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延迟焦化装置加工高酸原油换热器选材探讨点击：2068 日期：[ 2014-04-26 22:06:31 ] |
| 延迟焦化装置加工高酸原油换热器选材探讨 韩玉梅 (中国石油天然气华东勘察设计研究院 青岛 266071) 摘要：加工高环烷酸原油的延迟焦化装置中换热器主要受压元件的材料选择以及使用效果,推荐了浮头端受压元件的选材。 关键词：高酸介质; 换热器; 选材中图分类号:TQ051.5文献标识码:A文章编号:1009 3281(2008)03 0057 02 某炼油厂1000kt/a延迟焦化装置,加工原料为苏丹六区的稀油(Fula North AG)/稠油(Fula North B)1∶3的混合原油,装置采用一炉两塔延迟焦化工艺,包括焦化部分(含换热、电脱盐、加热炉、分馏、贮焦、切焦、冷焦、吹汽放空设施)、吸收稳定部分、干气液化气脱硫部分、液化气脱硫醇部分等。 原料与通常的焦化装置原料(多数为减压渣油)比较的基本特点是:盐及钙含量高、酸值高、水含量高、密度大、粘度高、轻组份含量高、硫含量较低。特别是环烷酸含量高达13.82mg(KOH)/g,为目前世界炼油原料之最,因此,设备选材直接影响装置的安全平稳运行。 1 环烷酸腐蚀原理 (1)环烷酸(RCOOH)(R为环烷基)为原油中各种有机酸的总称,不是单纯一种物质,而是集中在一定馏分范围内,结构相似的物质。环烷酸是环烷基直链羧酸,其中五、六环为主的低分子量环烷酸腐蚀性最强。环烷酸在低温时腐蚀不强烈,一旦沸腾,特别是在高温无水环境中,腐蚀最激烈,腐蚀反应按下式进行: 2RCOOH+Fe→Fe(RCOO)2+H2↑ FeS+2RCOOH→Fe(RCOO)2+H2S↑ 由于Fe(RCOO)2是一种油溶性腐蚀产物,能为油流所带走,因此不易在金属设备表面上形成保护膜,即使形成硫化亚铁保护膜,也会与环烷酸发生反应,而完全暴露出新的金属表面,使腐蚀继续进行。 (2)环烷酸腐蚀速率与环烷酸浓度、温度、流速、工艺设备材质等有关。环烷酸腐蚀受温度影响很大,在常温下对金属没有腐蚀。但在高温下与铁生成环烷酸铁,引起强烈腐蚀。资料[1]介绍:环烷酸腐蚀开始于220℃,以后随温度的升高而腐蚀加剧,270～280℃时腐蚀已很大,以后随温度上升而减弱。但在350～400℃时,腐蚀急剧增加,400℃以后认为环烷酸分解完毕,已无环烷酸腐蚀。但对苏丹原油,根据《苏丹原油腐蚀实验结果》,从180℃就产生环烷酸腐蚀,直到420℃仍存在腐蚀。 2 换热器选材 本装置流程特点:自罐区送来的40℃的混合原油,经换热升温至143℃后进行三级电脱盐处理,从电脱盐罐出来的脱后原油经换热至186℃进入原料油缓冲罐,再经三次换热至278℃,进加热炉对流段加热至320℃分两股物料进入分馏塔下段的六层鸭嘴型塔盘的上部和下部,在此与焦炭塔顶来的油气逆流接触,进行传热和传质。 混合原油走换热器的壳程,换热器经历从低温到高温的整个环烷酸腐蚀过程。根据苏丹原油高含酸的特点、《苏丹原油腐蚀实验结果》以及《加工高硫原油重点装置主要设备设计选材导则》[2]经专家多次审查,最后确定炼制苏丹原油延迟焦化装置的换热器选材。下面介绍选材原则及选材结果。 2.1 选材原则 由于原料中硫含量较低(0.127%),所以仅考虑高温环烷酸腐蚀,根据以上原则,在环烷酸环境中,从220℃开始壳体采用316L复合板材质防腐蚀,管束采用316L换热管,管板堆焊316L;180～220℃壳体使用低合金钢适当增加腐蚀裕度,管束采用碳钢渗铝,管板使用低合金钢增加腐蚀裕度。 2.2 换热器选材 原料油走换热器的壳程,根据以上原则,换热温度220℃以上的换热器共10台,壳程材料选择316L+16MnR,换热管材料选择316L,管板材料选择16Mn锻,在壳程侧堆焊316L;换热温度180～220℃的换热器共10台,壳程材料选择16MnR,换热管材料选择10#渗铝,管板材料选择16Mn锻件,壳程腐蚀裕量取4mm。 2.3 其他元件材料 对高温环烷酸腐蚀,通常的做法是采用316L或316L复合板。对浮头式换热器,一般选材是浮头管板、浮头法兰选取316L,浮头螺柱应该选316。使用316材料螺柱虽解决腐蚀问题,但存在一个问题,就是对压力、温度较高的场合,由于316材料的强度低,常规尺寸法兰螺柱计算无法通过,若必须采用则需要将法兰尺寸加大,增加螺柱数量,从而使结构变得非常不合理,有些情况加大法兰尺寸也无法计算通过。 环烷酸腐蚀除与温度等有关外,与介质流速也有很大关系。根据浮头式换热器的特点:在浮头端介质流动缓慢,甚至不流动,所以基本不存在冲刷腐蚀。另外,根据工艺操作条件,原料油(高酸介质)由40℃经多次与柴油及蜡油换热最终温度达到278℃,而10台考虑高酸介质的换热器,其中壳程原料油温度为:4台182～209℃,4台213～270℃,2台270～278℃,介质入口(低温端)均在浮头侧。由此可见温度超过220℃(选材原则)的高酸环境的换热器仅2台。因此,在实际设备制造时将浮头螺柱材料改为35CrMoA,以满足强度要求。 3 使用效果 本装置于2004年9月15日投产,到2005年8月5日停工检修,装置运行326天,为了掌握设备的腐蚀情况,装置投产前在分馏塔内放置了腐蚀挂片,停工检修时对换热器进行了宏观检查和壁厚检测。 3.1 宏观检查 对换热器的壳体内壁、管束、管板、钩圈、螺柱等进行了全面的宏观检查,总体来看,设备内壁及内件没有发现腐蚀,表面光洁。 3.2 测试结果 由分馏塔挂片可以看出:在高温环烷酸环境下316L钢板无腐蚀。 3.3 浮头螺栓 由于浮头螺栓材质制造时由316改为35CrMoA,所以检修时特别关注,经测量及外观检查,浮头螺栓无任何腐蚀,表面光洁。 4 结束语 (1)经过近一年的运行由设备壁厚检测及腐蚀挂片证明,316L换热器壳体无腐蚀,选材选择正确。 (2)从设备壁厚检测结果初步判断:220℃以下16MnR材料有一定的腐蚀,但不严重,10#渗铝有很好的抗环烷酸腐蚀能力,均能满足设计寿命的要求。 (3)浮头螺柱改用35CrMoA材料亦能满足设计要求。 (4)结合检修时Cr-Mo钢螺柱无腐蚀的情况,在介质温度较低(小于270℃)情况下,推荐浮头管板改为Cr Mo钢加堆焊316L(壳程侧),浮头法兰、钩圈材质改为Cr Mo钢,适当加大腐蚀裕度; (5)考虑装置运行时间较短和检查的局限性,以及对换热器原始厚度未有记录,判断可能不全面,下次检修还需认真检查,以进一步验证选材的正确性。 参考文献 [1] 中国石油化工设备管理协会设备防腐专业组编著.石油化工装置设备腐蚀与防护手册[M].北京:中国石化出版社,1996. [2] SH/T3096.加工高硫原油重点装置主要设备设计选材导则[S]. |
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