王名刚
北方华锦化学工业股份有限公司炼化分公司设备处
摘要:本文针对北方华锦化学工业股份有限公司炼化分公司20万吨/年芳烃抽提装置溶剂再生系统设备腐蚀问题，从工艺和设备两方面分析腐蚀原因及采取相应的对策。
关键词: 环丁砜劣化 酸腐蚀 316L双相钢S22053 应力 蒸汽分配器
1 概述
1.1芳烃抽提装置抽提蒸馏部分及溶剂再生系统工艺原理及流程
芳烃抽提装置抽提蒸馏部分采用中国石化集团石油化工科学研究院（RIPP）开发的环丁砜抽提蒸馏工艺(SED)，利用环丁砜对抽提原料中各类组分的溶解度和相对挥发度不同，从烯烃混合物中分离出芳烃（C6、C7）和非芳烃(C5)。流程为自预分馏部分重整油分馏塔顶来的C5～C7馏分与贫溶剂换热后自第41块塔板进入抽提蒸馏塔T201；贫溶剂经换热分成两股（比例约为9：1）进入抽提蒸馏塔T201；抽提蒸馏塔塔顶蒸出的含少量溶剂的非芳烃蒸汽直接进入非芳烃蒸馏塔T202底部；抽提蒸馏塔塔底富溶剂升压后在塔底液位和流量串级控制下进入溶剂回收塔T203；溶剂再生塔T204顶部与溶剂回收塔T203相连，自贫溶剂泵来的小股贫溶剂由溶剂再生塔液面和流量串级控制下进入溶剂再生塔进行闪蒸，除去其中的高分子聚合物及其他机械杂质，塔顶蒸出的气相直接进入溶剂回收塔底部，塔底残渣不定期排出。溶剂再生塔塔底设有插入式再沸器溶剂再生塔再沸器E210，采用2.2MPag蒸汽做加热热源，在真空下操作，实际上是一个减压蒸发器。
通过工艺流程可以看出大部分贫溶剂回到T201塔中循环使用，另外一少部分进入再生塔T204进行再生，去除老化溶剂，以确保溶剂质量。见芳烃抽提装置简要工艺流程图。
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1.2主要腐蚀设备技术参数
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2 溶剂再生系统腐蚀情况和原因分析
2.1 现象
芳烃抽提装置自建成投产以来，溶剂消耗量较大，溶剂再生系统受溶剂腐蚀严重，热蒸汽压力为2.2MPa、温度200-210℃，在实际操作中溶剂再生塔难免有液位波动，造成换热器局部液位过薄、温度过高，溶剂再生塔内壁腐蚀减薄，溶剂再生塔再沸器管束0212-E-210多次发生腐蚀性泄漏，严重影响了芳烃装置的正常生产。
2.2 原因分析
检修时发现溶剂再生塔再沸器管束外表层粘附一层结垢物约2-3mm，结垢物暴露在空气中一段时间后和管束分层，经敲击后结垢物脱落。对结垢物进行取样分析，分析结果表明，结垢物的溶解性较差，微溶于水和乙醇。结垢物中Fe、S含量较高，还有一定量的Cl-。
根据取样分析结果和日常操作情况分析，以下两个原因导致设备腐蚀：
一是环丁砜劣化。环丁砜在溶剂再生系统中循环运行，每个循环周期都要经过升温和降温过程，最高温度达175℃～l80℃，在有氧和高温条件下，环丁砜劣化形成烃类聚合物及磺酸、丁基硫酸、硫酸等产生酸腐蚀；二是重整装置催化剂老化。由于重整装置催化剂使用已进入末期，催化剂本身挂氯能力下降，导致氯离子流失增加，随物料进入芳烃装置，当系统中存在氯离子时，加剧设备腐蚀。
3处理措施
3.1工艺方面采取的措施
3.1.1从物料进料方面入手，重整装置生产系统中，定期加入一定量的新催化剂，一方面补充催化剂损坏，另一方面，也可以增加催化剂本身的挂氯能力，尽量减少氯离子流失进入芳烃装置造成腐蚀。
3.1.2控制反应注氯量，增加离子再生装置，除去溶剂中的氯离子。
3.1.3平稳操作：在生产中应严格控制操作温度，特别是控制加热介质的温度不超过220℃.溶剂循环系统的塔底温度控制在180℃以下，塔顶温度控制在175℃以下。
3.1.4控制环丁砜循环过程中氧含量，氧能够加速环丁砜的劣化，要严格控制氧进入环丁砜抽提系统，降低环丁砜的分解速度。
3.1.5利用树脂再生系统脱除SO2?,Cl-等强酸性阴离子，消除进入芳烃溶剂系统氧气源头，同时控制系统中水含量。
3.2设备方面采取的措施
3.2.1管束材质及结构改造
在设备检修过程中，将管束抽出后，看到管束外表层粘附一层结垢物，换热管间充满结垢物，经机械清洗后看到泄漏部位为管束第二根换热管弯管处开裂（见图2）。对换热器外壁用游标卡尺进行测量，换热管直管段多为16.5mm、18mm，弯管处15.24、16.1mm，管壁减薄严重。重新制作的第二台管束只运行120天就有1根换热管泄漏，位置为第四根换热管弯管处开裂。鉴于碳钢管束使用周期较短，将管束材质升级为316L，但也仅用1年就发现泄漏，更换备用的碳钢管束，仅运行55天便泄漏，再次更换成316L管束只运行132天。316L管束的价格为碳钢管束的4倍，但使用时间仅为碳钢管束的2-3倍，从经济效益分析仍采用碳钢管束，但将换热管的规格由Φ19×2改为Φ19×2.5增加换热管壁厚，投用后效果改善不明显，仅使用58天。
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蒸汽从溶剂再生塔下部进入，蒸汽入口中心距再沸器管束仅200mm，直接冲刷到再沸器，造成管束下面换热管先腐蚀，为减轻蒸汽冲刷，将管束下方焊接3mm厚钢板以防介质冲刷腐蚀，此次使用90天。2017年9月将碳钢管束外壁涂镍磷镀涂层，使用85天。随着装置连续运行，环丁砜的劣化，改造后的碳钢管束也只能使用2个月，介质中又含有Cl-，不锈钢管束使用效果也不明显，将管束材质更改为双相钢S22053，使用73天后泄漏，泄漏部位仍为管束弯管处和弯管前的直管处，但判断除介质腐蚀外还有弯管煨弯时产生的应力腐蚀，决定重新制作双相钢S22053管束，并且制作后进行整体热处理以消除应力。2018年4月将管束在管束弯管处加1.5mm厚钢板制成管帽罩住弯管部位，此台管束使用119天。2019年1月将管束更换成双相钢管束，这次改造效果较明显，管束使用至今2年半，除定期进行机械清洗清除外壁结焦外，没有发生泄漏。
3.2.2溶剂再生塔改造
2013年以来，芳烃溶剂回收塔T-203进料调节阀和调节阀后手阀之间管线、溶剂系统塔底泵P202、P-205泵出入口管线、抽提塔T-201再沸器返塔进料线共计发生10多次泄漏。2018年对以上部位均更换双相钢材质，目前运行状态良好，未发现减薄泄漏。溶剂再生塔筒体高度6.5m, 筒体设计壁厚为10mm,U型溶剂再生塔再沸器管束插入到距筒体下部切线高度600mm处，管束被溶剂腐蚀严重，溶剂再生塔筒体也腐蚀减薄。2015年8月对溶剂再生塔进行容器全面检验，再沸器管束附近筒体壁厚最薄为8.8mm，有轻微腐蚀，其余部位为在9.6mm以上。2017年9月更换管束时再次测量筒体壁厚，发现再沸器管束附近的筒体减薄严重，其筒体壁厚实测为5.7、5.8mm，管束上部约1米处筒体壁厚为5.6、6.0、6.1、6.2、6.3mm、管束上部约1米-1.5米处筒体壁厚为8.4、8.5、8.6mm,溶剂再生塔封头釜液出口接管壁厚为6.4、6.7、6.8mm,其余处筒体壁厚9.6-10mm。根据筒体腐蚀情况，决定从新制作溶剂再生塔，并对塔体进行改造，将DN200的蒸汽入口改为DN300，并在塔内增加DN300的蒸汽分配器，材质为20#钢。分配器轴线上下30゜范围内间隔30mm均布Φ25的孔，在蒸汽分配器中部上下位置设置2个Φ10的泪孔。为保证装置安全稳定运行，且目前双相不锈钢管束（E-210）和部分管线在芳烃溶剂系统使用效果非常好，在2021年7月大修期间对芳烃溶剂再生塔T-204进行材质升级改造。
4经济效益分析
从效益角度讲，碳钢管束0.3T使用2个月，每台造价为0.7万元。316L管束每台造价为2.9万元，使用时间约为5-12个月，双相钢 S22053每台造价2.7万元，热处理后每台造价3万元，预计能使用3年，管束材质升级为双相钢材质三年设备制造成本可节约4万元。同时，每次停车检修造成损失约8万元，换热器管束材质升级后可以避免芳烃装置经常性停车检修，每年降低工艺生产成本和工艺运行维护成本约50万元。
5结论
通过工艺方面和设备方面采取的措施，基本解决了芳烃装置溶剂再生塔再沸器E210管束腐蚀的问题，同时也解决了因腐蚀造成的溶剂损耗和非计划停工等问题，为芳烃装置长周期运行提供了保障。