席歡歡，韓晨陽，馮蕾博

[陜西延長石油（集團）有限責(zé)任公司延安煉油廠，陜西延安 727406]

1 前言

陜西延長石油（集團）有限公司延安煉油廠100萬t/a催化裂化裝置富氣壓縮機主要作用是將分餾系統(tǒng)的0.15 MPa的低壓富氣加壓至1.30 MPa并送至吸收穩(wěn)定系統(tǒng)。為防止壓縮后的氣體溫度過高，采用兩段壓縮，在一段出口設(shè)置級間冷卻器和級間分液罐，而級間冷卻器主要擔(dān)負壓縮富氣中間冷凝作用，一方面防止段后溫度過高造成氣體分解和結(jié)焦，影響壓縮機正常運行，另一方面可使一部分C5和C6組分冷凝，減少壓縮機負荷，如圖1所示。

圖1 富氣流程

由于操作條件比較苛刻（富氣中H2S含量為1 000×10-6），級間冷卻器管束平均壽命為1 a。2017年5月富氣壓縮機開機，運行至2018年6月，發(fā)現(xiàn)級間冷卻器管束內(nèi)漏，隨即通過平衡管殼程兩側(cè)壓力，富氣壓縮機運行至2019年11月。由于內(nèi)漏擴大造成富氣壓縮機非計劃停機，2019年11月對級間冷卻器進行了更換。運行至2020年4月份裝置大檢修，檢修期間發(fā)現(xiàn)管束滲漏。裝置的設(shè)計為3 a一修的長周期運行，但現(xiàn)有級間冷卻器已不能滿足裝置的長周期運行。

2 管束內(nèi)漏的危害

級間冷卻器管束內(nèi)漏造成富氣與循環(huán)水互串（循環(huán)水和富氣壓力均在0.5 MPa左右），當(dāng)循環(huán)水進入富氣系統(tǒng)后，造成冷卻器后級間分液罐油水界位波動大，分液罐脫水量增大，增加下游污水處理裝置的負荷。而富氣進入循環(huán)水系統(tǒng)后，則危害更大。

1）富氣進入循環(huán)水后，造成循環(huán)水系統(tǒng)污染。循環(huán)水至冷卻塔后，富氣則會從循環(huán)水中溢出，造成環(huán)境污染，而且環(huán)境中彌漫富氣，如遇火源則會造成著火、爆炸；此外富氣中H2S含量高，進入循環(huán)水后H2S溶解于水中，而這種循環(huán)水會對其他設(shè)備和管線造成腐蝕。

2）富氣流失造成裝置液化氣收率降低。通過對比級間冷卻器管束泄漏前后液化氣收率，管束泄漏造成液化氣收率降低約2.55%。

3）級間冷卻器內(nèi)漏擴大，大量富氣進入循環(huán)水中，造成氣壓機二段流量波動較大，氣壓機出現(xiàn)喘振，從而造成氣壓機非計劃停機。2019年11月16日氣壓機非計劃停機時間就是這個原因造成的。

4）級間冷卻器出現(xiàn)內(nèi)漏、為放置大量富氣進入循環(huán)水時，一般會在循環(huán)水出口進行截流，保證循環(huán)水壓力略大于富氣壓力，但這會使得級間冷卻器循環(huán)水量減小，冷卻效果變差，壓縮機負荷大，增加了原動機（汽輪機）的蒸汽用量。

此外，若要對級間冷卻器進行檢修，則需將富氣壓縮機切出系統(tǒng)，分餾系統(tǒng)的富氣則需通過放火炬燃燒掉。這不僅會造成產(chǎn)品的損失，還會造成環(huán)境污染。

3 管束內(nèi)漏原因分析

級間冷卻器原設(shè)計單管程，富氣走管程，水平進出，循環(huán)水走殼程，上進下出。

3.1 介質(zhì)原因

（1）富氣側(cè)：原油中的大部分硫化物在催化裂化過程中都被轉(zhuǎn)化為H2S，同時油品中的含氮物質(zhì)也隨著催化裂化反應(yīng)的發(fā)生而存在于產(chǎn)品中，其中有1%～2%的氮化物以氰化氫的形式存在，因此在介質(zhì)中形成了HCN-H2S-H2O的腐蝕環(huán)境。氰化氫的存在加速了H2S-H2O的腐蝕作用。氰離子在堿性的H2S-H2O溶液中具有雙重作用：氰化物會溶解硫化氫與鐵生成的FeS保護膜，并使H2S的腐蝕作用加速[1]。隨著CN-的存在和濃度的增加，介質(zhì)對設(shè)備及管線的腐蝕加速[2]。H2S和鐵反應(yīng)生成的FeS在pH大于6時能覆蓋在鋼鐵表面，有較好的保護作用，腐蝕速率隨著時間的推移而下降；但是如果介質(zhì)中含有CN-，則會使FeS溶解并生成絡(luò)合離子Fe(CN)4-，加速了設(shè)備及管線的腐蝕[2-3]。

（2）循環(huán)水側(cè)：因為循環(huán)水中含有的鈣離子、鎂離子和酸式碳酸鹽會在傳熱面上結(jié)垢，同時伴隨有鐵銹的生成，金屬在垢下腐蝕。由于電化學(xué)腐蝕存在自催化作用，金屬的腐蝕將被加速。

3.2 結(jié)構(gòu)原因

（1）循環(huán)水走殼程，流速較慢，結(jié)垢后易造成電化學(xué)腐蝕。

（2）級間冷卻器管束采用Φ16×1.6的換熱管，換熱管管徑小，管壁薄，富氣流速大，容易對管束內(nèi)壁形成沖刷。

（3）由于級間冷卻器采用單管程設(shè)計，且富氣為水平進出，換熱器底部換熱管中會形成積液，加速管束腐蝕。這在歷次檢修時都得到了驗證：底部換熱管有明顯的腐蝕穿孔現(xiàn)象。

4 冷卻器改造

4.1 確定材質(zhì)

在冷卻器的使用過程中，換熱管的抗腐蝕性直接影響換熱管的使用壽命和使用效益。雖然在換熱管抗腐蝕性上，304和316不銹鋼表現(xiàn)出了獨特的優(yōu)勢，但其價格昂貴，具有一定的成本壓力，況且不銹鋼在Cl-環(huán)境中容易應(yīng)力腐蝕開裂。而08Cr2AlMo換熱管焊接性能接近碳鋼，具有抗腐蝕能力，價格也比普通不銹鋼材質(zhì)低很多，且在石化企業(yè)中應(yīng)用比較廣泛，延安煉油廠也運用較多。實踐和實驗表明，08Cr2AlMo換熱管針對HCN-H2S-HCl環(huán)境有明顯的抗腐蝕性，不僅技術(shù)可靠，還具有很強的經(jīng)濟競爭力。此外，國內(nèi)同類型冷卻器使用08Cr2AlMo換熱管的成功經(jīng)驗也比較多。

4.2 確定換熱器型式

為改良傳統(tǒng)的級間冷卻器結(jié)構(gòu)，通過查閱資料并對比國內(nèi)同類型冷卻器，發(fā)現(xiàn)浮頭式換熱器有殼體與管束的溫度不受限制、管束便于更換、殼程可以用機械方法進行清掃的優(yōu)點，最終確定選用浮頭式換熱器。

根據(jù)換熱器管殼程介質(zhì)的確定原則[4]，不清潔的流體走管內(nèi)，以便于清洗。如果循環(huán)水走管內(nèi)，由于管內(nèi)流速大，可以減少結(jié)垢，減少泥沙的沉積，減少垢下腐蝕。由于富氣在冷卻過程中會產(chǎn)生大量凝液，且運行過程中為減少富氣中的酸性物質(zhì)對下游裝置和設(shè)備的腐蝕，會在富氣中注入除鹽水對富氣進行水洗，則富氣走殼程便于富氣中凝液的排出。但是富氣走殼程，傳統(tǒng)的折流板阻力較大，設(shè)計殼程壓降≯0.1 MPa。為解決這一問題，在富氣進口，將折流板更換為一種流動阻力小的折流桿，且不影響傳熱性能。

在不影響換熱效果的前提下，為增加管束的防腐蝕能力，將換熱管尺寸由原來的Φ16×1.6更換為Φ19×2。由于級間冷卻器改造前后富氣及循環(huán)水參數(shù)未發(fā)生變化，在保持原換熱面積的前提下，最終確定改造后換熱器型號為BES1000-2.5-310-6/19-2I（B=200）。

5 方案實施

改造方案確定以后，于2020年4月大檢修期間實施。由于檢修時間只有一個月，不可能完成設(shè)計、計劃申報、采購、施工，因此大檢修期間對內(nèi)漏管束進行堵管處理，并在循環(huán)水、富氣管線上預(yù)留閥門。項目于2021年4月完成，在不影響裝置正常運行的前提下，在線完成新冷卻器的安裝及投用。投用前后效果對比如圖2所示，圖中線條陡峭處表示在投用當(dāng)天的8:00—10:00對級間冷卻器進行在線切換。

圖2 新改造級間冷卻器投用前后富氣冷后溫度變化圖

改造后，為保證富氣冷后溫度控制在55～60 ℃之間，調(diào)整循環(huán)水閥門開度為1/5。改造后，級間冷卻器壓降由原來的0.04 MPa增至0.06 MPa左右，符合設(shè)計要求。截至2023年3月底，級間冷卻器前后壓差仍保持在0.06 MPa左右。

改造后級間冷卻器自2021年4月投用，截至2023年3月底，運行平穩(wěn)，未發(fā)生管束內(nèi)漏。

此外，由于級間冷卻器為單臺設(shè)備，富氣壓縮機正常運行時無法切出檢修，因此為徹底解決級間冷卻器內(nèi)漏隱患，將改造前的級間冷卻器更換管束后備用，使得級間冷卻器開一備一，這為富氣壓縮機的正常長周期運行提供了進一步的保障。

6 效果評價

改造后的級間冷卻器，不僅在經(jīng)濟上為企業(yè)帶來了效益，而且也有一定的社會效益。

6.1 經(jīng)濟效益

按照傳統(tǒng)的級間冷卻器的運行周期，改造后的級間冷卻器可減少富氣壓縮機的1次非計劃停機。以往級間冷卻器檢修需48 h，檢修期間至少有20 t/h富氣通過火炬排放，2 d排放960 t富氣。按照富氣中液化氣和干氣比例為5:1、干氣價格1 500 元/t、液化氣價格3 500 元/t計算，可減少304 萬元的浪費。

6.2 社會效益

（1）消除級間冷卻器內(nèi)漏隱患，防止循環(huán)水?dāng)y帶富氣，解決了因富氣擴散進入大氣而造成裝置異味大的問題，消除了安全隱患，避免了大氣污染。

（2）減少了氣壓機非計劃停機造成火炬冒黑煙的事件發(fā)生，為堅決打贏“藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”貢獻力量。

（3）消除富氣擴散和放火炬，降低了企業(yè)整體碳排放量，從根本上消除了隱患，為打造綠色低碳煉化企業(yè)提供了堅實的保障。

7 結(jié)語

通過兩年的實踐，說明100萬t/a催化裂化裝置富氣壓縮機級間冷卻器改造效果明顯，解決了級間冷卻器內(nèi)漏隱患，消除了制約裝置3 a長周期運行的一項因素。