Анализ проблем коррозии теплообменного оборудования в установках для реконструкции и методы его защиты

Thread Content

Последнее изменение в этом посте было сделано Ван Вэй2 21.05.2020 в 09:58. Предисловие: это проблемы, возникшие в процессе технического обслуживания. После анализа проблемы были предложены решения. Анализ проблем коррозии теплообменного оборудования в установках для ректификации и методы его защиты 1. Коррозия оборудования для охлаждения В начале мая этого года были проведены ремонтные работы на оборудовании системы экстракции и ректификационной части системы предварительного гидрирования в этом цеху. Во время демонтажной проверки оборудования для охлаждения в системе предварительного гидрогенизации было обнаружено, что на внешней стенке трубчатых аппаратов этого оборудования наблюдалась значительная коррозия; пространство между трубами было заблокировано продуктами коррозии. Информация об использовании этих трубопроводов приведена в приложении. 2. Анализ проблем коррозии 2.1 Часть, предназначенная для предгидрирования. В качестве сырья для риформинга используется бензин с верхней фракции колонны постоянного и переменного давления. Кроме того, бензин с верхней фракции колонны, бензин, полученный в результате гидрокракинга, а также бензин, полученный в процессе коксования, могут также служить сырьем для риформинга после гидрорafинирования. Как правило, в трубопроводах и оборудовании низкотемпературной части установки для предварительного гидрирования бензина, полученного на предыдущем этапе процесса, присутствуют H2S, NH3, HCl и H2O. Из-за наличия в сырой нефти воды и оксидных соединений после реакции образуется вода; поэтому при низких температурах (ниже 60°C) может происходить локальная коррозия под действием H2S. Наличие в среде других примесей, таких как ионы хлора, увеличивает коррозионную активность раствора. Такая коррозия чаще всего возникает в зонах с низкой температурой при предварительном гидрировании. При коррозии образуется большое количество продуктов ржавчины; например, пространства между внешними стенками трубок теплообменника H уже заблокированы этими продуктами. Это в основном происходит из-за термического разложения некоторых органических сульфидов с образованием H2S. Под действием катализатора предварительного гидрирования образуется HCl, который вместе с продуктами реакции с сульфидами, такими как H2S и NH3, вызывает серьезную коррозию металлов. Во-первых, H2S и HCl реагируют с железом, находящимся на поверхности металла: H2S + Fe = FeS + H2; 2HCl + Fe = FeCl2 + H2. Затем FeS в свою очередь реагирует с HCl: 2HCl + FeS = FeCl2 + H2S. Это приводит к разрушению защитной пленки из FeS, образующейся под действием H2S, что позволяет H2S продолжать реагировать с железом, тем самым способствуя процессу циклической коррозии. При большом количестве NH3 и HCl образуется NH4Cl, который при низких температурах кристаллизуется. Он вместе с солями железа, образующимися в результате коррозии металлов под действием H2S и HCl, а также с другими продуктами коррозии и примесями, приводит к засорению трубопроводов. 2.2 Часть, подлежащая реконструкции. В ходе этого технического обслуживания были открыты некоторые теплообменники H205/1, 2, 4, 5; на их поверхности было обнаружено много зеленых и желтых сульфидов. Благодаря чистке под высоким давлением коррозия на внешней поверхности незначительна; углы перекрывающихся пластин, а также следы от действия ножевого механизма хорошо видны. Коррозия на поверхности труб также незначительна. Это указывает на то, что в среде в зоне предварительного гидрирования сера и сульфиды уже прилипли к поверхности металла на следующем этапе процесса. Это явление может привести к коррозии поверхности металла под действием H2O–H2S при низких температурах, и это требует нашего внимания. 2.3 Часть, связанная с экстракцией: С 2002 года, когда на заводе начало использоваться тетрагликоль, проблема коррозии в системе экстракции оставалась серьезной. После анализа ситуации в других предприятиях страны был сделан вывод, что основное отличие нашего предприятия заключается в отсутствии у нас системы гидрогенизации с использованием материала для экстракции; по остальным показателям мы схожи с другими предприятиями. Основным последствием отсутствия гидрогенизации является повышенный бромный числовой показатель нефтепродуктов, что проявляется в трудности контроля содержания алкенов. По сравнению с другими предприятиями был сделан вывод: содержание олефинов в нашем сырье высокое, и это является основной причиной закисления растворителя в системе. Если углеродистая сталь используется в слабокислой среде, коррозия металла происходит довольно быстро. Тот факт, что в этом году в рамках технического обслуживания были заменены трубчатые аппараты из 9 теплообменников этой системы, подтверждает это. 2.4 Коррозия циркулирующей воды 2.4.1 Анализ причин образования налета на внутренней поверхности трубопроводов У большинства охладителей вода циркулирует внутри труб; в этой воде содержатся ионы кальция и магния, а также бисульфаты. Когда охлаждающая вода проходит по металлической поверхности, отвечающей за теплообмен, происходят следующие реакции:
Mg²⁺ + HCO₃⁻ + H₂O → MgCO₃↓ + Mg(OH)₂·3MgCO₃ + CO₂
Ca²⁺ + 2HCO₃⁻ → H₂O + CO₂ + CaCO₃↓

Когда в воду добавляют полифосфаты в качестве ингибиторов коррозии, происходит следующая реакция:
3Ca²⁺ + 2PO₄³⁻ → Ca(PO₄)₂↓

Кроме того, кислород, растворенный в охлаждающей воде, также способствует коррозии металла и образованию ржавчины. Реакция выглядит следующим образом:
2Fe + 2H₂O + O₂ → 2Fe(OH)₂↓

В результате этих реакций на поверхности, отвечающей за теплообмен, постепенно образуется налет, а также ржавчина. Когда охладитель работает, из-за наличия налета эффективность теплообмена существенно снижается. У некоторых отдельных установок уже через менее чем год трубы для теплообмена забивались. Кроме того, из-за наличия накипи легко возникает коррозия под накипью на внутренней поверхности труб, что сокращает срок службы трубопроводной системы. 2.4.2 Анализ причин коррозии Коррозия металлических поверхностей под действием воды в основном является электрохимической. В коррозионной батарее катодным процессом является восстановление кислорода, а анодным — растворение железа. Реакция коррозии углеродистой стали в воде выглядит следующим образом: Анодная реакция: 2Fe → 2Fe²⁺ + 4e⁻. Катодная реакция: O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻. Общая реакция: 2Fe + 2H₂O + O₂ → 2Fe(OH)₂↓. В процессе коррозии железо превращается в гидроксид железа, который оседает в растворе. Поскольку эти ферросоединения нестабильны в кислородсодержащей воде, они дальнейшим окислением превращаются в гидроксид железа. 2Fe(OH)2 + 2H2O + 1/2 O2 → 2Fe(OH)3↓ После этого гидроксид железа теряет воду, в результате чего образуется ржавчина. 2Fe(OH)3 → FeOOH ↓ + H2O. Следовательно, коррозия металла под налетом обусловлена тем, что сам процесс электрохимической коррозии имеет свойство катализировать собственный ход, что ускоряет коррозию металла. 3. Способы решения 3.1 Для трубок используется химический покрытие типа «Ni-P». Поскольку в некоторых охлаждающих устройствах температура жидкости достигает высоких значений (t > 160°C, давление P > 1 МПа), применение химического покрытия Ni-P позволяет добиться отличных результатов. Поскольку покрытие из Ni-P является металлическим слоем, его структура имеет аморфный характер; в нем отсутствуют кристаллографические дефекты, такие как грани кристаллов и дефекты типа дислокаций. Это однородная структура, поэтому в ней трудно возникает точечная коррозия. Благодаря этому покрытие обладает высокой стойкостью к коррозии. В некоторых средах покрытие из Ni-P имеет лучшие характеристики, чем титановые сплавы; оно не склонно к коррозии в точках, коррозии на границах кристаллов, коррозии под действием напряжений и локальной коррозии. Покрытие низколегированной стали сплавом Ni-P методом химического покрытия может заменить часть нержавеющей стали, что позволяет **снизить затраты**. Кроме того, покрытие Ni-P обладает хорошей однородностью, сильной адгезией, высокой твердостью и отличной износостойкостью. 3.2 Для защиты внутренней поверхности труб от коррозии используется неметаллическое покрытие. При относительно низких температурах, например 120 градусов, можно применять именно такой метод. При использовании краски 7910 эффективность борьбы с коррозией внутренней поверхности трубчатого агрегата очень высока, однако она не дает хороших результатов при защите внешней поверхности труб от нефтяных паров и растворителей. Однако использование титанового нанополимерного покрытия позволяет решить проблему коррозии внутренних и внешних стенок трубопроводов; в частности, борьба с коррозией внешних стенок является на сегодняшний день одним из лучших способов в нашей стране. 3.3 Использование технологии химической чистки. Эта технология предполагает её разумное применение в тех случаях, когда остановка производственного оборудования недопустима. Это позволяет восстановить работу оборудования в кратчайшие сроки без его демонтажа, улучшая при этом эффективность теплообмена. 4.4 Защита системы экстракции. С учетом существующих условий необходимо увеличить дозу добавляемых ингибиторов коррозии и строго контролировать значение pH, чтобы оно в любых условиях было не ниже 8,0. Это позволяет временно замедлить процесс коррозии оборудования, но не решает проблему быстрого старения растворителя. Если соблюдаются подходящие условия и добавляются вспомогательные меры, а также увеличиваются установки для гидрогенизации сырья, это позволяет избежать высокого содержания олефинов. Следовательно, с учетом степени коррозии и налипания накипи на теплообменном оборудовании следует применять метод «сначала диагностика, затем выбор лекарства, а уже потом лечение». Другими словами, в зависимости от способа использования оборудования для холодного обмена и степени его коррозии, применение различных методов защиты позволяет достичь наилучшей экономической эффективности. Какой метод использовать, требует от нас постоянных исследований и экспериментов в практической работе, а также постоянного обобщения опыта с целью сведения к минимуму коррозионных потерь у оборудования для холодной замены. В качестве решения проблемы коррозии внутренних и внешних стенок трубчатого агрегата был использован покрытий из нанополимеров на основе титана.