工艺水汽提塔再沸器内漏原因分析及优化

工艺水汽提塔再沸器内漏原因分析及优化

薛魁　马晓伟 朱郎　万家川　张智慧

（中国石油独山子石化分公司，新疆 独山子 833699）

摘要：急冷水（包括工艺水）系统是乙烯装置重点防腐管控单元，本文阐述了工艺水汽提塔再沸器泄漏情况，从工艺操作和设备结构两方面进行了分析，发现了再沸器长期处于超热负荷状态，确定了造成换热器泄漏的根本原因，实施了改造措施，并提出了生产优化建议，可为同类型装置生产经验共享。

关键词：工艺水 再沸器 泄漏 热负荷 腐蚀

引言

裂解炉设计有稀释蒸汽（DS）注入系统，通过降低烃分压来提高裂解炉乙烯、丙烯产品收率。这部分注入到原料中的蒸汽会在下游急冷水系统得到冷凝，其中部分冷凝的急冷水进入工艺水汽提塔（C-3001），经过塔底再沸器（E-3018）及DS注入，汽提出其中的烃类物质后，继续用于发生DS，供裂解炉循环使用。由于急冷水组成复杂，存在易腐蚀介质，在高温的情况下，极易发生设备腐蚀泄漏现象。2019年E-3018投用至今，已发生过两次泄漏现象，严重威胁装置的长周期运行。

1 工艺流程说明

E-3018管程介质为裂解柴油(PGO)，入口温度为150.4℃，出口温度135.3℃，壳层为工艺水，设计温度113.4℃，压力0.06MPa。E-3018管程设计有旁路线，通过调节旁路阀门，起到控制进入换热器PGO的流量，调节换热器的热负荷,如下图所示：

图１　10-E-3018工艺简图

Fig.1 10-E-3018 Process Diagram

2　换热器情况介绍

E-3018为ASH型浮头式换热器，两程管设计，管束规格φ25*2，数量：3106根，换热面积1258.7㎡。2019年10月，利用装置大检修的机会，更换了一台新的换热器。运行不足一年半即发生了泄漏，由于管束无法抽出，仅对四根泄漏管束进行了封堵。2021年9月14号，换热器再次泄漏，堵管16根。换热器抽芯图片如图2所示：

图2　清洗前管束状况

Fig.2 Condition of tube bundle before cleaning

图3　清洗后管束状况

Fig.3 Condition of tube bundle after cleaning

检查发现，一是浮动支撑圈与浮头管板之间积焦结垢严重，这会导致严重垢下腐蚀[[1]]；二是管束主体存在均匀腐蚀，在浮动支撑圈与浮头管板之间的管束存在明显坑蚀（见白圈处）

3　泄漏原因分析

3.1　工艺原因分析

对设计工况3（最大负荷）和实际工艺运行参数进行对比分析，如下表所示：

表1　换热器热负荷对比

Table1 Heat load comparison of heat exchanger

注1：专利商规定的设计最大热负荷=设计热负荷*115%

注2：实际数据以2020年6月5号数据

可以发现，加热用到裂解柴油流量未超过设计流量，但是，由于柴油进出换热器温差达到了22.5℃（设计14℃），E-3018的实际热负荷已是设计值的148.5%，超出设计最大热负荷的29.1%，属于超负荷运行。超热负荷运行，这会造成工艺水侧气液比增大，腐蚀性介质的浓缩倍率提高，形成垢下腐蚀，气速增大也会加剧折流板间的间隙腐蚀。

在对工艺水汽提塔进行热平衡分析中，得出如下对比数据：

表2　工艺水汽提塔热平衡分析

Table2 Heat balance analysis of process water stripper

计算数据表明，在对工艺水汽提塔汽提的热负荷供给中， DS与柴油的热负荷供给比例失衡，DS汽提量过小，换热器热负荷过大，即DS流量过低，再沸器热量供给过大，工艺操作不合理，会造成再沸器超负荷。

3.2　设备结构分析

该换热器采用浮头式换热器，可适应大温差的要求，但是浮头式换热器在壳层的设计方面存在流速滞缓区域，如图4所示：浮动支撑圈将壳层中的管束分为两部分，由于支撑圈上下距离筒体距离均为6mm，所以支撑圈与浮头管板间的区域为流动滞缓区，设计要求该距离最小，避免该区域换热不均匀。E-3018在该区域的的距离约有421mm，并在支撑圈下部开有高20mm的直角缺口，如图5所示。

图4　E-3018设备简图

Fig.4 10-E-3018 equipment diagram

换热器的垢下腐蚀往往发生在壳程挡板及底部等死角处，氧气、水、H2S等物质在垢下产生电化学腐蚀。该滞缓区的存在增加了垢下腐蚀的可能性。

换热器设计换热面积1258.7m2，设计最大热负荷12650kw，单位面积热负荷为10kw/m

2。经计算，换热器实际单位面积热负荷高达13kw/m2，超最大单位面积热负荷的30%。该滞缓区由于增加了30%的热负荷，会加剧此处管束外表面的垢下腐蚀。

对管束的涡流检测分析结果显示，壁厚损失大于60%的检测管（7根）均位于浮头管板与浮动支撑圈之间的滞流区域；壁厚损失在30%～60%换热管（26根）主要位于滞留区以及折流板与管束的接触区。

综合分析表明，E-3018存在明显的垢下腐蚀（浮头管板与浮动支撑圈间的滞流区）及缝隙腐蚀（工艺水入口区域，管束与折流板间的缝隙等处）。工艺水中的腐蚀介质、PH值、系统溶解氧、工艺水流速、温度、氯离子浓度等因素会造成这两方面的腐蚀[[2]]，换热器超负荷运行，加速了换热器的腐蚀泄露。

4　防范措施

通过对换热器的工艺参数、几何结构的分析，结合泄漏点分布规律，我们采取了如下防范措施：

1.增加工艺水汽提塔稀释蒸汽（DS）汽提量，开大换热器柴油线旁路，降低E-3018热负荷，均衡DS与再沸器之间的热量供给平衡。

2.控制塔釜温度在指标范围之内。随着温度的升高，会加速缝隙腐蚀的速率。

3.适当增加E-3018壳层水压试验压力（低于设计压力），对严重减薄的管束进行堵管。

4.对浮动支撑圈的几何结构进行改造，上部增加缺口，下部增大缺口，加速滞留区的介质流动，以避免滞流区形成垢下腐蚀。后期，将会考虑在小浮头侧增加牺牲阳极保护措施[[3]]。

结语

装置在高负荷工况下，可能存在设备或管道的局部超负荷现象，对于换热设备，即使在流量正常的情况下，依旧可能存在超热负荷的现象，造成设备损坏。所以，追求装置的长周期运行，仅仅做到加工负荷不超设计还不够，还应对局部的超负荷现象进行检查分析，尤其是潜在的超热负荷现象进行分析，做到真正的不超温、不超压、不超负荷。

　参考文献:

[[1]] 范金福,刘猛,张晓辰等 流速对垢下腐蚀的影响及其腐蚀机理 ,[J].腐蚀与防护,2019.40（11）

[2]胡杰,王松汉 乙烯工艺与原料[M].北京：化学工业出版社，2017. 425-427.

[3] 甄鹏飞 常压蒸馏装置常一线油冷却器腐蚀结垢的原因与对策,[J].石油化工腐蚀与防护,2020,37(5)

作者简介：薛魁，男，1970年5月生，汉族，籍贯，四川射洪县，西南石油大学学历，中国石油大学（北京）工程硕士学位，集团公司技能专家，首席技师，研究方向：乙烯（烯烃）生产。