板换入口处有明显变径， 常顶汽油进入L-016后流速迅速加快，对管板、板束形成冲击。另外，常顶汽油介质较脏易携带黑色焦状油泥，板束夹层间距较小，易形成堵塞，堆积至管板处。管板与板片焊缝处的焊肉长时间承受流体及黑色焦状油泥的冲刷，易形成疲劳磨损，造成焊肉减薄，直至泄漏。

2.3化学腐蚀

L-016的化学腐蚀主要表现在HCl腐蚀，原油中不可避免地含有NaCl、MgCl2和CaCl2等的氯化物，虽经过电脱盐处理但仍然无法做到完全脱除氯盐。脱后原油经换热升温后，原油中的氯盐开始水解，生成HCl。具体反应过程如下：

MgCl2+2H2O→Mg（OH）2+2HCl

CaCl2+2H2O→Ca（OH）2+2HCl

氯盐水解生成的HCl，经常顶冷却器L-016冷却后与冷凝水结合形成高浓度的盐酸，钛制换热器在高浓度盐酸的环境中发生化学反应，对设备造成腐蚀，如图2所示。具体反应过程如下：

2Ti+6HCl→2TiCl3+3H2↑

2.4 流体偏流

L-016壳程介质为热媒水，介质较脏。在检修鉴定期间发现板束外表面有大量淤泥，严重影响换热器的正常换热。伴随着淤泥的逐渐增多，热媒水在壳程的流动受阻，换热器的换热效果逐渐变差。两台换热器平行并列分布，装置运行末期出现偏流现象。热媒水携带的淤泥进一步附着在板束的外表面，形成垢下腐蚀。另外，壳程介质热媒水的操作压力较高，换热器的偏流及壳程流体流通受阻，易形成交变载荷作用在换热器板束上，对板束长时间进行冲击磨损。

3、防护对策及建议

3. 1优化塔顶三注

3. 1. 1 塔顶三注喷头改造

常顶三注喷头结构过于简单，无法起到均匀分布的效果，喷头材质为20#，腐蚀也较为严重，溶剂注入后效果欠佳。利用检修期间将常压塔塔顶三注喷头进行更新，喷头材质采样抗腐蚀性能较好的钛材。喷头前端装设分布器，能起到均匀分布溶剂的作用。目前三注喷头运行良好，常顶采样合格率有所提升。

3. 1. 2 建议增上DCS串级控制

常减压装置的低温腐蚀主要以工艺防腐为主，在实际生产中往往依靠塔顶回流罐铁离子、PH值的采样分析，然后根据采样结果来调整注剂量。然而这种采样分析往往存在滞后性，只有暴露问题了才调整操作。建议增加在线采样分析，对在线采样分析数值与注剂泵量程进行串级控制，根据采样数值自动调整注剂泵的行程。

3. 2优化换热流程

L-016壳程介质较脏，且操作压力高达1.1MPa，不适用于制造较为精密的板式换热器，建议选用介质干净、操作压力较低的流体作为换热的冷源。目前采用定期清理热媒水机泵入口过滤器的措施，有条件的情况下清理热媒水罐，达到了一定的效果，缓解了换热器的腐蚀。

3. 3增设反冲洗流程

建议在换热器壳程增上反冲洗流程，采用清洁的反冲洗水定期对板束进行在线清洗，可有效清除附着在板束外表面的的淤泥，避免板束外表面结垢而形成垢下腐蚀，增强换热器的换热效果，有效延长换热器的使用寿命。

结束语

在实际生产中，常减压装置低温部位的腐蚀较为常见，主要控制手段仍以工艺防腐为主，部分炼化企业通过对冷换设备材质的升级来抵御腐蚀。初常顶换热器普遍采用钛材，本文对常顶冷换设备的腐蚀原因做了分析，阐述了其腐蚀机理，提出了相应的防护对策及建议，为今后的改造提供了技术依据。

参考文献：

[1]赵敏.康强利.马红杰等.炼油厂常减压蒸馏装置腐蚀防护现状[J].

[2]王荣.钛制热交换器传热管泄漏原因分析[J].

石家庄炼化 河北 石家庄 050000