孙 昱 孙昌达 吕 驰

（中国石油化工股份有限公司天津分公司装备研究院，天津 300271）

0 引言

重油加氢装置是石化运行重要组成部分，其稳定运行具有安全意义。中石化天津分公司炼油部的重油加氢装置有两套重要装置—减压渣油加氢脱硫装置和单段单程加氢裂化装置组成，于1991年投产使用，由于近几年原料油平均硫含量、氯含量的升高以及制造设计方面的某些不合理原因，使得装置中E1241及E1249两台高压空冷器严重腐蚀，并多次发生泄漏事故。

1 E1241、E1249的腐蚀状况及腐蚀形态

2018年E1241发生泄露后，在出口管的管端发现内壁存在大小不同的腐蚀坑，管端外部穿孔严重，且穿孔沿着热影响区断裂。且出现大范围的应力腐蚀裂纹，并伴有细微裂纹。如图1、图2所示。

图1 E1241出口侧管腐蚀孔

图2 E1241出孔侧下方管蚀孔

E1249泄露发生在出口侧管箱最下排管端底部，部分接近穿孔性腐蚀，且边缘接近穿透，内表面附着腐蚀产物，部分管道内壁出现泄漏情况。如图3所示。

图3 E1249出口侧管蚀孔

从现场腐蚀情况看，两台空冷器腐蚀部位的分布情况呈一定的规律性，主要集中在出口侧管箱下排最靠边的或正对出口接管处翅片管管端内壁，腐蚀形态也完全一致，均为管端底部胀槽及附近形成的不规则空洞、腐蚀坑或沟槽。

2 腐蚀E1241/E1249腐蚀分析原因

在腐蚀事故发生后，相关检测人员通过查阅两台高压空冷器的设计资料、图纸、制造标准及管束的化学成分、机械性能、超声、涡流、水压等质量检验、焊接接头的无损探伤检测以及压力试验等产品质量制造资料，检查结果完全符合有关标准规范要求，不存在产品设计及制造质量问题，由此可以断定：腐蚀泄露与工艺条件以及工艺流程的改变存在必然的联系，应该从管束的使用方式和所处环境尤其是管束内部介质环境中寻找腐蚀原因。

2.1 温度与介质的影响

由于介质中含有大量的Cl-、HS-，这两种介质易与NH3形成NH4Cl、NH4HS。NH4Cl、NH4HS的结晶温度为210℃、241℃，因此翅片管内容易形成一定量的NH4Cl、NH4HS沉淀。其腐蚀机理如下：

由于管束各管不规则的垢污沉积会造成物料的偏疏，在介质流量界定流速的情况下，流量大即流速高的管束，其冷却速度较慢，造成出口温度偏高；而流量小即流速低的管束，冷却效果较好，造成出口温度就偏低。在这种介质环境中，部分管端就会形成混合结垢物，由于最下排翅片管最先接触冷空气，相对来说温度降低速度更快，因此极易在管端形成NH4HS及NH4Cl结垢的应为该排边角部分阻力最大的管束。而在管束胀槽处由于制造时金属基体受到机械挤压、摩擦、发生塑性变形而形成凹坑，介质流过时致使垢污首先沉积在该凹坑部位。

NH4HS及NH4Cl均易溶于水，而该车间每周注水一次，在注水过程中由于胀槽机械凹坑处底部垢污的大量NH4HS及NH4Cl溶液在该处停留，极易发生电化学腐蚀反应，并进一步形成腐蚀坑。腐蚀坑中的NH4HS及NH4Cl溶液会逐渐浓缩，从而产生更严重的电化学腐蚀问题，从而形成了一个天然的腐蚀，使腐蚀坑进一步加深扩大，最后形成腐蚀孔洞，另外在对空冷器进行冲洗后，残存的水分与高浓度的H2S形成湿硫化氢环境，更易导致泄露。发生在湿H2S环境中，碳钢及低合金钢管道的腐蚀机理为：

2.2 流速及注水的影响

从表1中数据可以看到，改造前入口流速非常高，如此高的流速极易造成冲刷腐蚀。所以此次泄露流速过高是一个很大的影响因素，通过检查空冷器管箱，我们发现了在腐蚀部位上方存在一个圆形平衡孔，空中高速喷出的介质也是泄露的重要原因。

表1 E1241/E1249流速及注水数据

其次此装置注水采用脱硫净化污水，导致带入大量的Cl-，通过对水质的分析，每克注水中的Cl-含量可达34微克，该浓度下的注水对腐蚀也将产生严重的影响。

另外两台空冷器出入口介质温度降低以及介质中硫化氢含量增加等工艺参数改变造成了个别管束低端部产生大量的NH4HS及NH4Cl混合晶体及垢污，在注水条件下形成易发生腐蚀的腐蚀环境，使得管束介质极易发生电化学腐蚀，介质不断的浓缩进一步加剧了电化学腐蚀，从而最终造成穿孔泄露事故的发生。

3 高压空冷器的改造及防护措施

3.1 高压空冷器的改造

高压空冷器所处的环境是一个极易腐蚀的工作环境，高压、临氢、多湿硫化氢，所以空冷器的材质首先要进行升级，使得新的材质可以有效对抗所处的易腐蚀环境。要重视空冷器中变频器的选用，良好的变频器可以减少涡流，以免涡流区造成对管束内壁的冲击腐蚀，以及对管束入口与管板接胀处的剪切腐蚀。尤其不能随便在衬管尾部进行扩径，这样容易对管束内壁构成冲刷腐蚀，长期高负荷运行容易造成冲刷腐蚀，从而导致爆管事故的发生。天津石化为了防止事故的发生，防止装置非正常停车，增设了空冷器进出口切断阀，设置电动头，这一改进可以使空冷器在事故状态下将其取出。

3.2 防腐蚀措施

（1）改进注水措施

增加空冷器前注水，尤其是在现有原油情况下，面对原油高氮元素和高硫元素，可以将注水量从7.5t/h增加到15t/h左右。为使注入水平衡分配，在每台空冷器的每条入口管线均增设注水点，在必要时增大了注水口的直径，使得流速极大值位置随着管径的变大而后移，注水方式为连续注水，为防止注水后介质流速过高造成冲刷腐蚀，在入口设置分流注水的接头，以备不时之需。同时应该提高水分中的PH值，对S2、Cl-进行及时监控分析，及时了解腐蚀情况；

（2）提高空冷器管束的制造要求

加强基管管束的焊接胀接连接，做好碳钢不锈钢衬管的贴胀处理技术，提高空冷焊后无损检测水平，增加易腐蚀管束部位的腐蚀挂片数量，可随时监测腐蚀情况，提高设计及制造标准。定期做好管束测厚工作，尤其是弯头和三通易形成涡流腐蚀区，要重视定期检测的壁厚数据，从而减少腐蚀隐患存在可能性；

（3）注入多硫化钠缓蚀剂

多硫酸钠可有效减缓腐蚀，当多硫酸钠添加量较小时，就能起到很好的缓释效果，多硫化钠能与氨气以及其他氨类化合物反应生成易溶于水的多硫化铵，减少了NH4HS、HN4Cl的晶体结垢以及凝液沉积，从而抑制了腐蚀。如果将多硫酸钠与其他缓蚀剂复合，缓释效果更佳，比如与苯丙三唑（BTA）复合，腐蚀速率将达到最低。注入采取的方式是垂直注入，同时建议增加弯头，使注剂沿介质流动方向水平注入，充分发挥注剂效能。在注剂管道上增加伴热预热注剂，从而可以避免在管道内形成NH4HS、NH4Cl晶体结垢。

4 结语

重油加氢装置是石化的重要组成装置，而空冷器的正常运行是保证装置正常运行的基础要素，尽管原油质量的无法确定，但是只要从源头上进行防护，从工艺流程上进行合理的处理，就能降低腐蚀事故的发生，从而可以延长空冷器管束的寿命，从而节约企业成本，为企业带来相应的经济效益。