涨知识│炼化装置结垢的原因是什么?该如何从根本上预防?
2020-10-13 16:34:16 作者:本网整理 来源:中国腐蚀与防护网 分享至:

导 读


结垢物是炼化企业生产装置运行过程中因物料结晶、聚合、设备腐蚀等原因产生的不明固体物质。其具体形态有块状、粉末状和黏稠状等;其颜色有黑色、白色、黄色、褐色和红色等。


这些结垢物能够引起压缩机振幅超标、反应器床层压力降升高、物料流通管路堵塞和换热器传热效率降低等问题,继而导致机泵叶轮轴瓦磨损加剧,影响介质正常流通,缩短过滤器滤芯更换周期,甚至会造成生产装置非计划停车或诱发安全事故。


结构物数据统计


鉴于结垢物的严重危害,装置生产人员对重视程度也在逐渐提高,越来越迫切地想了解结垢物的成因,以便提出预防和治理措施。东北某大型石化公司研究院科研人员,对近三年搜集到的182项剖析的结垢物进行了汇总分析,就结垢的部位而言,结垢物通常会出现在压缩机和输送泵等重要动设备,也会出现在反应器、加热炉管、换热器、沸水器、管道弯头、阀门、介质管线、过滤器和储罐底部等设备和部件。

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除了按照结垢物产生的部位分类,还可以按照结垢物的成因进行分类。根据收集的结垢物剖析结果,按照形成的机理,结垢物成因可分为腐蚀结垢、聚合成焦和夹带杂质三种。

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结构物产生原因分析


01 腐蚀结垢


腐蚀结垢是结垢物产生的主要原因。炼化装置涉及的腐蚀结垢主要是S和Cl及其化合物的化学作用,使金属设备基体发生破坏的过程。该公司加工的俄罗斯原油为含硫且有机氯含量较高的原油,对原油加工装置的腐蚀较大,主要包含:H2S-HCl-H2O腐蚀造成的常压塔顶空冷管束泄漏、低温湿H2S腐蚀造成的轻烃回收塔结垢、高温硫腐蚀引起的渣油加氢汽提塔塔盘腐蚀。此外还包括铵盐结晶导致的垢下腐蚀及循环水系统的结垢腐蚀等。


该公司渣油加氢装置在检修作业时,发现汽提塔塔盘有黑色结垢物,并且塔盘腐蚀严重。

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对塔盘结垢物进行能谱分析,结果如下。

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对塔盘垢物进行X射线衍射分析,结果表明该结垢物中的主要物相为FeS。由上述分析结果可知,结垢物主要是金属Fe的硫化物,应该为来源于金属塔盘的腐蚀产物;还有少量C,推测是一些烃类聚合产生的焦炭。


02 聚合结焦


聚合结焦也是化工生产中产生结垢物的一个重要原因。有些装置中的介质化学性质比较活泼,如果含有低碳烯烃及稠环芳烃等结垢前驱物,那么在高温条件下会发生聚合脱氢或结焦反应,进而形成结垢物(例如蒸汽裂解装置中裂解气急冷器产生的结垢物)。另外,在生产过程中由于温度、压力及物料流速等发生波动,在特殊情况下产生飞温现象。物料在高温条件下迅速积炭,从而引起聚合结焦。


该公司加氢裂化装置在检修期间,发现高压换热器内有黑色结垢物。

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对黑色结垢物进行能谱分析,结果如下。

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X射线衍射仪检测结果表明,结垢物中的结晶化合物主要有FeS和Fe4Ni5S8(硫镍铁矿)。可以看出,结垢物主要是积碳结焦,另外也含有铁腐蚀产生的化合物。


03 夹带杂质


炼化装置的物料中有时会夹带机械杂质,此外,加注的各类助剂也会引入其他杂质。这些杂质往往会沉积在填料上或物料流速发生变化的部位,在高温、低流速的条件下与有机物相互作用最终形成结垢物。


油浆蒸汽发生器是催化裂化装置分馏系统重要的热量回收设备,分馏塔底抽出的高温油浆由油浆蒸汽发生器的管程下口进入,自下而上与壳程的除盐水换热后,由管程上口排出。当油浆固体含量高时,则会引起管程的通道结垢堵塞。

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对该部位产生的黑色结垢物进行能谱分析,结果如下。

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X射线衍射仪分析发现:结垢物主要物相有单质Sb和FeS,还有少量Fe3O4和SiO2。


结垢物中的单质Sb,应是来自于注入的金属钝化剂;另外还有FeS和Fe3O4;因Si,Al和O含量较高,应该来自于催化剂载体。


应对及预防措施


01 腐蚀结垢


①优化电脱盐操作,确保脱后原油盐含量满足相关指标控制要求,同时针对原油中有机氯对下游装置造成的腐蚀影响,研究制定有机氯脱除方案,实现源头控制。


②监控工艺防腐蚀效果,优化助剂选型,同时严格监测工艺防腐蚀分析数据以及设备、管道的减薄情况,及时调整助剂加注量,确保达到腐蚀控制效果。


③为了解设备腐蚀情况,建议增加在线监测系统,以便制定相应的防护措施。建立腐蚀监测台账,定期统计全公司各装置腐蚀数据,重点监控腐蚀发生频繁、重要性高和影响面大的设备,提前采取防护措施,避免因腐蚀造成严重后果。


02 聚合结焦


大多数聚合结焦是由于原料组成和所处的设备位置、温度和压力等造成,虽无法完全消除,但能减轻结焦程度。生产中应尽量保持装置平稳,细化操作规程,严格控制各项指标,解决装置存在的问题。


03 夹带杂质


可在机泵前增设高目数过滤器,减少机械杂质的夹带,同时监测回炼污油的物性指标,防止污油性质恶劣,发生夹带杂质腐蚀、磨损机泵及管道等;确保催化油浆中固含量在控制指标以下,超标时可通过加大外甩油浆量等措施来控制。优选助剂品种(例如金属钝化剂及阻垢剂等),监测助剂物性指标,防止由于加注助剂引入其他有害物质。

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