鈦制熱交換器在精煉設(shè)備中的應(yīng)用 |
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在原油提煉過(guò)程中,原油脫鹽后,一些殘留的鹽會(huì)水解成HCl,HCl蒸氣到達(dá)冷凝器中冷凝后,與水形成鹽酸,這種酸部分被氨或胺中和形成同樣具有腐蝕性的銨鹽或胺鹽。因在HCl,NH4Cl,NH4HS中的耐蝕性好,多年來(lái)鈦及鈦合金已成功地用于石油精煉設(shè)備中,主要用作常壓原油蒸餾塔冷凝器管組,其可靠性遠(yuǎn)高于碳鋼;還可用作殼式熱交換器、管式熱交換器、空氣冷卻器及壓力容器等。 Gr.2(相當(dāng)于TA1)用作常壓原油蒸餾塔冷凝器已達(dá)25年之久,其使用溫度不能超過(guò)121℃。還可用于石油催化裂化裝置、延時(shí)焦化裝置、酸性溶液汽提塔,此時(shí)適宜的使用溫度為99℃-121℃。Gr.12(相當(dāng)于TA10)用作常壓原油蒸餾塔冷凝器時(shí)使用溫度不低于171℃,并可避免形成固態(tài)鹽,但此時(shí)應(yīng)選擇適宜的水質(zhì)洗滌劑和胺中和劑。新近用于精煉設(shè)備的Gr.16(Ti—0.04-0.08Pd)的使用溫度高達(dá)177℃。 碳鋼框架(如擋板、連接桿等)的腐蝕可使鈦制管組過(guò)早地失效,因此管板和管組框架用材須合適,625合金、825合金、20Cb-3、400合金、甚至316L不銹鋼可用作框架。采用壁厚為0.89mm的薄壁鈦管時(shí),擋板間距應(yīng)盡可能小,以防鈦管振動(dòng)而使管組過(guò)早疲勞失效。為控制pH值和保護(hù)熱交換器殼體、冷凝管、上貯存塔,通常在冷凝器內(nèi)加入專(zhuān)用的水溶的或其它載體的中和胺,但對(duì)鈦冷凝器盡量避免加入氨或胺形成高熔點(diǎn)的固態(tài)氯鹽。 下面是鈦在原油提煉設(shè)備中的具體應(yīng)用情況。 1972年,常壓原油蒸餾塔冷凝器/水冷熱交換器中采用Gr.12鈦管替換短碳鋼管。鈦管組在溫度低于127℃的環(huán)境下使用長(zhǎng)達(dá)25年以上無(wú)任何問(wèn)題出現(xiàn)。 1973年,首次采用Gr.2裝備原油蒸餾塔冷凝器/熱交換器(使用溫度為167℃)。使用不到一個(gè)月,出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象,后改用Gr.12管組。Gr.12管組在這種惡劣的高溫環(huán)境下已服役15年。 1994年為替代1年~2年即失效的碳鋼管組,采用Gr.12和400合金組建兩個(gè)常壓原油蒸餾塔冷凝器/熱交換器,進(jìn)口溫度分別為165℃和146℃。1998年第二個(gè)熱交換器(位置較低的)出現(xiàn)滲漏,與擋板接觸的管外壁破裂,遠(yuǎn)離擋板的管外壁上有分散的坑蝕點(diǎn)。在管組和擋板縫隙處存在腐蝕性很高的氯化胺鹽,置于這種“干”氯化胺鹽中的Gr.7(相當(dāng)于TA9),Gr.12,Gr.16極易被腐蝕,加入少量的水(1%)可有效地使鈦合金處于鈍態(tài)。 液體催化裂化裝置、延時(shí)焦化裝置分餾塔上冷凝器液流內(nèi)含有高濃度的NH3和H2S,并含有少量的HCN,HCl,SO2和CO2。1992年采用Gr.2管組裝備了液態(tài)渣滓催化裂化設(shè)備分餾塔上冷凝器。水質(zhì)洗滌劑將餾分蒸氣溫度由138℃降102℃,Gr.2管組的使用效果良好。 1996年將Gr.12組裝于分餾塔塔頂冷凝器,溫度為141℃。冷凝物含有4%的NH4HS和0.012%的氰化物。冷凝器運(yùn)行可靠。 采用汽提塔可去除H2S和NH3。汽提塔冷凝器內(nèi)含30%~40%的NH4HS,還有少量的氯化物、氰化物及其它腐蝕性物質(zhì)。鈦可用作冷凝管組,因?yàn)殁伿巧贁?shù)幾種可有效抗高濃度NH4HS腐蝕的材料之一。 1995年,為處理來(lái)自煉焦廠、石油氫化處理廠的酸性排出物,在汽提塔塔頂安裝了空氣冷卻管組(Gr.2)和頂蓋箱。注入的蒸氣溫度不能超過(guò)118℃。冷凝物殘留有15%左右的NH4HS,0.0030%~0.0035%的氯化物,0.0035%~0.0050%的氰化物。該設(shè)備至今連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)良好。 1971年,Gr.2鈦管組用作粗汽油氫化處理設(shè)備中穩(wěn)定塔的進(jìn)料/底部熱交換器,殼體側(cè)進(jìn)給管溫度達(dá)142℃,底部溫度為247℃。服役25個(gè)月后,管組壁厚未發(fā)生變化;又經(jīng)10個(gè)月后,管組的內(nèi)外壁均局部腐蝕(如縫隙腐蝕),管組出現(xiàn)故障。原因是180℃~200℃下,NH4Cl腐蝕金屬管組。管板兩側(cè)添加隔熱材料可降低鈦管組的溫度,使其不易被腐蝕。此后3年,管組未出現(xiàn)故障。 在殼體及連接管均為碳鋼的常壓原油蒸餾塔上冷凝器Gr.2鈦管組內(nèi),含有的H2S腐蝕碳鋼部件形成FeS,設(shè)備不工作時(shí)暴露于空氣中的FeS可發(fā)生自燃,著火達(dá)數(shù)小時(shí)之久。檢查發(fā)現(xiàn),此時(shí)鈦管組完全氧化,只殘留氧化物殼。碳鋼擋板和熱交換器殼體基本完好,只是有些彎曲。使設(shè)備保持足夠濕以消除氧化熱,可防止自燃。 為安全使用鈦合金,應(yīng)研究其腐蝕抗力和工作環(huán)境的關(guān)系,如胺的類(lèi)型(是否存在NH3)、氯化物的濃度、工作溫度等對(duì)鈦制部件腐蝕性的影響。 |