芳烃精馏装置苯塔冷却器腐蚀原因分析及改进措施

2022-09-11

一、概述

芳烃抽提装置抽提系统又称环丁砜系统, 其中溶剂环丁砜主要是利用芳烃和非芳烃在溶剂中的不同溶解度, 经过萃取蒸馏把抽提原料中的芳烃和非芳烃分离;芳烃精馏系统根据芳烃各组分沸点不同, 采取精馏多级分离技术, 得到苯、甲苯和二甲苯主产品。苯塔水冷器多次因腐蚀检修, 检修时管束污泥堵塞严重, 每次都需要用高压水进行冲洗。

二、设备腐蚀状况

1. 管层腐蚀状况

2013年大检修发现管层和壳层腐蚀严重, 其中, 黑色夹杂着浅黄色锈蚀产物集中在管内、管板表面 (即管层) , 用手触摸腐蚀产物坚硬。检查其内表面腐蚀情况, 其表面有坑蚀, 管壁也有腐蚀凹坑。

2. 壳层腐蚀状况

壳层腐蚀主要发生在管板表面及管板附近的管子, 腐蚀范围由管板处向管子延伸, 其中进口和出口严重。管束与管束之间污泥堆积比较多, 污泥呈黄色固体, 用手触摸有松软有粘度。

三、腐蚀原因分析

1. 管层腐蚀原因分析

从管板表面腐蚀形貌图和水质成分分析结果来看, 管板黑色附着物主要成分为Fe3O4, 浅黄色附着物主要成分为Ca CO3、MgCO3和腐殖质等。结合该换热器近三年大检修均发现管层存在大量污泥, 判断该换热器腐蚀形式主要是循环水侧发生溶解氧均匀腐蚀;其次是管程内粘泥沉积导致Cl-富集, 形成孔蚀。

(1) 溶解氧均匀腐蚀

水中溶解氧和金属发生电化学腐蚀, 金属铁与氧在电解质中形成两个电位不同的电极, 铁基金属电位低, 容易失去电子, 氧的电位高, 在电解质中容易得到电子成为水化离子, 最后生成黑色Fe3O4产物。

(2) 管层内粘泥沉积导致Cl-富集形成孔蚀

浅黄色产物Ca CO3、Mg CO3生产, 使管内流速降低, 给Cl-富集产生的孔蚀反应创造了条件。

该换热器管程介质为循环水, 循环水中溶解有重碳酸盐, 重碳酸盐的浓度随着蒸发浓缩而增加, 在经过换热器传热表面使水温升高 (壳程物料入口温度80℃以上) 时, 会发生分解反应, 生成碳酸钙、碳酸镁沉淀。碳酸钙、碳酸镁沉积在换热器表面, 形成致密的碳酸盐水垢, 使换热器堵塞, 加快局部腐蚀。其会受热分解反应过程如下:

碳酸盐溶解度随着温度的升高而降低, 因此, 在换热器的传热表面上很容易达到过饱和状态而从水中结晶析出。加之该换热器的换热管为螺旋扭曲椭圆形截面更易使结晶物沉积。

管程内碳酸盐、腐殖质等沉积导致Cl-富集参与了腐蚀。

2. 壳层腐蚀原因分析

壳层物料成分主要是苯和微量的环丁砜溶剂降解物, 2013年6月份对E-408壳层黄色固体污垢进行分析检验, 分析数据如3-1表:

样品经XRD定性表明主要为硫晶体;从XRF元素分析结果也可以确定:样品中主要为单质硫, 并含有少量其它杂质。污垢中大量的单质硫主要是溶剂环丁砜劣化产物生成的。溶剂环丁砜氧化降解生成SO2, SO2再与不饱和醛等发生可逆反应形成腐蚀性较强的酸, 同时还能产生硫醇、硫醚以及H2S等腐蚀介质, 造成系统中换热器腐蚀堵塞。

(1) H2S腐蚀分析

H2S是极性分子, 硫化氢气体能容易水, 在20℃时, 一体积水能溶解2.6体积的硫化氢, 得到的溶液叫硫化氢水或氢硫酸。部分氢硫酸跟随抽提物进入芳烃精馏装置, 氢硫酸是很弱的二元酸, 在水溶液中有如下解离作用:

(2) SO2腐蚀分析

SO2为无色具有强烈刺激性气味的气体, 易液化。二氧化硫溶于水生成很不稳定的亚硫酸。在30℃时, 水能溶解28倍体积的SO2, 饱和溶液含二氧化硫8%, 浓度达到1.25mol/L, 电离超过10%, 产生氢离子0.13mol/L, p H=0.89, 酸性较强。亚硫酸是化学式为H2SO3的无机化合物, 通常指二氧化硫的水溶液。

四、改进措施

1. 提高空冷器换热效果

采取化学清洗等措施彻底清理E-405空冷, 提高上游空冷器E-405冷却效果, 使E-408物料进口温度从80℃以上降到设计指标60℃以下, 尽可能减少碳酸盐结晶产物的生成, 尽可能提高管程流速, 降低管子中段碳酸盐、腐殖质沉积而发生的堵管现象生成。

2. 提高换热器制造水平

更换耐蚀材质, 把管束整体更换成不锈钢材质, 换热器制造时, 尽可能提高换热管内表面光洁度, 采用普通直管换热管。基于循环水系统冷换设备腐蚀, 从失效机理上分析, 多以电化学腐蚀为主。建议关键部位或高空换热器管程采取阴极保护 (牺牲阳极法) 措施, 既经济又可行。

3. 循环水软化、净化处理

建议对循环水进行软化处理, 尽可能除去其中的钙镁离子。采取措施降低循环水中溶解氧的含量, 循环水进行净化处理, 除去其中的污泥, 微生物等其它固体杂。

4. 降低抽提系统溶剂劣化速率

芳烃抽提系统再生系统没有起到溶剂再生效果, 劣化产物没有有效的处理干净, 造成含硫物质在系统中不断积累, 甚至腐蚀堵塞精馏系统设备。可以在再生塔之前增加三级过滤系统, 有效除去溶剂降解物, 同时, 运行好溶剂再生塔, 注意系统泄漏和加强工艺温度控制, 使溶剂的品质得到保证。

结论

综上所述, 芳烃精馏系统苯塔冷却器腐蚀主要原因是循环水侧发生溶解氧均匀腐蚀和管层内粘泥沉积导致Cl-富集以及环丁砜劣化生成腐蚀性硫化物。要改善水冷器腐蚀情况, 不仅需要在换热器材质上升级成不锈钢或者其它耐腐蚀合金钢, 还要净化循环水, 同时, 注意抽提系统泄漏情况, 防止大气进入系统引发环丁砜分解, 加强工艺温度控制, 运行好再生塔等措施。

摘要：介绍分析芳烃精馏装苯塔水冷器腐蚀状况, 分析其造成管层腐蚀的主要原因是循环水侧发生溶解氧均匀腐蚀和管层内粘泥沉积导致Cl-富集腐蚀, 造成壳层腐蚀的主要原因是抽提系统溶剂环丁砜劣化生成腐蚀性硫化物, 并根据这些腐蚀途径和环丁砜特性制定相应的防腐蚀措施。

关键词：芳烃精馏,腐蚀,循环水,环丁砜