异构脱蜡高压空冷器腐蚀分析

异构脱蜡高压空冷器腐蚀分析
摘要:高压空冷在异构装置生产中起重要作用,本装置空冷器自1999年装置建成投产,本文对异构脱蜡反应器腐蚀原因进行分析论证,保证空冷器器的安全运行。

关键词:异构脱蜡高压空冷器
1 高压空冷器在异构脱蜡装置生产中作用
异构脱蜡生产中共有两台高压空冷器,分别为HDT热高分气体空冷器EC5200、IDW热高分气体空冷器EC5300。

其中HDT热高分气体空冷器EC5200的作用是从加氢反应器(HDT)出来的反应产物先与反应器进料换热,温度降至213℃后进入热高压分离器。

从热高压分离器分出的气体先与混合氢换热,再与注入的用于溶解铵盐的脱氧水混合-起进空冷器(EC-5200),冷却到49℃后去冷高压分离器进行气—油—水三相分离。

IDW热高分气体空冷器EC5300作用是从加氢(IDW)精制(HDF)反应器出来的反应产物,先与IDW系统进料换热,再与常压塔进料进行换热,再经空冷(EC-5300)冷却后进入冷高压分离器进行气—油—水三相分离。

2 EC5200/EC5300的工艺条件
2.1 EC5300的工况条件
工艺介质:氢气(流量20000NM3/H),润滑油基础油(60%),少量的石脑油(5%),柴油(10%)和除氧水(1.5t/h,溶解硫化氢和氨)。

操作压力:11MPa～12MPa,操作温度:空冷器入口110℃～120℃,出口40℃～50℃。

2.2 EC5200的工况条件
工艺介质:氢气(流量15000～20000 NM3/H),除氧水(1.5t/h,溶解硫化氢和氨),少量硫化氢1000ppm左右,极少量的氨。

操作压力:12MPa 左右,操作温度:空冷器入口140℃～150℃,出口温度40℃～50℃。

2.3 EC5200/EC5300设计条件
异构脱蜡装置空冷器EC5200管束1片,EC5300管束4片。

型号:GP9×2-4-85-16.0SF-23.4/G-Ⅳt
设计温度:250℃,最大操作温度:215℃。

设计压力:16MPa,最大操作压力:13.8MPa,主要受压件材料:管箱20(JB4726-2000)三级锻件,法兰20(JB4726-2000),换热基管10,入口衬管316L,螺栓35CrMoA。

3 异构脱蜡高压空冷在生产中腐蚀原因分析
为分析异构脱蜡空冷器管束腐蚀的原因,对碳钢在不同管道形状的流动冲刷腐蚀进行模拟分析,其分析计算情况如下。

3.1 突扩管条件下碳钢在不同流速、位置的冲刷腐蚀速率计算结果
本装置高压空冷器在管束入口处账接316L衬管,在衬管末端和换热基管处形成突扩管位置,本文主要对突扩管位置进行实验分析。

图1给出了在流体入口速度为0.1m/s时的突扩管段入口衬管处突扩管段位置冲刷腐蚀速率与位置关系图。

很明显,在突扩管口附近的冲刷腐蚀速率最大。

图2、图3分别是在不同流体入口速率条件下的突扩管冲刷腐蚀速率和位置的关系图、最大腐蚀速率和流速关系图。

可见,随流体流速增加,突扩管冲刷腐蚀速率增大,且其最大值发生距突扩管口距离随流体流速增加而增加,后又迅速减少。

3.2 变径管条件下碳钢在不同流速、不同位置腐蚀速率的计算结果
图4是在变径管条件下,冲刷腐蚀速率和位置的关系图。

与前述变径方式相比,对细管出口端作倒角处理有助于减缓冲刷腐蚀速率。

同时也可看到,由于在倒角区存在湍流,故存在几个冲刷腐蚀速率峰值。

对碳钢在不同管道形状单相流中的冲刷腐蚀速率的初步计算机模拟结果表明,突扩管存在冲刷腐蚀速率极大值,该极大值随流体流速的增加而变大,且该极大值位置随粗管管径的变大而后移,空冷管的国内高压空冷实际失效结果与上述模拟结果是吻合的。

若对空冷管的内衬管出口端作倒角处理可在一定程度上减缓冲刷腐蚀程度。

3.3 空冷器管箱入口基管处腐蚀分析
采用CFD方法对高压空冷器管箱内流动情况进行了分析,计算得到了管箱内流体流动情况,如图5所示。

在入口管两侧形成了较为强烈的涡流区,对管束入口形成不利的剪切冲刷流动,由于涡流区的作用,涡流区内管束的入口流动存在较大的对管束内壁的冲击动量,易造成管束内壁的冲击腐蚀;同时,涡流速度矢量与管箱平行,具有较强的剪切冲刷作用,将造成管束入口与管板胀接处的剪切腐蚀。

4 异构脱蜡高压空冷器腐蚀分析结果
对不同管道形状的流动冲刷腐蚀进行模拟分析的计算结果,可以得出结论:高压空冷器管束腐蚀原因是由于在空冷器入口处存在着比较强的涡流区,在该位置进入管束的介质流速较快,流动形式比较复杂,并且在衬管尾端突然扩径,对管束内壁构成冲刷腐蚀,长期运行容易造成管壁逐渐减薄,极易导致爆管事故的发生。

在改进设计中应通过适当的结构设计尽可能消除涡流区,以避免涡流区造成的对管束内壁的冲击腐蚀和对管束入口与管板胀接处的剪切腐蚀。