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加氢装置高压热交换器泄漏分析

文档作者：韩金山苏同君文档来源：中国石油化工股份有限公司石家庄炼化分公司炼油机动处		点击数：	更新时间： 2021年03月11日
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第4O卷第3期
2011年5月
石油化工设备
PETRO-CHEM ICAL EQUIPMENT
Vo1．40 No．3
M av 2O11
文章编号：1000—7466(2011)03—0095—04
加氢装置高压热交换器泄漏分析
韩金山，苏同君
(中国石油化工股份有限公司石家庄炼化分公司炼油机动处，河北石家庄050032)
摘要：介绍了加氢装置高压热交换器管柬腐蚀情况，分析了泄漏原因，指出未按规定进行工艺防腐
是腐蚀产生的原因，提出了相应的防腐措施。
关键词： 热交换器；加氢装置；泄漏；工艺防腐
中图分类号：TE 965 文献标志码：B
Leaking Analysis of High Pressure Heat Exchanger of HydrogenatiOn Unit
HAN Jin-shan，SU Tong-jun
(Oil Refining Mobile Department，SINOPEC Shij iazhuang Refing—Chemical Company，
Shijiazhuang 050032，China)
Abstract：The corrosive situation of high pressure exchanger of hydrogeneration unit was intro—
duced，the leaking reason was analyzed．The corrosion cause was pointed out during unusual cor—
rosive process，and the anti corrosive method was proposed．
Key words：heat exchanger；hydrogeneration unit；leakage；corrosion process
2008—09，石家庄炼化分公司100万t／a柴油加
氢装置生产的柴油和石脑油被发现质量不合格，主
要表现为柴油颜色变深和石脑油烯烃含量增高。虽
经工艺调整但仍未使产品质量达到要求。经采样分
析，最终确定是原料一反应产物热交换器E一1103发
生泄漏。该热交换器型号为BFU1200—9．3／9．9—
700—7．3／19-2I，管板基材2．25Cr一1Mo，两侧堆焊
E309+E347。换热管为尺寸19 mmx 2 mm 的321
(0Cr18Ni10Ti)U 形管，共823根。热交换器压力
6．0 MPa，温度15O。C。管程介质为反应生成油，壳
程介质为原料油。热交换器壳程压力高于管程压
力，未进行加氢反应的原料油泄漏进入管程反应生
成产物油中，造成油品质量不合格。笔者对热交换
器的泄漏原因进行了分析，并提出了今后的防腐
措施[ 坫]。
1 热交换器损坏情况
该高压热交换器管板与管箱法兰和管箱侧法兰
的密封形式为Q密封环+螺栓紧力结构。割开管
箱侧Q密封环之后，发现管束下端的换热管与管板
多处出现泄漏，换热管束下半部分换热管内堵塞有
大量的白色颗粒状物质，换热管与管板连接处多数
断开，且换热管管头处呈现锐利的刀口状，管头与管
板不再连接，检查中还发现热交换器管、壳程已经相
互贯通。
热交换器损坏主要发生在管程出口端，管程人
口处管板及管头完好，未发现损坏情况。换热管规
格为 19 mm×2 mm，对除损坏管头以外的换热管
进行测厚，壁厚都超过1．9 mm。热交换器管板侧
管头磨损在5O～60 mm，管口呈喇叭口状，边缘最
薄处如刀刃，厚度为0．1～0．2 mm。磨损严重管头
与管板焊接的焊肉完全脱落。在823根换热管中，
超过200根换热管被铵盐堵塞。对管板进行着色检
查，未发现任何裂纹。换热管内壁除有白色粉末状
颗粒外，白色颗粒下还附着有红色锈蚀产物，且发现
大嚣蚀坑。
收稿日期：2010-11—30
作者简介：韩金山(1977一)，男，河北唐山人，工程师，学士，现从事炼油设备管理工作。
石油化工设备 2011年第4O卷
2 工艺流程简介
原料油与氢气混合后经过E一1103和E一11O1热
交换器壳程换热至270℃后进入进料加热炉加热至
310℃ ，之后进入加氢反应器进行脱金属、脱硫、脱
氮、脱氧及烯烃饱和等反应，使油品质量稳定并达到
工艺技术指标要求。从加氢反应器出来的反应产物
依次流经E一11O1、E一11O2和E一11O3热交换器管程
和高压空冷器后进入高压分离器和低压分离器进行
产品分离。
原料油的加氢反应过程主要有加氢脱硫反应和
加氢脱氮反应。在加氢脱硫反应中，石油馏分中各
类硫化物的C—S键比较容易断裂，C—S键断裂后生
成相应的烃类和硫化氢，从而使油品质量得以提高。
石油馏分中所含氮化合物加氢脱氮后生成相应的烃
类和氨，氮化合物脱除从而使油品质量得以提高。
加氢精制反应生成的硫化氢和氨是此类加氢反应必
不可少的反应产物，在一定的温度下结合生成硫化
铵或硫化氢铵。根据硫化氢铵的热平衡数据可知，
硫化铵和硫化氢铵发生结晶的温度为130 C，而热
交换器El103管程出口温度从2006年以后基本维
持在130℃，势必在一定的换热管部位形成硫化氢
铵的结晶。从垢样数据可以看出垢样中还含有氯离
子。而氯离子的来源主要有：① 原料油中的有机氯
化物。当原料油中含有微量有机氯化物时，在加氢
反应器中会生成氯化氢，氯化氢和反应生成的氨化
合生成氯化铵。②重整氢中的氯化物。炼油厂的重
整装置是产氢装置，一般与重整装置联合。加氢处
理装置利用重整装置的副产品氢作为原料，但重整
氢中不可避免混有一定量的氯化氢，这些氯化氢在
系统中也会与加氢反应后的氨化合生成氯化铵。
氯化铵和硫化氢铵结晶的热平衡数据见图1。
由图1可以看出，在较高温度下氯化铵比硫化氢铵
更容易结晶成固体颗粒，原料油和重整氢带入系统
中的有机氯化物或氯化氢的含量虽然很少，但其对
系统造成的危害却很大。随着氯化铵固体颗粒在换
热管内结晶造成堵塞情况的加剧，换热管内介质流
速大幅增加。氯化氢与氨在热交换器的某些部位结
晶生成氯化铵颗粒。如果介质流速低，氯化铵颗粒
就停留在换热管内造成换热管堵塞。如果介质流速
高，氯化铵就随着介质一起流动，由于换热管管口相
对于换热管内是突然放大的区域，因而造成携带固
体颗粒的介质在换热管管口形成喷射状流动，造成
对换热管管口的冲刷磨损。
；
粘
鞋
螂
一
牡
碴
Ⅱ俑
培
l0 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ll0 l20
温度，℃
(b)硫化氢铵
图1 氯化铵和硫化氢铵结晶热平衡数据
3 泄漏原因分析
3．1 化验分析
取换热管内白色固体颗粒状物质进行化验分
析，用去离子水溶解，发现颗粒状固体微溶于水。过
滤后取滤液加入硝酸银溶液，发现溶液变混浊，并有
大量沉淀产生，说明样品中可能含有S 和Cl一。
在样品中加入1：1盐酸溶液，有气体产生并伴有臭
鸡蛋气味，溶液变为浅绿色，说明样品中可能含有
S卜、Fe卜。取样品加入KOH 溶液并搅拌，有气体
产生，用pH 试纸在溶液上方试验，试纸显示弱碱
性，说明样品中可能含有NH” 。
由此可以得出，换热管内白色固体颗粒含有
S。、NH 、Fe 和Cl 。
3．2 泄漏原因
3．2．1 结晶物堵塞换热管
由化验结果可以看出，白色固体颗粒含有氯化
铵和硫化氢铵。硫化氢铵是加氢脱硫反应的产物，
硫化氢铵发生结晶的温度为l3O ℃ 以下，热交换器
E1103出口温度超过130 C，一般不会在热交换器
出口处发生结晶。而热交换器后路的高压空冷器也
正处在130。C以下范围，随着硫化氢浓度的不同，高
压空气冷却器换热管内出现一定量的硫化氢铵结
晶，从而造成空气冷却器的各种腐蚀。因此高压空
气冷却器内发生硫化氢铵结晶腐蚀是常见现象，而
热交换器发生硫化氢铵结晶腐蚀却很少见。但氯化
如
加
℃
氯
∞
如
0 O 0 OⅫ O O 0n
第3期 韩金“J，等：加氢装置高压热交换器泄漏分析
铵在130℃ 的环境下已经出现结晶，理论分析此产
物为氯化铵，垢样的化学成分分析数据也证明了此
产物含有氯化铵结晶颗粒。由此认为，反应产物中
含有的氨和氯化氢在原料一反应生成物热交换器下
半部分管程温度下形成氯化铵结晶，结晶物堵塞换
热管，使得介质流通面积减少，而流量未变化时会使
介质流速增大，使介质在热交换器出口处喷射状流
出。随介质流动的氯化铵在热交换器出口处对换热
管内壁形成冲刷，长期作用下造成换热管管头磨损。
当换热管管头焊接部位全部被磨掉后，管、壳程已经
不能形成隔离，从而导致管程的高压介质泄漏到壳
程的低压介质中。
3．2．2 注水量减少
在加氢装置工艺防腐流程中，规定根据不同部
位进行不同的注水工艺。氯化铵生成量相对于硫化
氢铵来说小得多，且氯化铵先结晶，结晶部位一般为
换热流程末端的高压热交换器，E1103热交换器就
属于此部位。因氯化铵生成量少，为节约用水，一般
在热交换器前进行间断注水，通过监控高压热交换
器前后的压差，在压降达到临界值时进行注水，以溶
解结晶的氯化铵。氯化铵和硫化氢铵都在高压空冷
器结晶，且硫化氢铵量远大于氯化铵量，为防止高压
空冷器产生氯化铵和硫化氢铵的堵塞，一般在高压
空冷器前进行连续、均匀、稳定的注水。
柴油加氢装置2004—04开工，至2006-03，热交
换器El1O3管程出口温度维持在12l～140℃ ，并
严格控制高压热交换器前的注水操作。到2006年
发生设备损坏时，E1103管程出口温度在ll3～
138℃ ，较之前有了一定程度的降低，同时停止了高
压换热前的注水。而130。C下不仅氯化铵已经结
晶，而且硫化氢铵也已开始结晶。由于长时间没有
一定量的水去溶解热交换器管束出口处已经结晶的
氯化铵和硫化氢铵，导致热交换器管束内氯化铵和
硫化氢铵结晶量逐渐累积，致使换热管内流通面积
堵塞，反应介质流速增大。高流速的反应介质携带
固体颗粒在热交换器管口形成涡流和冲刷，使管口
造成冲刷损坏。
质一起进入高压分离器中，并随脱硫水一起被排出
系统。传统的措施是在氨盐的结晶点和露点之间注
入引入水。
在适宜的温度位置注水对结晶的氯化铵盐进行
溶解属于后期治理，前期主要是控制原料油和新氢
中氯化氢的浓度，制定合理的采样周期，对原料油和
新氢中所含的氯化氢进行浓度分析，从而确定热交
换器适宜温度处的注水量。
需要指出的是，反应生成物中氯化铵的量通过
原料油和新氢中氯化氢的量确定，反应生成物中硫
化氢铵的量则需要根据原料油中的含硫量确定，从
而确定注水量。因氯化铵和硫化氢铵的结晶温度不
同，因此用于溶解氯化铵和硫化氢铵的注水位置自
然不同。溶解氯化钱的注水位置一般为200℃左右
的管壳式热交换器管线上。而硫化氢铵的结晶温度
一般为12O℃ 左右，所以溶解硫化氢铵盐的注水位
置一般在高压空冷器前。
除了对原料油和新氢中的氯化氢浓度进行分析
外，还需对高压分离器所脱水中的氯化铵和硫化氢
铵体积分数进行分析，一般要求所脱水中的体积分
数不小于8 (推荐值为4 )，使得氯化铵或硫化氢
铵全部溶解于水中，避免设备腐蚀。注水量过大时，
会使生成油的温度降低过多，影响热交换器的换热
效果，并加大冷却器的冷却负荷。注水量过小则不
能很好地溶解铵盐。因此，冷凝水应该连续不断地
注入系统。
在热交换器E1103前进行连续注水，使得氯化
铵和硫化氢铵结晶物在结晶点之前全部被溶解，也
是解决结晶物堵塞管束的一种措施。增大注水量也
可以使氯化铵和硫化氢铵全部溶解于水中。
4．2 提高热交换器换热后温度
提高E1103热交换器换热后的温度，将氯化铵
和硫化氢铵的结晶位置后移，使得在热交换器内无
法形成结晶，结晶温度点全部在热交换器后形成，而
在热交换器后进行连续注水。我公司在热交换器
E1101进出口问加一跨线，提高了E1103的冷后温
度，使得氯化铵的结晶位置后移。
4 解决措施 5 结语
4．1 注水工艺改进
在无水情况下，氯化铵和硫化氢铵在一定温度
下会结晶生成固体颗粒沉积在管束内壁堵塞流道。
而氯化铵和硫化氢铵是一种溶于水的盐分，当有一
定的水存在时，氯化铵和硫化氢铵溶解于水中，随介
通过对工艺操作数据和热交换器泄漏处腐蚀产
物化学成分数据的分析可以看出，热交换器的泄漏
是由于工艺防腐未达到设备所要求的防腐要求而造
成的。氯化铵首先在换热管内结晶，随后集聚的氯
化铵结晶物在气流的带动下对换热管特别是介质出
· 98 · 石油化j二设备 2011年第4O卷
口处造成不断的冲刷，最终导致泄漏。通过加大工
艺防腐注水量和提高热交换器出口温度避免了热交
换器出口结晶后形成冲刷腐蚀，改进后的装置运行
正常，连续运行已超过2 a，未发生泄漏情况。
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(张编)
- 一． ·
2011中国·成都防雷接地产业峰会
暨第二届《中国防雷》“桑莱特杯”优秀论文大赛颁奖典礼胜利召开
2011一O4一O9，由《中国防雷》杂志社和成都桑莱特科技股份有限公司共同主办的“2011中国·成都防雷接地产业峰会暨第
二届《中国防雷》桑莱特杯优秀论文大赛颁奖典礼”在成都隆重举行，来自四川省气象局、重庆市气象局、中国雷电防护标准化
技术委员会、中国电力工程顾问集团公司、中石油集团公司、第二炮兵、重庆大学以及成都信息工程学院等5O余家单位的100
余位代表参会。
会上，权威专家、学者和企业技术管理者分别向大会作了专题报告，报告内容涉及防雷接地产业最新法规政策、产业发展
趋势、基础研究重大进展、应用技术发展方向、最新的防雷接地产品以及防雷接地工程先进施工技术等。为了有效推动民族
防雷产业的持续稳健发展，与会专家建议：① 要鼓励技术创新，提高产品性能，确保防雷系统安全、可靠运行。② 要加强交流
与合作，促进防雷产业的稳健发展。③ 要拓宽交流与合作的渠道，积极倡导产业内及相关产业间多方位沟通，如通过参加会
议等方式，有效搭建防雷产业交流、分享、合作、发展的平台，推动防雷产业的稳健发展。④ 要加大对国外先进防雷系统的重
视和研究，积极推动国内防雷系统的改进。
来自北京欧地安、北京金合益、成都标定、西安杰邦等数十家企业的负责人就中国防雷接地行业的现状、未来发展等话题
纷纷发表了各自的观点。为了防雷接地领域未来的协作与共赢，大家达成了成立中国防雷接地产业新技术联盟的意向。联
盟的成立将致力于防雷接地新技术的创新和推广，大力推动防雷接地行业标准的建立，促进防雷接地行业和谐健康地发展。
大会现场揭晓了第二届《中国防雷》桑莱特杯优秀论文的4项大奖，来自国内高校、科研单位、企业的7名论文作者获得
一
、二、三等优秀论文奖。
本届盛会有助于推动先进防雷技术在各领域的广泛应用，激发防雷工作者的理论研究和技术创新的热忱，活跃业界的技
术交流氛围，并构建起以“防雷接地产业高峰会”为载体的理论和实践、产业和应用之间的交流平台，大大推动我国防雷事业
的发展。
(本刊讯)

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