催化重整装置水冷器腐蚀分析_图文

1、故障分析与寿命评估石油化工腐蚀与防护Corr osi on&Pr otecti on in Petr ochem ical I ndustry2009,26(456催化重整装置水冷器腐蚀分析刘光林于晓鹏(中国石油化工股份有限公司洛阳分公司,河南洛阳471012摘要:针对催化重整装置水冷器的腐蚀泄漏现象,从腐蚀形式、腐蚀机理及影响腐蚀的因素等方面进行了详细分析,认为循环水系统微生物细菌、冲刷腐蚀以及水冷器壳程腐蚀性介质等因素是造成水冷器腐蚀泄漏的主要原因,并提出了相应对策。关键词:水冷器腐蚀泄漏分析中图分类号:T Q05019文献标识码:A文章编号:1007-015X(200904-00

2、56-04催化重整装置以石脑油为原料,主要生产高辛烷值汽油和为化纤提供原料,是石油化工行业重要的生产装置之一。中国石油化工股份有限公司洛阳分公司重整装置共有冷换设备48台,其中水冷器26台,占冷换设备的50%以上。自2005年检修开工以来,本周期冷换设备共有23台(组发生故障,故障数达37台次,其中碳钢水冷却器发生故障29台次,占全部冷换设备故障的7813%,其主要故障形式为管板焊道坑蚀、开裂和换热器芯子的腐蚀穿孔,在生产过程中曾多次造成单元被迫停工抢修,严重影响了装置的安稳长运行,因此减少水冷器故障对保证装置安全、平稳生产具有十分重要的意义。1水冷器腐蚀情况111设备的腐蚀泄漏情况2006年

3、9月2007年9月重整水冷器腐蚀泄漏情况统计见表1。从表1可知重整水冷器运行一年设备故障台数就多达23台次,故障率非常高,其主要问题是设备腐蚀泄漏,极大的影响了装置的长周期安全运行。112设备外观检查通过表观检查发现腐蚀泄漏的水冷器表面主要有以下几种现象:(1微生物腐蚀严重。在管板表面发现存在絮状物或称为粘泥(如图1,管板与管束之间的环焊缝焊肉出现严重的冲刷磨损腐蚀坑。试漏中管子和管板连接处出现泄漏。如重整装置高压吸收罐水冷器E204以及水冷器E107等。(2管口结垢明显。腐蚀产物颜色外黄内黑存在明显的漏油痕迹,如图2所示 。图1E204管板粘泥及腐蚀收稿日期:2009-03-11;修稿日期:

4、2009-05-09。作者简介:刘光林(1974-,男,工程师。1996年毕业于抚顺石油学院化工设备与机械专业,2008年取得西安石油大学机械工程硕士学位。在中国石油化工股份有限公司洛阳分公司机动处从事设备管理工作 。图2汽提塔顶冷却器(3管板没有明显的腐蚀产物和腐蚀坑,但打压后,芯子出现泄漏,如图3所示。(4管束外表面壳程介质(油、酸、碱等的腐蚀,造成管束泄漏,如图4所示。第4期刘光林等1催化重整装置水冷器腐蚀分析表1重整水冷器故障统计设备名称工艺编号故障时间/(年-月-日故障情况及处理故障原因简要分析预加氢产物水冷器E105A2007-08-01管束泄漏,打压堵漏19根(管子漏2根,焊缝漏

5、17根,更换垫片在装置运行后期,经过长期运行,循环水水质较差,携带垢质在管束内堆积,主要可能是垢下腐蚀,造成泄漏预加氢产物水冷器E105B2007-01-20发现管束泄漏后暂停用。在816打压堵漏18根(管子漏3根,焊缝漏15根,更换垫片汽提塔顶水冷器E1072007-08-26管束泄漏,打压堵管36根,更换垫片轻石脑油水冷器E1082006-11-10打压试漏,芯子西侧有两处焊缝裂开,动火补焊精制石脑油水冷器E1092007-08-062007-09-1东侧头盖有几次轻微泄漏,紧固处理外送精制油和停用时引起的温度差异造成一定的热胀冷缩变化,造成泄漏。K202B中间水冷器E203B2007-0

6、3-022007-08-012007-09-04管束泄漏,不抽芯清洗,氮气试压堵管3根,更换垫片管束泄漏,不抽芯清洗,氮气试压堵管5根,更换垫片管束泄漏,打压2MPa堵管3根,累计11根,更换垫片在装置运行后期,经过长期运行,循环水水质较差,携带垢质在管束内堆积,主要可能是垢下腐蚀,造成泄漏K202S中间水冷器E203S2007-04-262007-08-28管束泄漏,不抽芯清洗,氮气试压堵管1根,更换垫片管束泄漏,不抽芯清洗,氮气试压堵管3根,更换垫片K202D中间水冷器E203D2007-03-152007-09-07管束泄漏,抽芯清洗管程,打压117MPa 堵管7根,更换垫片管束泄漏,不

7、抽芯清洗管程,打压117MPa堵管30根,更换垫片高压吸收罐水冷器E2042007-01-092007-03-02管束泄漏,堵管10根,更换垫片管束泄漏,更换管束,更换垫片在装置运行后期,经过长期运行,循环水水质较差,携带垢质在管束内堆积,主要可能是垢下腐蚀,造成泄漏脱丁烷塔水冷器E2062006-11-212007-02-072007-03-27管束泄漏,抽芯清洗,更换垫片,打压堵漏16根管束泄漏,抽芯清洗,换垫,打压2MPa堵漏包括以前共32根。管、壳程暂停用,管程循环水两个阀门加盲板管束泄漏,更换管束,换垫在装置运行后期,经过长期运行,循环水水质较差,携带垢质在管束内堆积,主要可能是垢下

8、腐蚀,造成泄漏脱丁烷塔底水冷器E2072006-08-0108-022006-10-092006-11-0611-08管束泄漏,抽芯清洗,换垫,试压堵管7根。回水阀阀芯脱落,动火修复管束泄漏,换垫,试压堵管共计14根管束泄漏,换垫,试压漏堵管共计27根在装置运行后期,经过长期运行,循环水水质较差,携带垢质在管束内堆积,主要可能是垢下腐蚀, 造成泄漏图3重整脱丁烷塔底水冷器E207堵管27根从腐蚀形态来看,腐蚀的产生主要是在垫片底面、搭接缝、表面沉淀物等处的缝隙腐蚀和垢下腐蚀; 发生在冷却器内侧的管壁表面和管板上的应力图4E307泄漏的5根管子南端的腐蚀坑腐蚀和孔蚀;发生在管板与管束之间的焊道上

9、的冲刷腐蚀以及管束外表面均匀腐蚀或折流板附近的磨损腐蚀等。75石油化工腐蚀与防护第26卷2设备腐蚀原因分析211设备运行工艺参数重整水冷器运行的工艺条件以预处理水冷器为例见表2。从表2可知碳钢水冷器主要介质为循环水,压力0135MPa,温度40,壳程介质为汽油(E307壳程为碱液。表2碳钢水冷器运行参数管束台数装置部位设备规格操作条件温度/压力/MPa管程壳程管程壳程介质管程壳程重整装置碳钢水冷器7预处理E105A/F B1100-290-25-6E105BE107/F LB1400-525-25-6404040555555013501350135118611861186循环水循环水循环水氢气

10、,汽油氢气,汽油氢气,汽油212腐蚀机理分析碳钢水冷器主要腐蚀介质为循环水。从腐蚀形态来看主要是垫片底面、搭接缝和表面沉淀物等处的缝隙腐蚀和垢下腐蚀、冷却器一侧的管壁表面和管板上的应力腐蚀和孔蚀、管板与管束之间的焊道上的冲刷腐蚀和坑蚀、管束外表面均匀腐蚀与折流板附近的磨损腐蚀等。其腐蚀的影响因素主要是循环水系统微生物、管束穿孔漏油的油相、冷却水的压力、流速以及壳程的腐蚀性介质等。21211循环水系统的细菌腐蚀细菌腐蚀是造成水冷器腐蚀的主要因素之一。细菌腐蚀有两个特点:一是伴随着大量的粘泥产生;二是腐蚀部位总带有孔蚀迹象。细菌腐蚀在冷却水系统非常普遍,引起腐蚀的细菌包括铁细菌、硫杆菌、硫酸盐还原

11、菌以及原生动物藻类等多种微生物。细菌腐蚀往往是喜氧性细菌和厌氧型细菌联合作用的结果。其腐蚀机理为“阴极去极化作用”理论。21212磨损腐蚀和缝隙腐蚀磨损腐蚀是高速流体对金属表面已经生成的腐蚀产物的机械冲刷作用和对新裸露金属表面浸蚀作用的综合结果。对冷换设备,缝隙腐蚀主要产生在垫片底面、搭接缝和表面沉淀物等处,同时由于应力集中,在管板环焊缝处产生的应力腐蚀裂纹,也是缝隙腐蚀的重要位置。21213管束外壁的均匀腐蚀和孔蚀壳程介质对管束外壁的腐蚀是造成管束泄漏的主要因素之一。在催化重整过程中,原料油合格腐蚀就不明显。在预加氢过程中原料油中除氢之外,还有硫、氮、氧和氯等化合物,在加氢分解时生成H2S,

12、NH3,H2O和HCl等,在低温部位易形成H2S-H2O腐蚀环境和H2S-HCl-H2O腐蚀环境,对碳钢表现为均匀减薄,对不锈钢则表现为应力腐蚀开裂和点蚀1。213影响水冷器腐蚀泄漏的因素21311循环水压力及流速长期以来,在循环水冷却器运行中,操作人员习惯于将循环水入口阀关小以达到节水的目的。因流速过低,容易造成结垢和粘泥沉积,从而造成细菌腐蚀,引起冷却器内漏。漏出的物料进一步使细菌和粘泥增加,对冷却器产生进一步的腐蚀,从而形成了恶性循环。循环水在0135MPa压力下,经过管箱在管板处形成湍流腐蚀和空泡腐蚀,对管板和芯子产生一定的冲刷作用,冲去腐蚀产物,产生新的金属表面,而新的金属表面又再次

13、被腐蚀,这样交替进行,促进了腐蚀的产生,腐蚀表现形态为深度坑蚀。21312循环水中的微生物从图1中E204管板腐蚀可清楚地看到,管板表面有大量的粘连物和垢样沉积物,腐蚀部位出现大量腐蚀坑,具有典型的细菌腐蚀特征。细菌腐蚀并非它本身对金属的侵蚀作用,而是细菌生命活动的结果间接地对金属腐蚀的电化学过程产生影响。在粘泥的覆盖下,局部金属表面成为贫氧区引起氧浓度差电池而引起的电化学腐蚀,微生物起到加速局部腐蚀和生成新污泥的作用,厌氧菌依靠铁离子的氧化而获得能量生存繁殖。Fe2+Fe3+e+能量主要有四种方式影响腐蚀过程:一是新陈代谢产物的腐蚀作用,细菌能产生某些具有腐蚀性的代谢产物,恶化金属腐蚀环境;

14、二是生命活动影响电极反应的动力学过程,某些还原菌对腐蚀的阴极去极化过程起促进作用;三是改变金属所处环境状况,使金属表面形成局部腐蚀电池;四是破坏金属表面有保护性的非金属覆盖层或缓蚀剂的稳定性。细菌腐蚀的一个显著特征,就是在金属表面伴随粘泥的沉积。许多细菌都能分泌粘液,粘泥是粘液与85第4期刘光林等1催化重整装置水冷器腐蚀分析介质中的土粒、矿物质、死亡菌体、藻类和金属腐蚀产物的混合物。金属遭受细菌腐蚀的程度往往和粘泥积聚的数量密切相关。21313系统漏油汽提塔顶换热器腐蚀产物是外黄内黑,这是因为冷换设备局部泄漏造成系统漏油,油液进入循环水系统加速设备的结垢和腐蚀造成的。油是微生物的营养源,有助于

15、其生长和繁殖;另一方面油品又不断消耗系统内投加的用于抑制微生物生长的氧化性灭菌剂氯。由于系统漏油,循环水系统内水中油质量分数可达几百g/g。浊度急剧升高,水质变差。同时油品粘附能力强,与系统中的粘土等悬浮物粘合在一起,在管壁和表板以及设备死角处沉积,一方面隔离了水处理药剂和金属面的接触,使药效得不到充分发挥,另一方面也形成大量的粘泥污垢,使得细菌有了充分的生存和繁殖环境,从而造成了严重的细菌腐蚀。21314壳程腐蚀性介质含量壳程介质中硫离子、氯离子含量的升高以及碱液等腐蚀性介质质量浓度的升高等原因,也会造成水冷器外壁的腐蚀加剧。3对策(1提高设备材质等级。针对管束管头环焊缝区域的冲刷腐蚀、细菌

16、腐蚀和管束外壁的均匀腐蚀,提高设备的材质等级是一种较好的防腐蚀办法,但费用高,同时由于存在H2S-HCl-H2O低温腐蚀体系,对奥氏体不锈钢易造成应力腐蚀开裂。因此,在选材时,应进行综合考虑。(2管束内壁涂刷高耐蚀、具有一定灭菌效果的防腐蚀涂料。涂层防腐蚀费用低、效果好,目前应用的冷换设备涂料主要为环氧型或改性环氧树脂涂料。但存在不耐高温、易产生局部破损和附着力不强等弊端,从而影响使用效果。目前在重整装置水冷器内壁做了SHY-99防腐蚀涂层,目前看来应用效果良好。(3阴极保护法。用牺牲阳极法对管板和芯子进行保护,是防止水冷器在循环水中腐蚀的重要手段之一。在冷换设备上主要应用的是牺牲阳极保护法。

17、(4涂料和阴极保护综合防腐蚀。冷换设备的腐蚀主要发生在管口焊接部位,由于残余应力的存在,加上冲刷和介质腐蚀的双重作用,该部位最为脆弱。可考虑采用涂料+阴极保护措施。(5开发先进的水质处理剂。加强监控措施,避免水质污染。(6尽量杜绝系统漏油。一旦系统出现漏油,要尽快处理,同时应选择、开发具有抗油性能的新型水处理药剂。参考文献1中国石化设备管理协会编1石油化工装置设备腐蚀与防护手册M1北京:中国石化出版社,199614-7Ana lysis of corrosi on of W a ter cooler i n Ca t a lyti c Reform i n g Un itL iu Guang

18、lin,Yu X iaopengS I NO PEC L uoyang Petroche m ical Co m pany(L uoyang,Henan471012Abstract:I n a case study of corr osi on leakdage of water cooler in a catalytic ref or mer,the corr osi on was analyzed in detail in res pect of corr osi on f or m and fact ors affecting corr osi on.It is concluded that the main cul p rits of corr osi on are bi o-bacteria in cooling water syste m,the i m p inge ment er osi on and corr osive media in the shell side of water cooler.Corres ponding contr ol measures are recommended.Keywords:water cooler,corr