Использование химической чистки для повышения эффективности колонны для производства пропилена

Thread Content

Повышение эффективности колонны для производства пропилена с помощью химической чистки. Краткое описание: в связи с коррозией внутренних стенок колонны, которая снижает выход продукта, когда использование ручных и механических методов очистки невозможно. Был проведен анализ проблемы коррозии, выявлены закономерности ее развития. Были определены основания для использования химической очистки сульфатом, и эффективность очистки оказалась высокой. Ключевые слова: ацетиленовая колонна, коррозия, анализ, химическая чистка, эффективность. I. Обзор. Ацетиленовая колонна на цехе каталитической переработки тяжелого нефтепродукта в данном заводе предназначена для производства ацетилена. Основные характеристики башни: размеры — Ф2000×58820×18, количество ярусов — 100, материал — углеродистая сталь. Форма таблеток — плавающие клапаны (всего около 40 000 штук), температура работы — 50–60°C, давление работы — 1,9 МПа. Основные характеристики сырья: H2S ≯ 343 мг/м3, C2 ≯ 2%, содержание C5 ≤ 1,5%. Требования к качеству продукции: C=3≧95%, C03≧90%. Основной технологический признак заключается в использовании смеси углеводородов с низкой температурой кипения; при одинаковом давлении происходит их разделение по разной температуре кипения (вспышки), в результате чего получаются два продукта — газообразный и жидкий. При первом использовании новой башни уровень сбора пропилена составил более 97%. Через полгода работы оборудования выход пропилена постепенно снижался, в итоге достигнув примерно 90%, при этом эффективность оборудования была очень низкой. Производство находится в пассивном состоянии, ежедневно наносится большой ущерб. При техническом обслуживании устройство было открыто, и в ходе осмотра было выявлено, что металлическая поверхность внутренних стенок башни сильно подверглась коррозии. Это проявляется наличием на поверхности башни коррозионных отложений толщиной 2–4 мм; коррозионные отложения также имеются на поверхности распределительных пластин, перекрестин этих пластин, а также на поверхности поплавковых клапанов. Под продуктами коррозии имеется множество воронок коррозии с пятнами. Кроме того, большинство поплавков уже заблокировано продуктами коррозии и не могут двигаться, поэтому в процессе производства они не функционируют, что приводит к снижению выхода пропилена. Во время технического обслуживания башни для удаления ржавчины использовались ручные методы. Десятки человек работали несколько дней, но им удалось убрать лишь поверхностную ржавчину. Большая же часть продуктов коррозии крепко прилипала к поверхности металла, и её невозможно было устранить с помощью ручных методов. К тому же, из-за узких рабочих пространств внутри башни полностью невозможно проводить очистку, что делает невозможным гарантировать качество и эффективность работы. В частности, большинство поплавковых клапанов на решетках, которые напрямую влияют на выход продукта, заржавели и не могут двигаться. Ручная обработка занимает много времени и усилий, и её трудно провести. Если использовать метод чистки с помощью высокого давления воды, во-первых, очистка будет неполной, а во-вторых, существуют факторы риска. Поэтому процесс дезинтеграции ржавчины на этой башне сталкивается с трудностями, что напрямую повлияет на сроки проведения ремонтных работ. Поэтому в то время стало крайне необходимо найти метод с хорошей эффективностью в удалении ржавчины и высокой скоростью работы. II. Анализ причин коррозии. Поскольку в процессе работы этой башни в среде, используемой для производства, помимо нефтяных паров, присутствуют также вода и другие вредные примеси. Именно наличие этих вод и вредных веществ приводит к коррозии поверхности металла. При температуре ниже 250°C у углеродистой стали при наличии H2S и совместном присутствии воды происходит значительная коррозия металла. Сероводород разлагается в воде: H2S → H+ + HS-. HS- → H+ + S2-. Коррозия металлов под действием раствора сероводорода представляет собой электрохимический процесс: анодная реакция: Fe → Fe2+ + 2e-, катодная реакция: 3H+ + 3e- → 3H2. Fe2+ вступает в реакцию с S2-, в результате чего образуется FeS↓. Сероводород вызывает полную коррозию стали, что приводит к равномерному уменьшению толщины всей поверхности металла. Также может происходить изъян поверхности металла, при этом образуется большое количество черных продуктов коррозии — сульфида железа. Обычная углеродистая сталь при комнатной температуре или примерно при 50°C образует неспособные к защите коррозионные продукты FeS. Кроме того, из-за наличия воды и растворенного кислорода в системе на поверхности металла может происходить электрохимическая коррозия. Катодная реакция в коррозионной электроцелле из углеродистой стали заключается преимущественно в восстановлении кислорода, тогда как анодная реакция — в анодном разложении железа. Реакция коррозии углеродистой стали в этих условиях может быть представлена следующим образом: Анодная реакция: 2 Fe → 2 Fe²⁺ + 4e⁻. Катодная реакция: O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻. Общая реакция: 2Fe + 2H₂O + O₂ → 2Fe(OH)₂↓. То есть при коррозии железо превращается в гидроксид железа, который оседает в растворе. Однако такие ферросоединения нестабильны в воде; они дальше окисляются, образуя гидроксид железа. 2 Fe(OH)2 + H2O + 1/2 O2 → 2 Fe(OH)3↓ После этого гидроксид железа теряет воду, в результате чего образуется ржавчина: 2 Fe(OH)3 → Fe2O3↓ + 3 H2O. Также может происходить превращение Fe(OH)3 в FeOOH↓ + H2O. На местах коррозии на внутренней поверхности колонны можно увидеть большое количество желтых и черных продуктов коррозии, что служит доказательством этого. Следовательно, поскольку в таких условиях одновременно присутствуют сероводород, вода и кислород, процесс коррозии становится довольно сложным; его можно считать результатом совместного действия этих факторов. III. Основания для химической чистки Для выбора подходящего средства для чистки сначала были определены виды продуктов коррозии. Путем анализа дифракционных картин рентгеновских лучей на продуктах коррозии было установлено, что их основными компонентами являются FeS2, Fe2O3 и Fe3O4. Исходя из состава продуктов коррозии, считается целесообразным применить метод химической чистки. Были проведены сравнительные испытания нескольких видов чистящих средств, в результате чего был выбран метод удаления ржавчины с использованием раствора серной кислоты с добавлением соответствующих ингибиторов коррозии — этот метод оказался наиболее эффективным. Поскольку серная кислота способна растворять оксиды железа, химические процессы выглядят следующим образом:
FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2O
Fe2O3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2O
Fe3O4 + 4H2SO4 → FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2

FeO имеет более мягкую структуру, поэтому его легко растворить с помощью серной кислоты. В то же время Fe3O4 и Fe2O3 имеют более твердую структуру. Не растворяется легко в серной кислоте. Однако водород, образующийся в результате реакции, восстанавливает высшие оксиды до более простых оксидов, что способствует их растворению, или же из-за утечки водорода оксиды отслаиваются, в результате чего ржавчина попадает в раствор. Процессы химического растворения выглядят следующим образом: FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2; Fe2O3 + H2 → 2FeO + H2O; Fe3O4 + H2 → 3FeO + H2O. Использование серной кислоты для очистки имеет преимущество в виде низкой стоимости; этот метод обычно применяется при очистке поверхностей, покрытых ржавчиной. Это неорганическая кислота, которая часто используется для химической очистки металлического оборудования. Оксиды железа обладают высокой скоростью растворения и способностью к растворению, что обеспечивает высокую эффективность очистки. Образующиеся соли хорошо растворимы, процедура их использования проста и безопасна, а поверхность оборудования после очистки остается в отличном состоянии. IV. Методы очистки (I) Подготовительные мероприятия перед химической очисткой Перед очисткой необходимо тщательно проверить оборудование, которое будет подвергаться очистке, провести анализ наличия налета и испытания на растворение налета. Для элементов и оборудования, не участвующих в химической чистке, устанавливаются заглушки или они демонтируются. На месте устанавливаются трубопроводы для очистки, чтобы обеспечить их бесперебойную работу. Используется способ распыления: вход с высокой точки, выход с низкой. Предотвращение образования зон застоя и накопления осадков; в местах с наименьшей высотой установлены точки сброса отходов. На этот раз используется метод очистки, сочетающий замачивание и циркуляцию жидкости; перед очисткой необходимо тщательно проверить систему очистки. После установки системы её необходимо протестировать в течение получаса с использованием воды. Необходимо проверить, нет ли утечек в системе, работает ли циркуляционный насос корректно, соответствуют ли расход и напор требуемым значениям, а также являются ли клапаны гибкими и надежными. Необходимы надежные источники воды, электричества, пара и т. д. Средства для очистки, кислоты, щелочи и ингибиторы коррозии должны быть доставлены на место заранее в необходимом количестве и по требуемым видам; качество средств должно соответствовать стандартам. В системе очистки установлены зонды из углеродистой стали для измерения скорости коррозии. Операторы должны пройти обучение перед процедурой очистки, чтобы ознакомиться с процессом очистки и свойствами различных реагентов. (II) Процесс химической очистки
1. Порядок очистки: промывка водой – кислотная обработка – промывка водой – нейтрализация – промывка водой – пассивация – слив жидкости – восстановление первоначального состояния. Состав химического раствора и условия очистки приведены в таблице ниже:

Состав химического раствора и условия очистки
№ Порядок очистки Название реагента Концентрация реагента, % Количество реагента, кг Скорость потока, м/с Температура, °C Время очистки, часы
1 Кислотная обработка H2SO4 HF Ингибитор коррозии Ингибитор образования оксида железа 15 50 0,5 75 0,5 2500 2500 250 0,2–0,5 40–50 4–6
2 Нейтрализация Na2CO3 2 1000 0,2–0,5 60 8–12
3 Пассивация Na2CO3 NaNO3 10,5 500 250 0,2–0,5 60 3–4

Объем жидкости, подлежащей очистке, составляет 50 кубических метров. Для нейтрализации и промывки используется карбонат натрия в концентрации 2%. Очистка считается завершенной, когда значение pH достигает отметки 6–9. В процессе кислотной обработки для удаления ржавчины, чтобы избежать коррозии металла под действием кислотного раствора, необходимо добавлять в него ингибиторы. Это позволяет эффективно сдерживать коррозию металла, одновременно сокращая расход кислотного раствора. Ингибиторы адсорбируются на поверхности металла, и образующаяся пленка служит защитой от контакта кислой среды с поверхностью металла. Другими словами, ингибиторы коррозии действуют путем блокировки процессов конъюгации анода и катода, тем самым эффективно сдерживая коррозию на поверхности металла. 2. Процесс очистки и меры предосторожности После выполнения подготовительных работ перед очисткой сначала проводится промывка водой с целью удаления продуктов коррозии, отделившихся от металлической поверхности, а также других примесей. Химическая обработка кислотой: температура воды должна контролироваться на уровне примерно 40°C, поскольку сульфурическая кислота является летучей кислотой; при температуре выше 60°C она интенсивно испаряется, что приводит к коррозии в газообразной фазе, которую сложно подавить с помощью обычных ингибиторов. Это также приведет к плохому снижению концентрации кислотного раствора. Сначала добавляют ингибитор коррозии Лан-826 в концентрации 0,5%, затем производят циркуляцию в течение 1 часа. Потому что этот ингибитор обладает отличными ингибирующими свойствами при различных химических процедурах чистки. При комнатной температуре скорость коррозии металла не должна превышать 1 мм в год, кроме того, материал должен обладать высокой способностью снижать поглощение водорода сталью во время процесса подкисления. Одновременно добавляется ингибитор ионов Fe3+, предназначенный для сдерживания коррозии, ускоряемой металлическими ионами Fe3+, что предотвращает появление пористости в металле в процессе кислотной обработки. Через 1 час циклирования добавляют 15% серной кислоту и 5% фтористоводородной кислоты (фтористоводородная кислота добавляется в основном для дальнейшего растворения крупных образовавшихся при абразивной обработке продуктов коррозии в течение короткого времени, что облегчает очистку системы). ), процедура циклической промывки длится примерно 4 часа. Когда концентрация кислоты остается стабильной в течение примерно 1 часа, а содержание Fe3+ больше не увеличивается, промывку можно завершить. В процессе кислотной обработки регулярно проводится анализ концентрации кислотного раствора, а также уровня Fe3+, ∑Fe и pH; частота анализов составляет 1 раз в 30 минут. Необходимо вести записи о результатах анализов и количестве добавляемых веществ. Во время процесса очистки для мониторинга коррозии чистящей среды используются металлические зажимы из того же материала, что и средство для очистки. При сбросе кислоту необходимо нейтрализовать и разбавить. Пассивация: После обработки кислотой поверхность металла становится чрезвычайно восприимчивой к коррозии. Поэтому необходимо провести процедуру пассивации, в результате которой на поверхности металла образуется более плотная химическая защитная пленка. Это позволяет замедлить процесс коррозии на поверхности металла. В водный раствор, поступающий в систему, добавляют Na2CO3 и NaNO3; процесс пассивации длится примерно 4 часа. После этого раствор считается пригодным для сброса. Внимание: сначала необходимо провести оценку рисков в области HSE для процесса очистки. Необходимо знать расположение клапанов в системе очистки, а также убедиться, что все соответствует установленным правилам, с помощью специалиста. На месте должны быть иметься все необходимые лекарства для оказания первой помощи. Рабочие должны носить рабочую одежду, защитные каски, а также различные средства индивидуальной защиты, такие как перчатки, маски, очки и т. д. Операторы должны строго соблюдать инструкции по безопасности HSE и внедрять систему надзора. Очистка выделяемой кислоты должна соответствовать стандартам охраны окружающей среды; по окончании работы необходимо обеспечить порядок, чистоту материалов и уборку территории. V. Эффективность очистки (1) Прямой эффект: после очистки была проведена проверка оборудования, и был достигнут ожидаемый результат. Все продукты коррозии с очищенной металлической поверхности устранены; поверхность стала гладкой и чистой, без следов ржавчины. На металлической поверхности образовалась однородная пассивирующая пленка. Согласно результатам измерений коррозионных образцов на месте, скорость коррозии очищенного металла составляет менее 6 г/м²·ч, что соответствует **стандарту**. С помощью молотка ударяют по тарелке колонны, чтобы проверить эффективность очистки поплавковых клапанов; слушая звук, можно определить, что каждый поплавковый клапан отделен от тарелки и не застрял. Это проблема, которую невозможно решить вручную. Кроме того, путем очистки были полностью устранены продукты коррозии с поверхности металла; в то же время на её поверхности образовалась пассивирующая пленка, что в значительной степени способствует увеличению срока службы оборудования. (II) Косвенные эффекты: состояние поверхности металла после очистки совпадает с эффективностью новой башни. Поэтому после ввода оборудования в эксплуатацию его работа оказалась очень эффективной: уровень эффективности превысил 97%. Согласно анализу рентабельности, после чистки ежедневный чистый доход увеличивается на 30 тысяч юаней по сравнению с периодом до чистки. VI. Заключение 1. Химическая чистка с использованием серной кислоты и ингибиторов коррозии не вызывает коррозии самого оборудования; при этом она обладает высокой способностью растворять оксиды железа. 2. Химическая чистка по сравнению с ручной обработкой обеспечивает лучшее качество и более высокую эффективность. Снижена интенсивность труда рабочих. Однако в процессе кислотной обработки необходимо обращать внимание на следующие моменты: температура во время кислотной обработки не должна превышать 60°C, поскольку при превышении этой температуры кислота начинает испаряться, что ухудшает условия в процессе обработки и приводит к снижению концентрации кислоты, в результате чего эффективность ингибиторов снижается. При очистке необходимо строго соблюдать инструкции по эксплуатации.