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延遲焦化裝置加工高酸原油換熱器選材探討

點擊:1540 日期:[ 2014-04-26 22:06:31 ]
                          延遲焦化裝置加工高酸原油換熱器選材探討                                         韓玉梅                     (中國石油天然氣華東勘察設計研究院  青島 266071)     摘要:加工高環烷酸原油的延遲焦化裝置中換熱器主要受壓元件的材料選擇以及使用效果,推薦了浮頭端受壓元件的選材。     關鍵詞:高酸介質; 換熱器; 選材中圖分類號:TQ051.5文獻標識碼:A文章編號:1009 3281(2008)03 0057 02     某煉油廠1000kt/a延遲焦化裝置,加工原料為蘇丹六區的稀油(Fula North AG)/稠油(Fula North B)1∶3的混合原油,裝置采用一爐兩塔延遲焦化工藝,包括焦化部分(含換熱、電脫鹽、加熱爐、分餾、貯焦、切焦、冷焦、吹汽放空設施)、吸收穩定部分、干氣液化氣脫硫部分、液化氣脫硫醇部分等。     原料與通常的焦化裝置原料(多數為減壓渣油)比較的基本特點是:鹽及鈣含量高、酸值高、水含量高、密度大、粘度高、輕組份含量高、硫含量較低。特別是環烷酸含量高達13.82mg(KOH)/g,為目前世界煉油原料之最,因此,設備選材直接影響裝置的安全平穩運行。     1 環烷酸腐蝕原理     (1)環烷酸(RCOOH)(R為環烷基)為原油中各種有機酸的總稱,不是單純一種物質,而是集中在一定餾分范圍內,結構相似的物質。環烷酸是環烷基直鏈羧酸,其中五、六環為主的低分子量環烷酸腐蝕性最強。環烷酸在低溫時腐蝕不強烈,一旦沸騰,特別是在高溫無水環境中,腐蝕最激烈,腐蝕反應按下式進行:                  2RCOOH+Fe→Fe(RCOO)2+H2↑                 FeS+2RCOOH→Fe(RCOO)2+H2S↑     由于Fe(RCOO)2是一種油溶性腐蝕產物,能為油流所帶走,因此不易在金屬設備表面上形成保護膜,即使形成硫化亞鐵保護膜,也會與環烷酸發生反應,而完全暴露出新的金屬表面,使腐蝕繼續進行。     (2)環烷酸腐蝕速率與環烷酸濃度、溫度、流速、工藝設備材質等有關。環烷酸腐蝕受溫度影響很大,在常溫下對金屬沒有腐蝕。但在高溫下與鐵生成環烷酸鐵,引起強烈腐蝕。資料[1]介紹:環烷酸腐蝕開始于220℃,以后隨溫度的升高而腐蝕加劇,270~280℃時腐蝕已很大,以后隨溫度上升而減弱。但在350~400℃時,腐蝕急劇增加,400℃以后認為環烷酸分解完畢,已無環烷酸腐蝕。但對蘇丹原油,根據《蘇丹原油腐蝕實驗結果》,從180℃就產生環烷酸腐蝕,直到420℃仍存在腐蝕。     2 換熱器選材     本裝置流程特點:自罐區送來的40℃的混合原油,經換熱升溫至143℃后進行三級電脫鹽處理,從電脫鹽罐出來的脫后原油經換熱至186℃進入原料油緩沖罐,再經三次換熱至278℃,進加熱爐對流段加熱至320℃分兩股物料進入分餾塔下段的六層鴨嘴型塔盤的上部和下部,在此與焦炭塔頂來的油氣逆流接觸,進行傳熱和傳質。     混合原油走換熱器的殼程,換熱器經歷從低溫到高溫的整個環烷酸腐蝕過程。根據蘇丹原油高含酸的特點、《蘇丹原油腐蝕實驗結果》以及《加工高硫原油重點裝置主要設備設計選材導則》[2]經專家多次審查,最后確定煉制蘇丹原油延遲焦化裝置的換熱器選材。下面介紹選材原則及選材結果。     2.1 選材原則     由于原料中硫含量較低(0.127%),所以僅考慮高溫環烷酸腐蝕,根據以上原則,在環烷酸環境中,從220℃開始殼體采用316L復合板材質防腐蝕,管束采用316L換熱管,管板堆焊316L;180~220℃殼體使用低合金鋼適當增加腐蝕裕度,管束采用碳鋼滲鋁,管板使用低合金鋼增加腐蝕裕度。     2.2 換熱器選材     原料油走換熱器的殼程,根據以上原則,換熱溫度220℃以上的換熱器共10臺,殼程材料選擇316L+16MnR,換熱管材料選擇316L,管板材料選擇16Mn鍛,在殼程側堆焊316L;換熱溫度180~220℃的換熱器共10臺,殼程材料選擇16MnR,換熱管材料選擇10#滲鋁,管板材料選擇16Mn鍛件,殼程腐蝕裕量取4mm。     2.3 其他元件材料     對高溫環烷酸腐蝕,通常的做法是采用316L或316L復合板。對浮頭式換熱器,一般選材是浮頭管板、浮頭法蘭選取316L,浮頭螺柱應該選316。使用316材料螺柱雖解決腐蝕問題,但存在一個問題,就是對壓力、溫度較高的場合,由于316材料的強度低,常規尺寸法蘭螺柱計算無法通過,若必須采用則需要將法蘭尺寸加大,增加螺柱數量,從而使結構變得非常不合理,有些情況加大法蘭尺寸也無法計算通過。     環烷酸腐蝕除與溫度等有關外,與介質流速也有很大關系。根據浮頭式換熱器的特點:在浮頭端介質流動緩慢,甚至不流動,所以基本不存在沖刷腐蝕。另外,根據工藝操作條件,原料油(高酸介質)由40℃經多次與柴油及蠟油換熱最終溫度達到278℃,而10臺考慮高酸介質的換熱器,其中殼程原料油溫度為:4臺182~209℃,4臺213~270℃,2臺270~278℃,介質入口(低溫端)均在浮頭側。由此可見溫度超過220℃(選材原則)的高酸環境的換熱器僅2臺。因此,在實際設備制造時將浮頭螺柱材料改為35CrMoA,以滿足強度要求。     3 使用效果     本裝置于2004年9月15日投產,到2005年8月5日停工檢修,裝置運行326天,為了掌握設備的腐蝕情況,裝置投產前在分餾塔內放置了腐蝕掛片,停工檢修時對換熱器進行了宏觀檢查和壁厚檢測。     3.1 宏觀檢查     對換熱器的殼體內壁、管束、管板、鉤圈、螺柱等進行了全面的宏觀檢查,總體來看,設備內壁及內件沒有發現腐蝕,表面光潔。     3.2 測試結果     由分餾塔掛片可以看出:在高溫環烷酸環境下316L鋼板無腐蝕。     3.3 浮頭螺栓     由于浮頭螺栓材質制造時由316改為35CrMoA,所以檢修時特別關注,經測量及外觀檢查,浮頭螺栓無任何腐蝕,表面光潔。     4 結束語     (1)經過近一年的運行由設備壁厚檢測及腐蝕掛片證明,316L換熱器殼體無腐蝕,選材選擇正確。     (2)從設備壁厚檢測結果初步判斷:220℃以下16MnR材料有一定的腐蝕,但不嚴重,10#滲鋁有很好的抗環烷酸腐蝕能力,均能滿足設計壽命的要求。     (3)浮頭螺柱改用35CrMoA材料亦能滿足設計要求。     (4)結合檢修時Cr-Mo鋼螺柱無腐蝕的情況,在介質溫度較低(小于270℃)情況下,推薦浮頭管板改為Cr Mo鋼加堆焊316L(殼程側),浮頭法蘭、鉤圈材質改為Cr Mo鋼,適當加大腐蝕裕度;     (5)考慮裝置運行時間較短和檢查的局限性,以及對換熱器原始厚度未有記錄,判斷可能不全面,下次檢修還需認真檢查,以進一步驗證選材的正確性。     參考文獻     [1] 中國石油化工設備管理協會設備防腐專業組編著.石油化工裝置設備腐蝕與防護手冊[M].北京:中國石化出版社,1996.     [2] SH/T3096.加工高硫原油重點裝置主要設備設計選材導則[S].
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