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(1.中國石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆 阿克蘇 842017；2.中國石油化工股份有限公司中原油田分公司，河南 濮陽 457000)

雅克拉集氣處理站(簡稱雅站)位于新疆庫車縣境內(nèi)的塔克拉瑪干沙漠北緣，設(shè)計(jì)天然氣處理量260×104m3/d，凝析油處理量1.7 Mt/a，是集油氣計(jì)量、天然氣脫水、天然氣脫汞、制冷回收輕烴、凝析油穩(wěn)定和西氣東輸為一體的大型綜合處理裝置。其中，凝析油穩(wěn)定采用閃蒸分離+精餾穩(wěn)定的工藝[1]。二級凝析油換熱器管束出現(xiàn)串漏失效,嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。不同用途的換熱器失效的原因是復(fù)雜多樣的，換熱器管束失效主要表現(xiàn)為縫隙腐蝕、沖蝕和垢下腐蝕等[2]。

1 凝析油穩(wěn)定單元流程簡介

高壓計(jì)量單元的凝液經(jīng)過二級凝析油換熱器與穩(wěn)定凝析油換熱后依次進(jìn)入一級閃蒸分離器、二級閃蒸分離器、洗鹽分離器，在分離器內(nèi)完成油、氣、水的分離。脫水后的凝液再經(jīng)過一級凝析油換熱器換熱后進(jìn)入凝析油穩(wěn)定塔進(jìn)行精餾穩(wěn)定。塔底液相經(jīng)一級、二級凝析油換熱器換熱降溫后進(jìn)入凝析油儲罐。塔頂回流罐氣相經(jīng)穩(wěn)定氣壓縮機(jī)增壓、冷卻、分離后進(jìn)入旋流分離器，液相經(jīng)回流泵增壓后進(jìn)入液化氣塔。雅站凝析油穩(wěn)定單元流程見圖1。高壓計(jì)量單元凝液(2.45 MPa,32 ℃)從二級凝析油換熱器的管程下部進(jìn)入，從管程上部流出；低壓高溫穩(wěn)定的凝析油(0.08 MPa,130 ℃)從二級換熱器殼程上部進(jìn)入，從殼程下部流出，實(shí)現(xiàn)凝析油換熱。

2 換熱器管束腐蝕穿孔危害

雅站二級凝析油換熱器是雅站凝穩(wěn)單元的關(guān)鍵設(shè)備之一。管束腐蝕嚴(yán)重，且部分管束存在腐蝕穿孔,不僅影響凝析油的穩(wěn)定效果，降低了凝析油中的輕組分拔出率，還存在一定的安全隱患。具體危害如下：①二級凝析油換熱器管束內(nèi)被鹽和油泥砂堵塞的有230根,其中130根堵塞較嚴(yán)重，造成換熱面積降低，影響換熱效果；②管束串漏后高壓計(jì)量單元的凝液從管程內(nèi)串漏到殼程，與低壓穩(wěn)定的凝析油一起進(jìn)入儲罐，造成進(jìn)罐凝析油含水超標(biāo)，影響裝置的運(yùn)行；③管束串漏后，高壓計(jì)量單元的凝液中的水、輕組分串漏到殼程，在殼程高溫下汽化形成“氣阻”，造成穩(wěn)定塔塔頂壓力升高，塔頂壓力由原來正常運(yùn)行壓力0.08 MPa上升至0.13 MPa，影響穩(wěn)定塔塔頂輕組分的拔出率，造成裝置輕烴收率大幅降低，輕烴、液化氣產(chǎn)量日減少約10 t；④二級凝析油換熱器管束串漏后，若不降低穩(wěn)定塔塔底溫度，依然以150 ℃操作溫度運(yùn)行，凝析油進(jìn)罐溫度高于80 ℃，不僅造成儲罐凝析油揮發(fā)量增多，還會因凝析油外輸溫度超出凝析油外輸流量計(jì)溫度范圍(不超過65 ℃)，致使外輸凝析油無法進(jìn)行計(jì)量交接，造成凝析油憋庫；若降低穩(wěn)定塔塔底溫度(降至100 ℃)，雖然滿足了凝析油外輸溫度要求，但卻嚴(yán)重影響穩(wěn)定塔塔頂輕組分的拔出率，造成裝置輕烴收率大幅降低。

圖1 雅站凝析油穩(wěn)定單元流程

3 腐蝕原因分析

3.1 換熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折流板和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有換熱管束，管束兩端固定在管板上。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動，稱為管程流體；另一種在管外殼體流動，稱為殼程流體[3]。二級凝析油換熱器為板式換熱器，型號：BES600-4.0/1.6-170-6/25-2Ⅱ，殼程介質(zhì)為穩(wěn)定的凝析油，設(shè)計(jì)壓力1.6 MPa、設(shè)計(jì)溫度200 ℃，實(shí)際運(yùn)行壓力0.08 MPa，操作溫度130 ℃；管程介質(zhì)為計(jì)量分離單元來的未穩(wěn)定凝析油，設(shè)計(jì)壓力4.0 MPa、設(shè)計(jì)溫度200 ℃，實(shí)際運(yùn)行壓力2.45 MPa，操作溫度130 ℃；共有管束368根，管束材質(zhì)為普通碳鋼，換熱面積170 m2，質(zhì)量2 195 kg。

3.2 腐蝕形貌

雅站二級凝析油換熱器已連續(xù)運(yùn)行多年，其管束因長期運(yùn)行已出現(xiàn)串漏失效從而嚴(yán)重影響生產(chǎn)。管束腐蝕情況：①管束外壁比較干凈,肉眼基本上觀察不到明顯腐蝕痕跡；②管束腐蝕主要集中分布在分程隔板上第一排位置，管束與管板分程隔板的密封處有21根管束腐蝕串漏明顯；③管板分程隔板下的腐蝕呈現(xiàn)坑蝕形貌。腐蝕形貌見圖2。

圖2 管束腐蝕及結(jié)垢情況

3.3 腐蝕失效原因分析

3.3.1 管束內(nèi)鹽堵和砂堵分析

雅克拉凝析氣田隨著開發(fā)時(shí)間延長，地層水礦化度及產(chǎn)出介質(zhì)含CO2和H2S等腐蝕性介質(zhì)日漸增多。地層水礦化度由原來的4.9×104mg/L上升至16×104mg/L，礦化度變化巨大。單井井下油管、地面集輸管線、井口加熱爐盤管[4]和凝析油穩(wěn)定塔塔底重沸器管束[5]等均出現(xiàn)不同程度的鹽腐蝕。雅站二級凝析油換熱器管束內(nèi)共清出堵塞物30 kg。堵塞物為黑色粉末，用手搓捻判斷為鹽和細(xì)砂，見圖3。雅克拉凝析氣田已開發(fā)超過10 a，一些低產(chǎn)低效凝析氣井出砂嚴(yán)重，見圖4。根據(jù)凝析氣井管理經(jīng)驗(yàn)，一旦凝析氣井出現(xiàn)出砂現(xiàn)象，凝析氣井很快就會停噴。

3.3.2 結(jié)垢腐蝕分析

雅站二級凝析油換熱器管束內(nèi)被鹽和油泥砂堵塞的有230根,其中130根管束堵塞較嚴(yán)重，且在管板中間附近的管束腐蝕穿孔明顯。主要是雅站高壓計(jì)量單元的凝液從換熱器管束下半部分進(jìn)入，由于管束與管板之間的分程隔板阻隔，在管束另一端折回，從管束上半部分流出，分程隔板處管束長期充滿液體，溫度升高后微熔鹽析出結(jié)晶，為結(jié)垢腐蝕提供條件。結(jié)垢過程就是微溶鹽從溶液中結(jié)晶沉淀的一個(gè)過程。垢的形成很復(fù)雜，從時(shí)間角度分成4個(gè)步驟：①水中的離子結(jié)合成溶解度很小的鹽分子；②分子結(jié)合和排列形成晶核，晶核進(jìn)一步生成晶粒；③大量晶粒堆積長大，沉積成垢；④不同的條件，形成不同形狀的垢。管束與分程隔板密封處，形成垢下腐蝕。當(dāng)通道內(nèi)表面有垢覆蓋時(shí)，在Cl-和垢的共同作用下產(chǎn)生閉塞效應(yīng)，形成腐蝕微電池，引起局部腐蝕穿孔。Cl-是閉塞效應(yīng)形成的催化劑，凝液中溶解的CO2會加速閉塞腐蝕微電池內(nèi)環(huán)境惡化，加速穿孔[6-7]。

圖3 堵塞物黑色粉末

圖4 單井取樣出砂情況

3.3.3 縫隙腐蝕分析

雅站二級凝析油換熱器腐蝕管束主要集中分布在分程隔板上第一排位置，有21根管束,與管板分程隔板的交界處的腐蝕串漏明顯；管板分程隔板下的腐蝕呈現(xiàn)坑蝕形貌。換熱器管束與管板連接方式通常有脹接法、焊接法和脹焊結(jié)合法3種[8]，3種方式都容易產(chǎn)生縫隙，產(chǎn)生沉積物，發(fā)生縫隙腐蝕。管束受到腐蝕介質(zhì)的腐蝕和管束堵塞物的作用，容易造成腐蝕穿孔?？p隙腐蝕影響因素有：①溶解氧影響。凝析油中溶解氧含量增多，縫隙內(nèi)外的氧濃差增加，利于縫隙腐蝕的發(fā)生；②溫度影響。溫度升高，離子運(yùn)動速度加快，加速金屬管板的腐蝕；③氯離子的影響。一般情況下，氯離子濃度越高，發(fā)生縫隙腐蝕的傾向性越強(qiáng)。氯離子對縫隙腐蝕作用主要表現(xiàn)為兩方面：①氯離子增強(qiáng)了溶液的導(dǎo)電性，加速腐蝕；②由于氯離子半徑小，穿透能力強(qiáng)，最容易穿透氧化膜內(nèi)極小的孔隙，到達(dá)金屬表面，并與金屬相互作用形成了可溶性化合物，使氧化膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，金屬產(chǎn)生腐蝕穿孔。

4 結(jié)論和建議

雅站二級凝析油換熱器管束腐蝕主要為由內(nèi)向外的結(jié)鹽腐蝕，管束外壁比較干凈,肉眼基本上觀察不到明顯腐蝕痕跡；管束與管板分程隔板密封處腐蝕為結(jié)鹽、結(jié)垢所引起的垢下腐蝕和縫隙腐蝕共同作用下的腐蝕。

為減緩凝穩(wěn)單元換熱器管束腐蝕問題，根據(jù)管束腐蝕現(xiàn)狀和腐蝕因素分析，對換熱管束提出以下防腐蝕建議：

(1)換熱器管束必須選擇抗腐蝕材質(zhì)。

(2)對于碳鋼材質(zhì)的換熱器,管束與管板焊接后,管束應(yīng)進(jìn)行整體涂裝處理(如采用鈦納米涂層技術(shù))，從而增強(qiáng)抗腐蝕能力。

(3)在換熱器前端加注藥劑，減緩結(jié)鹽、結(jié)垢,抑制垢下腐蝕。

(4)在凝液進(jìn)換熱器前加裝除砂器，分離脫除凝液中的泥砂。

(5)優(yōu)化洗鹽流程，在計(jì)量單元凝液進(jìn)換熱器前進(jìn)行水洗脫鹽處理。