汽油加氢装置换热器泄漏和防腐措施

时间：2024-07-28

郭建伟，杨丽

(1.中国石油天然气股份有限公司克拉玛依石化分公司，新疆克拉玛依834003;2.克拉玛依市科比技术有限责任公司，新疆克拉玛依834003)

1 装置简介

克拉玛依石化公司450 kt/a汽柴油加氢精制装置是某公司设计，主要加工催化柴油和焦化汽柴油，年加工能力为450 kt。2002年12月建成投产使用。2012年根据公司加工工艺流程需要将加工原料改为焦化汽油，装置更名为450 kt/a年焦化汽油加氢精制装置。

2 泄漏发生及处理过程

2012年11月28日巡检时发现450 kt/a焦化汽油加氢精制装置内反应产物/原料油的换热器E304/B管箱Ω密封环在焊缝部位多处发生泄漏，大量的氢气和汽油喷出。装置被迫停工，再加上冬季施工较困难，维修一直没有进行。

2013年3月8日对发生泄漏的E304/B进行维修。拆除Ω环时，发现E304/B管箱内壁右下侧出现大面积的网状裂纹。随后对整个管箱进行了着色渗透检测，从而确定了裂纹位置(见图1)。

2013年3月15日到21日对管箱裂纹进行了打磨。24日在对E304/B管箱进行着色渗透时发现管箱左下侧出现大面积新的裂纹，且管箱靠近管板密封面处也出现新的裂纹(见图2)。

图1 E304/B管箱内壁右下侧网状裂纹Fig.1 Net shape cracks on the lower right side of E304/B tube walls

图2 E304/B管箱内壁左下侧裂纹Fig.2 Cracks on the lower left side of E304/B tube walls

鉴于以上情况，对换热器 E304/A(反应产物/原料油)管箱也进行了着色渗透检测，发现E304/A管箱靠近管板密封面处也存在裂纹。由于E304/A，B发生裂纹面积过大，已无法现场修复，于是返回制造厂彻底修复。2013年3月28日将E304/A，B返回厂家维修，厂家先将换热器管箱和筒体分割，再用大型车床将换热器内壁堆焊层全部车削，直至裂纹全部消失消，然后按照换热器制作工艺重新将换热器修复。2013年4月15日，两台设备拉回公司进行投产运行，迄今使用正常。

3 泄漏原因分析

E304/AB设备相关工艺参数见表1。

表1 设备工艺参数Table 1 Technological parameters of equipment

由于发生泄漏主要部位是E304/A，B管程部分，所以对壳程介质的影响不予考虑。E304/A，B管程的介质为反应产物，主要成分为精制汽油，导致发生腐蚀介质的质量分数分别为:硫化物5 060 mg/g、氨氮 2 250 mg/g、氯离子 20 mg/g、硫酸根50.6 mg/g、亚铁离子0.507 mg/g。pH值为5～7。管程设备的材质为:基层15CrMo、堆焊层3 mm的0Cr23Ni23+3 mm的0Cr18Ni11Nb、管程内件和Ω密封环0Cr18Ni10Ti，与介质所接触的管程设备材质都为奥氏体不锈钢。设备管程操作压力为7.5 MPa。

综合换热器管程设备材质、介质成分、温度、压力分析，造成E304/AB泄漏的原因有以下几点:

(1)奥氏体不锈钢在氯离子环境下的应力腐蚀是发生泄漏的主要原因。在换热器制造过程中，焊接会导致热影响区的敏化产生残余内应力，因此焊接接头有较高的应力腐蚀开裂倾向。奥氏体不锈钢在70～250℃、pH值为5～7的中性氯化物水溶液中，开裂倾向随氯离子浓度升高、温度升高和钢所承受的外加应力的增大而增大。在微量氯离子(几十mg/g以下)的条件下，应力腐蚀开裂敏感性较低。由于这种换热器管箱结构特性，在管箱内套筒和管箱内壁之间、Ω密封环部位的介质基本上不流动，容易造成氯离子浓度浓缩。长时间在这种环境下容易发生腐蚀开裂。

(2)奥氏体不锈钢在大气环境下的连多硫酸腐蚀是导致腐蚀扩大的主要原因。介质中的硫在高温下与钢表面反应生成FeS，停工冷却后FeS与空气中的水反应，即能生成连多硫酸H2SxO6(x=3，4，5)，奥氏体不锈钢在连多硫酸中发生晶间型应力腐蚀开裂。

E304/A，B管程介质中的亚铁离子就是硫化物在高温下生成的。装置开工期间生成的FeS一部分随着介质被带走，一部分附着在设备表面。在对E304/B管箱内壁进行打磨期间，整个管箱暴露在大气环境下，附着在设备表面的FeS与空气中的水生成连多硫酸，这就是在对E304/B管箱进行着色渗透时会出现新的裂纹的原因。

(3)E304/A，B管程入口注水量过小也是导致腐蚀开裂的又一原因。管程介质中的硫化物、氨氮在7.0 MPa、120～200℃条件下生成铵盐，铵盐极易溶于水，溶液显酸性。在管程入口大量注水的目的就是要将这些铵盐带走，同时降低介质中氯离子的浓度和提高介质的pH值，减弱奥氏体不锈钢在氯离子环境下的应力腐蚀速率。