加氢改质压缩机K—301/1一级冷却器检修原因分析及处理

李国龙

摘要：中石油哈尔滨石化分公司加氢改质装置压缩机K-301/1一级冷却器在更换新管束使用10个月后，发现系统温度升高，冷却器循环水中带氢气，维修人员紧急进行抢修，对冷却器泄漏管束进行堵漏修复。并对管束材质、腐蚀情况、运行温度以及循环水系统进行了系统的分析。

关键词：一级冷却器；管束泄漏；点蚀；磷酸盐结晶

中图分类号：TU267 文献标识码：A 文章编号：2095-3178（2018）20-0479-01

设备概况：

1 加氢改质压缩机级间冷却器。

设备名称：K-301/1一级冷却器，冷却器型号：BIU300-30-3.75/19-2，2014年9月大修时更换新管束。2015年6月17日16点，当班操作员发现压缩机K-301/1系统温度升高，同时发现一级级间冷却器循环水中带氢气，立刻通知车间，切机处理。经判定为一级冷却器管束泄漏，经过工艺吹扫，测氧测爆合格后交付维修车间进行抢修。

2 原因分析：

K-301/1一级冷却器为U型管式换热器，管束材质为：10#，壳程介质为：0.4Mpa循环水，管程介质为：4.0Mpa氢气。氢气中含有少量的硫化氢（H2S），在系统运行中硫化氢（H2S）对材质为10#钢的管束有较强的腐蚀性。该冷却器与加氢反应产物冷却器类似也存在壳程循环水形成的点腐蚀，更换的新管束同样采用在冷却器外部增加防腐涂镀方法。K-301/1更换新管束后运行仅9个月发生泄漏。经过5.0Mpa的水压试压，发现有四根管束发生泄漏（冷却器共有管束32根）。

查阅资料，管束材质为10#钢，管板材质为S32168（JB/T4728-2000不锈钢中的0Cr18Ni10Ti相对应），所以管束堵漏时焊条选用A132或A022焊接，直径3.2mm，焊接电流90-115安。使用前烘干，时间为4小时，温度为350°，恒温温度为80℃---100℃。

3 K-301/1一级冷却器近几年腐蚀情况对比：

2013年7月大修时K-301/1管束清洗后发现，管束涂镀层表面有严重的点蚀现象，经大庆重新涂镀后使用。

2014年9月全厂大修，加氢改质K-301/1.2一、二级冷却器腐蚀严重，经公司批准将四台管束都进行了更换。新管束材质和原来一样，管束为10#钢，管板为S32168（0Cr18Ni10Ti），S32168的机械性能：屈服强度≥205MPa 抗拉强度≥520MPa 延伸率≥40%根据试验所得抗拉强度，屈服强度都符合要求，母材的常温拉伸力学性能符合要求。

K-301/1一級冷却器在2014年9月份全厂大修时更换新管束，运行不到9个月的时间，发生泄漏，涂镀层腐蚀比较严重。根据对比可以看出该冷却器的壳层每次的沉积物呈增多趋势，造成沉积物增多的原因只有一个，即流速降低。该系统由三循供水，三循供水的装置这两年陆续增加了汽油加氢与柴油加氢分装置，而三循的实际供水量仍然在控制在原有水量，必然导致这些原有冷却水的流速降低。其二流速较低的原因是循环水走壳层。在进口管处测量的流速为2.0m/s，进口管径为DN80mm ，而冷却器的壳体为DN300mm，尤其在U形管处流速急剧下降，根据横截面积比计算将为进口管处流量的十四分之一即0.14m/s，这样的流速将导致淤泥、粘泥大量沉积。这样的环境是非常典型的垢下腐蚀环境，现场情况也表明在U形管处垢下腐蚀点比较多。

3.1 H2S腐蚀机理

在高温条件下，活性硫与金属直接反应，它出现在与物流接触的各个部位，表现为均匀腐蚀，其中以H2S的腐蚀性最强。

高温硫腐蚀速率的大小，取决于原油中活性硫的多少，与总硫含量也有关系。温度的升高，一方面促进活性含硫化合物与金属的化学反应，同时又促进非活性硫的分解。温度高于240℃时，随温度的升高，硫腐蚀逐渐加剧，特别是H2S在350～400℃时，能分解出硫和氢，分解出来的元素硫比H2S的腐蚀性更强，到430℃时腐蚀最剧烈，到480℃时分解接近完全，腐蚀开始减弱。

3.2 壳程循环水形成腐蚀原因分析

K-301/1一级冷却器壳程出口管壁上附着这一层白色结晶物，并且在清洗管束时发现管束已经有穿孔现象，说明腐蚀比较严重。

循环水冷却系统在运行中，不断蒸发浓缩，盐类增高，在超过饱和值得情况下盐类析出结有水垢，所以白色结晶物，质检部门化验分析结果：泥40%，磷酸盐30%，有机物30%。经过专业人员测定发现该冷却器出水管线烫手，温度较高，并预估为50℃，在该温度条件下易发生循环水中缓释阻垢剂失效形成磷酸盐结晶。

氢气入口温度为130℃，循环水出口温度为40℃，循环水在温度升高时，腐蚀速率增大；循环水中钙加碱的浓度或PH值提高时，腐蚀速率下降；铁离子浓度升高时，腐蚀速率升高。在循环水中酸度、浊度、导电率及温度的升高都将加速对管束材质的腐蚀。

根据现场照片确认为循环水侧壳层明显的点蚀存在，形成点蚀的原因有多种，比较明显的为腐蚀性离子如氯离子的腐蚀，还有垢下腐蚀产生的点蚀。点蚀腐蚀速度非常快，其既有流速下降粘泥沉积后，微生物产酸产生的直接腐蚀，又有非常严重的因垢下缺氧造成的电化学腐蚀。根据循环水日常监测挂片情况以及其他冷却器的情况未发现有大面积的点蚀出现，同时循环水中的氯离子目前在600mg/l左右，现有的缓释阻垢剂完全能够控制住氯离子的腐蚀，因此点蚀情况可以排除氯离子的原因。

4 改进及预防措施

为了防止和减少循环系统内因淤泥堆积，而造成冷却效果降低，在使用过程中应该定期对冷却系统进行反冲洗，以减少污垢的沉积。并采取积极的预防措施，有计划地对系统进行防护、检验、改造和更新，变事后堵漏为事前预防，可以有效地减少泄漏的发生，减轻其危害。

4.1 为减少泄漏的发生，要从本质安全做起。设计时要依据适当的设计标准，根据工艺条件和贮存介质的特性，正确选择材料材质、结构、连接方式、密封装置等，落实可靠的措施。

4.2 设备在使用过程中，必须正确使用与维护。要严格按规程操纵，不得超温、超压、超振动、超位移、超负荷生产，控制正常生产的操纵条件，减少人为操纵所导致的泄漏事故。

4.3 在设备的使用和维护过程中，巡检人员要对压缩机K-301整个系统的密封面、阀门、疏水器、安全阀等部位采取适当的防护措施，防止杂质和异物进入，损坏设施及设备，减少泄漏发生；采用控制系统、电视监视系统和报警系统等先进的信息技术，使操纵员工在操纵室内既能把握流量、压力、温度、液位等信息，又能清楚地实时观察到设备的运行情况，并实现报警和自动控制；对安全防护设施要进行维护，保证灵敏可靠。

参考文献

[1]《管壳式换热器（GB151-1999） 》作者：国家质量技术监督局 中国标准出版社

[2]化学工业部化工机械研究所.腐蚀与防护手册[M].北京：化学工业出版社，1995