茂名石化│乙烯装置急冷油稀释蒸汽发生器内漏原因分析及应对措施

化工活动家

2021年7月6日 13:11

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编辑 | 化工活动家

来源 | 乙烯工业茂名石化

作者 | 唐裕荣

关键词 | 乙烯装置急冷油稀释蒸汽发生器内漏

共 3345 字 | 建议阅读时间 13 分钟

导读

茂名石化2号乙烯装置采用中石化与Lummus合作开发的乙烯专利技术，包括110kt/a SL-II型裂解炉、低压激冷序列、分凝分馏塔和三元制冷技术等。2号乙烯装置共有7台裂解炉，年产640kt的乙烯。稀释蒸汽发生系统是急冷单元的重要组成，该系统的作用是将循环急冷油伴随的热量传递给循环工艺水，产生的稀释蒸汽供裂解炉使用。若产生的稀释蒸汽不足，可用中压蒸汽间接或直接补入。急冷油稀释蒸汽发生器出现内漏后，换热效果下降明显，产生的蒸汽量大幅减少，外补中压蒸汽会大幅增加。监控好稀释蒸汽发生系统的运行，保证稀释蒸汽的正常供给，对装置的“安稳长满优”生产十分重要。

稀释蒸汽发生系统流程

急冷水塔分出的急冷水经过聚结器除油后进入工艺水汽提塔，除去一定量的酸性气体及油分后的工艺水进入5台并联操作的急冷油稀释蒸汽发生器(EB-230A/B/C/D/E)，利用循环的急冷油(QO)作热源发生稀释蒸汽，产生的稀释蒸汽进入稀释蒸汽发生罐(VB-230)进行闪蒸，并经中压蒸汽过热后供给裂解炉使用。经过换热后的中压蒸汽又作为稀释蒸汽发生罐再沸器(EB-231A/B/C)的热源，再次发生稀释蒸汽，以充分回收中压蒸汽热量。

茂名石化│乙烯装置急冷油稀释蒸汽发生器内漏原因分析及应对措施的图1

内漏前后运行参数对比

2013年5月始，茂名乙烯2号装置急冷油稀释蒸汽发生器出现大面积内漏，急冷油漏进工艺水中，造成急冷油稀释蒸汽发生器换热效果下降，稀释蒸汽排污量大幅增加，稀释蒸汽系统的外补中压蒸汽量大幅增加。急冷油稀释蒸汽发生器最近的1次内漏发生于2016年4月15日，发生内漏及消漏后系统参数如下。

茂名石化│乙烯装置急冷油稀释蒸汽发生器内漏原因分析及应对措施的图2

由上表可知：发生内漏时外补中压蒸汽量及稀释蒸汽排污量大幅增加，检修后，系统恢复正常。在相同的负荷状态下，外补中压蒸汽减少约15t/h，稀释蒸汽排污量减少约10t/h。

内漏原因分析

2号乙烯装置的急冷油稀释蒸汽发生器共有5台(EB-230A/B/C/D/E)，采用并联操作，均为浮头式换热器。换热器管程为急冷油，压力控制在1.10~1.20MPa；壳程为工艺水，压力控制在0.60~0.63MPa。2013年以来，急冷油稀释蒸汽发生器多次发生内漏，既有换热器芯子的穿孔腐蚀泄漏，也有小浮头垫片处的泄漏。发生泄漏的主要原因大致分为酸碱腐蚀、应力膨胀、设备材质缺陷等。

酸碱腐蚀

急冷油稀释蒸汽发生器壳程走的是工艺水，工艺水是由急冷水塔的急冷水经过滤器除掉微量的固体杂质后，在工艺水汽提塔经盘油汽提后产生的。虽然工艺水经过汽提后可脱除大部分有机酸和烃类，但仍有少量的H2S、SO2、SO3、CO2等酸性物质残留。这些酸性物质溶解于水后产生H+、HS-等离子使系统中的水显酸性，发生酸性腐蚀。

为防止系统设备的酸性腐蚀，加入一定量的单乙醇胺(MEA)中和水中的酸性物质，防止设备发生酸腐蚀，一般工艺水的pH值控制在7.5~8.5。若MEA加入过多，工艺水的pH值过高，则可能诱发急冷水乳化，并会对系统造成碱性腐蚀。

酸性腐蚀和碱性腐蚀在系统中是同时发生的，在酸性环境下酸性腐蚀占主导地位，在碱性环境下碱腐蚀占主导地位。稀释蒸汽发生系统中，在pH值总体合格的情况下，局部水环境的酸碱值也会存在很大偏差，这主要是由于物质沉降及各种酸碱物质挥发度不同造成的。酸碱腐蚀在系统中局部区域的发生比较常见，常会导致急冷油稀释蒸汽发生器的芯子腐蚀穿孔而发生内漏。

应力膨胀

进入急冷油稀释蒸汽发生器的工艺水含有大量不饱和烃类物质和芳烃类物质，工艺水的温度大约在150℃。在这样的环境下，这些不饱和烃类和芳烃类物质会生成一定量的焦，这些焦类物质覆盖在换热器表面，因各处薄厚不一致，导致换热器传热管表面热阻也不均匀，进而产生了热应力。急冷油稀释蒸汽发生器管程的介质是急冷油，其温度在196~200℃，压力为1.12~1.22MPa；壳程的介质是工艺水，其温度在145~150℃，压力为0.60~0.63MPa。由于管程和壳程的压力差较大，且两种介质的温差也较大，尤其在换热器投用初期，温差就更大。在较大的温差和压差的作用下，换热器内更容易产生应力，这种应力的存在，容易导致换热器的小浮头垫片处出现撕裂，压力更高的急冷油漏进工艺水侧，也会造成换热器换热效果下降。

设备材质缺陷

换热器选材以及制造质量，也是造成换热器发生内漏的原因之一。由于急冷油稀释蒸汽发生器所承受的压力差和温度差较大，工艺水pH值调整不当时，容易出现过酸或过碱的现象，在这几个因素的共同作用下，如果设备本身的材质较差，就容易出现内漏的情况。

应对措施

急冷油稀释蒸汽发生器发生内漏后，急冷油会随着系统的循环，进入到稀释蒸汽发生罐内，进而带到所有的急冷油稀释蒸汽发生器内，严重堵塞其壳程，致使换热效果下降明显，而装置的外补中压蒸汽量会急剧上升，能耗增加，系统的水量也会明显增加，稀释蒸汽排污增加。急冷油稀释蒸汽发生器内漏后，若处理不及时，甚至会造成装置非计划停车。

预防措施及处理措施

严格控制工艺水的pH值

工艺水过酸或过碱会导致急冷油稀释蒸汽发生器发生酸腐蚀或碱腐蚀，因此应把工艺水的pH控制在7.5~8.5，若发现pH值偏离指标控制范围，需及时调整单乙醇胺注药泵的冲程。

降低工艺水中的油含量。工艺水进入稀释蒸汽发生罐前，虽经聚结器后过滤掉大部分的固体焦粒，但仍有部分油类物质存在于工艺水中。这些油类物质若不及时汽提出去，会经稀释蒸汽发生罐进入急冷油稀释蒸汽发生器，最终在换热器中结焦。结焦的换热器，会出现局部换热不均、热膨胀不同等现象，容易引起应力膨胀腐蚀，造成换热器内漏。为了避免这种状况，需保证工艺水汽提塔的再沸热源，即提高工艺水再沸器的盘油温度，确保将工艺水中的油类物质汽提出去，达到降低油含量的目的。同时，这也能一定程度地提高工艺水的温度，减小急冷油稀释蒸汽发生器两侧介质的温度差，减缓应力膨胀的作用。

内漏的监控和判断

急冷油稀释蒸汽发生器发生内漏，如不能及时发现，长时间会造成整个稀释蒸汽发生系统的堵塞，处理过程繁琐。因此，监控好急冷油稀释蒸汽发生器的运行状态及判断是否内漏是非常重要的。判断稀释蒸汽是否内漏最直观且准确的方法是在急冷油稀释蒸汽发生器的工艺水侧安全阀高点导淋的采样观察。如果采到的水样乳化严重或有明显的浮油，则表明急冷油稀释蒸汽发生器发生了内漏。为更直观及时地判断出急冷油稀释蒸汽发生器是否内漏，茂名2号乙烯装置通过增加急冷油稀释蒸汽发生器工艺水侧的采样器，将安全阀高点导淋的产气引到地面，经冷却器冷却后，引到地沟保持常流状态，通过观察水质的清澈程度和分析水中TOC的含量，以判断换热器是否存在内漏。

发生内漏后的处理

急冷油稀释蒸汽发生器发生内漏后，急冷油漏进工艺水侧，随着系统的循环，急冷油会带至整个稀释蒸汽发生系统，造成急冷油稀释蒸汽发生器的堵塞，严重的会使急冷油稀释蒸汽发生器的工艺水侧完全堵塞，工艺水没有进入换热器内，严重威胁装置的运行。茂名2号乙烯的急冷油稀释蒸汽发生器曾发生过严重内漏，在处理换热器内漏的过程中，采取了以下措施：

①接临时排放管用于排焦。通过在线带压开孔，在稀释蒸汽发生罐的底部分别接出1条76.2mm(3in)和1条254mm(10in)的临时管，作为排污用。急冷油稀释蒸汽发生器严重内漏时，大量的急冷油漏进稀释蒸汽发生系统，会堵塞正常的排污管。通过接出的临时排放管，可将稀释蒸汽发生系统内的急冷油排出来，改善急冷油稀释蒸汽发生器的换热效果。另外，临时排放线也可以发挥排污的作用，保持急冷水系统的水平衡。

②对堵塞的管线进行电加热处理。急冷油稀释蒸汽发生器发生内漏严重时会导致工艺水侧的入口管道堵塞，由于工艺水侧的入口管和总管直接相连，管道一旦堵塞，用蒸汽难以吹通。急冷油中含有大量的沥青质，这些沥青质在稀释蒸汽系统的汽提作用下，会变成坚硬的积碳。为疏通工艺水侧的进料管，可采用电加热的方法，对工艺水的进料管进行加热，升至250℃以上(需注意最高不能超过管道的最高耐热温度)，将管内的积碳熔化排出来。

③采用盘油浸泡。发生内漏的急冷油稀释蒸汽发生器，急冷油会漏到工艺水侧，尤其是换热器的浮头发生内漏时，工艺水侧将漏进大量的急冷油。这些急冷油，会堵塞工艺水侧的排放管，正常倒空时，难以顺利的将其排出。在检修过程中就难以把换热器的芯子抽出来。为解决此问题，通过增加管线，引入装置内自产的盘油对急冷油稀释蒸汽发生器进行浸泡处理，其中管程浸泡24h以上，壳程浸泡72h以上。由于盘油能将换热器内黏度较大的急冷油溶解下来，且盘油自身的黏度较低，这样溶解下来的急冷油容易倒空。当换热器交出检修时，管程、壳程均比较干净，减轻了检修过程对换热器进行水清焦的工作量，大幅缩短了检修时间。

④对换热器的浮头进行热紧。为防止换热器投用后再次出现浮头内漏的问题，对换热器的投用进行了优化，具体做法为：换热器检修完毕后，先不装浮头的外封头，将换热器的管程投用，可直接投用急冷油或采用上工艺水，将管程的压力控制在1.2~1.3MPa，利用管程循环的急冷油或工艺水对换热器的浮头进行加热至110℃以上，然后停止循环并泄压后马上对浮头进行热紧，热紧完毕后回装换热器外封头，后续按正常程序投用换热器。自从采用该方法对换热器热紧后，换热器的浮头不再出现内漏现象。

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