凝析油稳定塔塔底重沸器管束腐蚀原因及对策

大涝坝集气处理站2005年10月投产, 设计日处理天然气25×104m3, 稳定凝析油8×104t/a。该套装置集油气分离、凝析油稳定、天然气增压外输、透平膨胀机制冷于一体, 以回收轻烃和生产稳定凝析油、干气为目。因凝析油高含盐、恶劣的运行环境、重沸器管束不抗腐蚀等因素, 导致凝析油稳定单元投运初期即不正常, 凝稳塔频繁盐堵, 凝稳塔重沸器管束频繁穿孔, 累计腐蚀穿孔21次, 相继5台重沸器管程报废, 仅设备经济损失215万元。陆续试验双相不锈钢、316L不锈钢材质两种重沸器管束, 试验失败。最终从加强运行管理和优选采用经济、有效的锌铝稀土共渗工艺处理管束两个方面采取对策, 经现场检验, 成功解决这一困扰集气处理站生产的难题。可为同生产情况的集气处理站提供借鉴。

一、工艺流程和腐蚀情况概述

1. 工艺流程。

采用高温正压精馏稳定凝析油。稳定单元工艺流程三相分离器将计量和生产分离器分离出的凝液进行油气水的进一步分离, 凝析油经进料换热器加热至118℃, 从凝析油稳定塔顶部进入。凝析油中溶解轻质组分 (即轻烃和液化气) 从塔顶出口经空冷器降温, 进入液化气塔, 精细分离液化气和轻烃产品。塔底液相一部分进入稳定塔重沸器加热至195.5℃后返回塔底, 另一部分凝析油换热后进稳定凝析油储罐。稳定塔设计塔顶温度118℃、塔底温度198℃、塔顶压力0.35MPa。塔底重沸器为浮头式换热器, 加热介质为热媒油, 通过控制热媒油的流量实现控制塔底温度, 导热油进口温度260-265℃, 出口温度100-150℃。详见图1。

2. 腐蚀情况概述

(1) 20#钢材质重沸器管束。两台重沸器切换运行。投运时塔底温度运行到110℃出现凝稳塔盐堵现象, 最严重时周期约2天, 稳定塔频繁停运, 被迫将塔低温降至95℃左右运行, 有所好转, 盐堵周期约为7—15天, 建简易洗盐流程解决这一问题。在2006年11月23日1#重沸器管束第1次穿孔。累计运行时间135天。2007年3月11日2#重沸器管束第1次穿孔, 累计运行时间135天。穿孔导致导热油循环过程混入凝析油 (含有水分) , 水分在高温下汽化膨胀, 使导热油膨胀罐压力升高, 安全阀起跳, 并且对导热油循环泵产生气蚀, 最终热媒炉停用, 严重影响站内正常生产。抽芯检查发现1#、2#重沸器管束塔表面结盐严重, 结盐主要位于重沸器凝析油入口处 (见图2) , 表面上局部腐蚀和点蚀坑明显 (见图3) 。试漏找出穿孔管束后封堵继续使用, 到2008年8月期间, 累计出现19次穿孔。两组重沸器114根管束各封堵37根和41根, 重沸器20#钢材质管束, 两组重沸器管束报废。

(2) 双相不锈钢材质管束 (SAF2507) 。2008年3月31日投用两组双相不锈钢材质管束。双相不锈钢钢板和钢管分别满足ASME SA240和SA790/SA790M技术规范, 铁素体相的范围40%~50%。铁素体和奥氏体相应均匀分布, 没有沉淀的第三相【1】。同年, 5月7日1#双相不锈钢材质管束使用时间37天, 穿孔1根。5月29日2#双相不锈钢材质管束使用时间10天, 穿孔3根。后频繁多次出现。抽芯检查管束外表面光滑, 未见明显的腐蚀迹象。将现场取样用丙酮清洗干净试样表面, 利用SEM和金相显微镜观察试样的表面和截面。如图4、5所示。图中可以清楚的看出, 现场取得的双相不锈钢表面晶界腐蚀的形貌, 剖面照片显示了这种晶间腐蚀的深度, 达到20μm左右。

(3) 316L不锈钢材质+外涂层防护管束。316L (OOCr17Ni14Mo2) 钢是316钢种的低C系列, 属于奥氏体不锈钢, 材质本身在海水和其他各种介质中, 具有很好的抗腐蚀性, 是主要用于耐点蚀材质。同时在管束表面涂料。2009年1月20日投用一组重沸器管束, 使用60天后穿孔。抽芯检查, 重沸器上部防腐涂层基本脱落, 外表面光滑, 未见明显的腐蚀迹象。管束试漏检测, 2根管处出现不同程度的刺漏。

二、腐蚀原因

1. 介质和操作因素, 造成进装置物料不合设计要求。

设计要求进装置稳定凝析油含水0.1—0.5%, 含盐量小于46mg/L。由于, 实际生产井数量和层系变化与开发方案差异, 地层水矿化度247536.91mg/L, PH值5.7, 三相分离器脱水合格凝析油含盐量仍高达143.95 mg/L, 环烷酸0.0758mg KOH/g。现场实际运行, 因进站温度降低, 破乳脱水效果不好, 进料凝析油可能高含水, 增加了进装置的盐总量 (初期未做含水化验, 但从凝析油罐脱水量可看出, 600方凝析油静止24小时后, 脱水15-20方, 折算进装置含水率达2.5-3%) 。洗盐水开式暴氧洗盐流程含溶解氧和微生物、形成溶解氧及微生物腐蚀体系增大了重沸器管束腐蚀。大涝坝集气处理站同时投产的雅克拉集气处理站, 因三相分离器分离效果好, 初期以凝析水为主, 水矿化度低 (仅有2564 mg/L) , 同样采用20#钢材质重沸器管束, 投运至今, 未出现凝稳塔盐堵和腐蚀穿孔问题。

2. CO2-Cl―-H2O甜气环境下低碳钢易产生缝隙腐蚀、均匀腐蚀和点蚀, 不锈钢易产生晶间腐蚀。

双相不锈钢材质管束, 由于双相不锈钢的晶界处容易析出Cr或其他元素的碳化物, 使得晶界处成为腐蚀的活性点, 在环境中高盐含量、高温的作用下首先发生腐蚀。双相钢取样的晶界遭到腐蚀介质的严重侵蚀, 这种腐蚀从外观上无法分辨, 一旦晶界腐蚀深度达到管壁厚度, 则管束开始出现肉眼不可见的微孔, 是造成双相不锈钢管束短期漏水的主要原因。316L不锈钢材质+外涂层防护管束, 由于重沸器运行温度高, 温差大, 涂料难以适应设备的运行要求, 耐高温性差导致。其腐蚀原因与双相不锈钢材质相同。

3. 管束表面形成盐垢, 形成垢下腐蚀。

重沸器为U形管换热器, 自然循环热虹吸式工艺, 形成蒸笼效应, 高温 (280℃) 、低压 (0.35MPa) 运行条件下, 在管束表面产生形成盐垢, 从而在管束外壁产生垢下腐蚀, 加剧腐蚀导致管束的腐蚀穿孔。

三、采取对策

1. 加强凝稳单元运行管理。

凝析油含盐量与含水有直接关系, 含水越高, 含盐量越高【2】。由此, 控制进凝稳单元凝析油含水, 是控制减缓重沸器管束腐蚀的有效办法。一是优选高效低温破乳剂, 确保进凝稳塔凝析油含水率在0.5%以下, 降低重沸器内盐的总量。二是加强三相分离器运行控制, 可通过观察三相分离器水相出口流量计流量变化间接观察进凝稳塔凝析油含水率, 若流量减少, 水就及有可能进塔, 应及时调节液位。三是建立进凝稳塔含水凝析油监控制度, 定期做含水化验。

2. 采用抗腐蚀重沸器管束。

表面化学热处理是重沸器管程腐蚀治理最直接、最有效、最简便措施。大涝坝集气处理站2009年4月投用表面锌铝稀土共渗工艺重沸器管束, 利用锌、铝是常用牺牲阳极材料特性, 在钢铁换热器表面表面形成以铁为基体的铝、锌合金层, 在金属与介质间形成“大阳极”和“小阴极”保护体, 延缓腐蚀、降低生产成本, 提高使用寿命。管束满足技术指标, 渗层厚度60mm左右、硬度Hv370左右 (20#钢硬度为Hv100~150) 。腐蚀电位转变试验80℃、3.5%Na Cl、10mg/l H2S介质中的, 锌铝共渗试样重量基本上不随时间变化, 腐蚀速率非常缓慢, 抗高温氧化性能试验500℃空气中锌铝共渗试样的氧化增重最少, 渗层中的锌促进了铝的选择性氧化, 表面形成Al2O3保护膜。

3. 扩建洗盐凝稳单元洗盐流程。

摸索结盐规律, 及时清理重沸器管束表面形成的盐垢, 可减缓管束垢下腐蚀, 同时提高运行热交换效率, 确保工艺流程在设计条件下运行。

四、应用效果

锌铝稀土共渗工艺处理后重沸器管束, 具有很好的耐腐蚀性能极大提高其使用寿命。经现场实践检验, 累计运行5年, 未出现腐蚀穿孔, 取得了良好的应用效果。投用后, 同时凝稳单元工艺调参, 维持塔顶压力0.35MPa、塔底温度95℃↗120℃。由此, 液化气增产2.5t/d, 轻烃增产0.5t/d, 取得良好的经济效应。同时

结束语

1. 随着油气田深入开发, 含水将不断上升是必然规律, 高矿化度地层水带来集气处理站腐蚀速率将按类似规律不断增加, 从而导致腐蚀破坏也将增加。加强运行管理, 控制可确保进稳定塔的凝析油含盐量不高于允许值, 是控制和减缓重沸器管束的腐蚀的有效办法。

2. 重沸器管束采用锌铝稀土共渗工艺, 在钢铁表面形成耐蚀效果好的合金层, 适用性解决腐蚀问题, 在其他油气田具有广泛应用和推广价值。

3. 凝析气田具有地层水高矿化度, 凝析油含盐量高特点时, 集气处理站设计建设时, 应同时建设配套的凝稳单元的洗盐流程。

摘要：通过对大涝坝集气处理站凝析油稳定塔塔底重沸器腐蚀原因的探讨, 提出三点应对对策, 1、加强凝稳单元运行, 控制凝析油进凝稳单元前含水率。2、采用表面锌铝稀土共渗工艺处理重沸器管, 现场具有良好的适用性。3、应建配套的洗盐流程, 及时清除管束表面盐垢。

关键词：稳定塔,重沸器,腐蚀,对策

参考文献

[1] 双相钢重沸器管束监测报告沈阳中科腐蚀控制工程技术中心2008年.

[2] 叶帆付秀勇等大涝坝凝析油稳定装置改进探讨石油化工应用2007年2月.