冷高分加氢空冷器流动腐蚀预测.pdf

冷 高分加氢 空冷器 流动腐蚀预测 詹剑 良 ， 王宽心 ( 1 绍兴市质量技术监督检测院， 浙江 绍兴 3 1 2 0 0 0 ； 2 浙江理2 12 大学 ， 浙江 杭州 3 1 0 0 1 8 ) 摘要： 依据冷高分加氢裂化实际运行工况， 利用 H Y S Y S计算出加氢空冷器的物性参数、 多相 流流量随温度的变化趋势和腐蚀性参数在气液两相 中的动态变化量。将物性参数导入传热软件 H T R I ， 获取管柬 内各位 置处的温度。通过 分析 得 出空冷 器面临 N H H S盐结 晶堵 塞和 多相 流 冲蚀 的风险 ， 第一管程距空冷器入 口 1 0 41 1 8 I n区域是铵 盐开始结晶沉积的位 置。红外热成像仪 的 检测结果表 明： 该空冷器在 该工况下运行 多年后 ， 部分 空冷 管束 出现堵塞 ， 与预测 结果吻合。提 出 优化进料组成并适 当控制原料硫 、 氮含 量 ， 在工 艺允许的 范围内适 当增加二 系列的注水 量， 并采取 暂时停用1 2 0 0号单元净化水、 改善水质等措施 ， 降低腐蚀风险。 关键词： 冷高分加氢裂化流动腐蚀冲蚀 加氢裂化装置是炼油企业重要的二次加工手 段 ， 其 目的是将重质油转化为轻质油 j 。在石化 装置 国产化 、 大型化、 原油劣质化的发展过程 中， 国内高硫原油加工企业因流动腐蚀引起了普遍性 的非计划停工 ， 严重影响了加氢装置安全 、 稳定运 行_ 2 引。 目前 ， 装置 的失效研究 主要集 中在腐蚀 、 材料劣质化 、 复杂载荷的应力分析以及运行环境 的影响等领域 J 。通过收集 Y Z炼油厂冷高分加 氢裂化装置的工艺流程 、 工艺参数等对其进行流 动腐蚀预测研究 ， 分析其可能出现的失效风险， 为 其后续开展优化运行提供指导 。 1 装置流程与设计条件 1 1 工艺流 程 某炼油厂 2 Mt a加氢裂化装置反应系统分 为两个系列 ， 其工艺流程如图 1所示。两系列 的 原料油经反应进料泵升压后 ， 与新氢和循环氢混 合 ， 在换热器 中与反应产物换热。然后 ， 经反应进 料加热炉加热至反应温度 ， 依次进入加氢精制反 应器和加氢裂化反应器 ， 混氢原料油在催化剂作 用下 ， 进行脱硫 、 脱氮 、 脱 氧及裂化等反应 。两系 列反应流出物经过换热器和空冷器冷却后进入共 同的高压分离器 ( F A 1 0 3 ) ， 分离为循环氢、 高分油 以及含硫污水三股物流。 1 2 高压空冷器设计参数 空冷器管束材质为 R S t 3 5 8 ， 且管束端入口 衬2 0 0 m ln M o n e l 合金； 系列一的进口温度1 5 0， 1 8 出口温度 4 5 ， 系列二的进 口温度 1 1 0 ， 出口温 度 4 5 ， 操 作压力 l 5 8 MP a ； 设计 腐 蚀 系数为 0 3 ， 人 口介质平均流速为 3 0 9 m s 。 系 列 一 系 列 图 1 两系列反应及 分离工艺流程 2空冷器风 险预 测 2 1 装置现役状况 2 0 1 1年 6月 巡 检 过 程 中 发 现 系 列 二 的 E C 1 0 2空冷器内六组管束均有不 同程度的局部变 形。管束变形形貌见 图2 。较严重的是 E C 1 0 2 2， E C 1 0 2 3和 E C 1 0 2 - 4部分管束。进而发现 E C 1 0 1 部分管束也存在不同程度 的变形 ， 其严重程度较 E C 1 0 2低 ， 故重点研究 E C 1 0 2空冷器 。 收稿 日期： 2 0 1 41 2 0 6 ； 修改稿收到日期： 2 0 1 5 0 40 8 。 作者简介： 詹剑 良， 硕士研究生， 主要研究方向为流动腐蚀预 测和石化装置安全保障技术。E - m a il ： 6 2 3 5 7 1 0 9 8 q q t o m 图 2管束变形形貌 2 2 流动腐蚀预测 2 2 1 多相流腐蚀性分析 空冷 系 统 是 典 型 的油一 气一 水 多 相 流 ， 利 用 H YS Y S的数据分析工具 ， 得到水相流量 、 油 相流 量及气相流量随温度的变化 曲线见图 3 。 蔷 图 3 油 气 一 水相流量随温度 的变化 曲线 由图 3可 以看 出 ， 空 冷 器 在 人 口温度 ( 约 1 1 0 ) 已经存在油一 气一 水三相且水 相流量 随管 束温度的降低 逐渐 增大 ， 水 相 流量较 低且 在 空 冷器入 口位 置 ( 1 1 0) 已经存 在 9 t h左 右 的 液态水相 ， 可 以判 断 空冷器 内发生 露点腐 蚀 的 可能性不大。 物流的腐蚀强弱与 H S ， N H 等腐 蚀性介质 在气一 液 两 相 中 的 平 衡 分 布 直 接 相 关 ， 运 用 HY S Y S对 R E A C系统 中进行工艺流程模拟 ， 在此 基础上进行数据 分析 可得到气一 液两相 中H S 和 N H 的摩 尔 分率 随管 程 温 度 的 变 化 曲线 见 图 4- 5。 由图4， 5可以看出随物流温度的降低液相中 H， s和 N H 的摩尔分率不断增加 ， 说 明液相 的腐 蚀性不断增强。随温度 的降低 ， 气相中的 N H 。 在 水 中的溶解度增大 ， 使 H s不 断地溶解于水相中 的 N H ， 在水 相 中发生 反应生 成硫氢 化铵溶 液。 综上所述： 空冷管束温度在不断降低的同时多相 流的腐蚀性反而逐渐增强 ， 一旦管束 内物 流的流 速在管束 内达到较大值则有可能诱发腐蚀产物保 护膜被冲破 ， 发生管束冲蚀破裂现象。 瓣 1 O 求 乓 8 0 髓 莓6 0 Z 导 4 - 0 2 -o 图4 气一 液两相 H： S摩尔分率随温度的变化 图 5 气一 液两相 N H 摩尔分率随温度的变化 2 2 2 铵盐结晶预测 计算物流物性参数 ， 得到空冷器 内随温 度变 化 N H 分压的变化曲线与 H ： S分压的变化曲线 。 由 =尸( N H )P( H 2 S ) 从 而可得到空冷器 内 随温度变化 的变化曲线， 结合 N H H S的沉积 曲线数据可得到图 6 。 图 6 N H H S沉积温 度曲线 由图 6可见 ， 当温度约为 6 3 c 【 = 结晶反应平衡 1 9 K X X D盘 4 m 4 4 3 3 3 3 3 2 2 2 瓣 撇 l 哥 醉 长避器 I I z 乎 矮 XXXX X D D D D D D D D D l 9 8 7 6 5 4 3 2 鲫 m Pr e d ic t io n o f Fl o w Co r r o s io n o f Co l d Hig hp r e s s u r e Hy dr O g e na t io n Air Co o l e r Z h a n J ia n l ia n g ， Wa n g K u a n x in ( 1 S h a o x i n g T e s t i n g I n s t i t u t e o f Q u a l i t y T e c h n i c a l S u p e r v i s i o n ， S h a o x i n g， Z h e j i a n g 3 1 2 0 0 0 ； 2 Z h e j i a n g S c iT e c h U n i v e r s i t y ， H a n g z h o u ， Z h e j i a n g 3 1 0 0 1 8 ) Abs t r a c t：On t he b a s is o f a c t ua l o p e r a t io n c o nd it io ns o f c o l d HP s e pa r a t o r o f hy d r o c r a c king u nit ，HYS YS s o f t wa r e is a pp l ie d t o c a l c u l a t e t h e p h y s ic al p a r a me t e r s ，t h e c h a n g e t r e n d o f mu h ip h a s e f l o w w it h t h e t e mp e r a t u r e a n d d y n a mic v a r ia t io n s o f c o r r o s io n p a r a me t e r s in g a s a n d l iqu id p ha s e s The p h ys ic a l para me t e r s a r e in p ut in t o t h e t h e r ma l c a l c ul a t io n s o f t ware HTRI t o g e t t h e t e mp e r a t u r e s a t d if f e r e n t l o c a t io n s in s id e t h e t u b e b u n d l e T h e a n a l y s is c o n c l u d e s t h a t t h e a ir c o o l e r is f a c in g t h e ri s k o f p l u g g in g b y NHd HS a mmo n iu m s a l t c r y s t all iz a t io n a n d mu l t i p h a s e fl o w e r o s io n I n t h e fi r s t t u b e s id e ，t h e a r e a 1 0 4 1 1 8 me t e r s a w a y f r o m a ir c 0 o l er in l e t is t h e l o c a t io n o f a mmo n iu m s a l t c r y s t all iz a t io nI n f r a r e d t he rm al ima g e r t e s t ing r e s u l t s s ho w t ha t ，in t h e a ir c o o l e r a f t e r y e a r s o f o p e r a t i o n i n t h e c u r r e n t w o r k i n g c o n d i t io n s ，p a r t o f t h e a ir c o o l i n g t u b e s a r e b l o c k e d ，w h i c h i s c o n s is t e n t w i t h p r e d ic t io n T h e f o l l o win g me a s u r e s a r e p r o p o s e d t o r e d u c e c o rr o s io n ri s k s ，s u c h a s o p t imiz a t io n o f f e e d c o mp o s it io n a n d p r o p e r c o n t r o l o f s u l f u r a n d n it r o g e n c o n t e n t s i n f e e d s t o c k ， a p p r o p ria t e i n c r e a s e o f w a t e r in j e c t i o n in t r a in I 1 w i t h i n t h e a l l o w a b l e r a n g e o f p r o c e s s ，t e mp o r a r y c u t o ff o f p u ri f y in g wa t e r o f 1 2 0 0 # u n it a n d imp r o v e me n t o f wa t e r q u alit y ，e t c Ke y wo r d s ： c o l d HP s e p a r a t o r ，h y d r o c r a c k in g ，fl o w c o rro s io n，e r o s io n ( 上接 第5页) ( 1 K e y L a b o r a t o r y of E d u c a t i o n Min i s t r y f o r Mo d e r n D e s i g n& R o t o r B e a r i n g S y s t e m， Xi a n。S h a a n x 71 0 0 49： 2 C o l l e g e of Me c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r in g o f X i a n U n i v e r s i t y of T e c h n o l o g y ， Xi a nS h a a n x i 71 0 0 2 1 ) Ab s t r a c t ：T h e c o r r o s io n b e h a v io r o f c a s t ir o n b y me t h a n o l a n d M1 5 me t h a n o l b a s e d g a s o l in e wa s in v e s t ig a t e d T h e f o rm a l d e h y d e a n d f o r mic a c id o f me t h a n o l g a s o l in e c o mb u s t io n p r o d u c t s w e r e a d d e d in t o t h e l u b ri c a t in g o il t o s t u d y it s e ff e c t o n t h e c o rr o s io n b e h a v io r o f c a s t ir o n ma t e ri als T h e c o rro s io n r a t e wa s c h a r a c t e ri z e d a n d s u r f a c e mo rp h o l o gy w a s o b s e r v e d b y o p t ic al mic r o s c o p e t o c h a r a c t e ri z e t h e c o rro s io n b e h a v io r o f c a s t ir o n T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e me t h a n o l d o e s n o t c o r r o d e c a s t ir o n a n d t h e c o rro s io n b e h a v io r o f c a s t ir o n ma t e ri a l is n o t o b v io u s in M1 5 me t h an o l b a s e d g a s o l in e T h e c o r r o s io n b e h a v io rs o f c ast ir o n b e c o me o b v io u s w it h 0 1 t o 2 0 o f f o rm a l d e h y d e c o n t e n t in l u b ri c a t io n o il an d t h e c o rro s io n r a t e r e a c h e s ma x imu m 0 5 3 8 6 wh e n t h e f o r ma l d e h y d e c o n t e n t r e a c h e s 1 5 T h e c o rr o s io n r a t e o f c a s t ir o n in c r e a s e s fi r s t l y a n d t h e n d e c r e as e s wit h t h e in c r e a s e o f f o rm ic a c id c o n t e n t f r o m 0 0 1 t o 0 3 in l u b ri c a t io n o il a n d t h e c o r r o s io n r a t e r e a c h e s max imu m 0 9