横管终冷器换热管腐蚀原因研究及改进

摘要

本文简要对横管终冷器换热管腐蚀泄漏理论和实践研究，详细阐述了目前焦化行业化产煤气净化的工艺流程和工艺特点。对横管式终冷器在生产使用过程中换热管腐蚀泄漏问题在工艺运行和设计思路，结合焦化项目实际情况，如何延长终冷器换热管使用寿命问题给与优化建议和解决方案。

关键词：横管终冷器，喷洒液，粗苯分离水，氢氧化钠，硫化物，苯酚等

1.生产现状

我公司焦化化产终冷器采用的是横管式冷却器，换热面积7000㎡，单台煤气流量约96000Nm³/h,运行不到3年，发现蒸氨废水量增多，最终排查是终冷器换热管串漏，冷却水进入煤气中，造成煤气冷凝液增多10t/h，同时发现终冷器循环喷洒泵泵壳及叶轮腐蚀成蜂窝状，泵壳腐蚀起初怀疑是过流部件材质问题和气蚀造成，后来分析发现喷洒液偏酸性，ph在6.3左右，判断为硫铵煤气夹带酸雾在终冷器内冷却后形成的冷凝液ph偏低，后来又进入深入分析，发现脱苯塔汽提蒸馏后粗苯分离水也呈偏酸性，ph6.3左右，最终判定与分离水进终冷器循环喷洒造成终冷器换热管和喷洒泵及叶轮腐蚀有很大关系。

2.工艺设计

我公司焦化项目为中冶焦耐EPC项目总包工程设计，由备煤作业区送来的配合好的炼焦用煤装入煤塔。焦炉采用复热式多段加热顶装焦炉，装煤车采用全密闭装煤，配合单孔炭化室压力调节技术（OPR）和集气管负压操作，煤在炭化室干馏过程中产生的荒煤气汇集到炭化室顶部空间，经过上升管和桥管进入集气管。约800℃左右的荒煤气与安装在上升管下部的换热器换热，温度降至550~600℃，在桥管内经氨水喷洒冷却至81℃左右，荒煤气中的焦油等同时被冷凝下来。煤气和冷凝下来的焦油同氨水一起经吸煤气管道送入化产煤气净化装置。

煤气净化装置由冷凝鼓风系统（初冷单元、电捕焦油单元、焦油氨水分离单元、煤气鼓风机单元）、HPF脱硫单元、制酸单元、硫铵单元、蒸氨单元、终冷洗苯单元、粗苯蒸馏单元组成。煤气系统分两系，洗苯塔后合并为一系送至用户。

焦炉来荒煤气→气液分离器→初冷器→电捕焦油器→鼓风机→预冷塔→脱硫塔→喷淋饱和器→终冷器→洗苯塔→净煤气。

2.1净化前煤气中杂质含量

净化后煤气中杂质含量

2.2.工艺流程

从焦炉集气管出来的~81℃的荒煤气经吸煤气管道流至初冷前气液分离器，分出其中的焦油氨水混合液后，分两路进入并联煤气初冷器，煤气初冷器从上至下分为三段，即余热水冷却段、循环水冷却段、低温水冷却段，分别用63°C的制冷用温水（夏季）、35°C的循环冷却水及16°C的低温冷却水对煤气进行冷却，最终将煤气温度冷却至20~21°C。

从初冷器出来的煤气分两路进入并联操作的电捕焦油器，向上通过电晕极和沉淀极所形成的不均匀电场，在高压电场的作用下，绝大部分悬浮在煤气中的焦油雾滴在沉淀极沉淀下来，煤气中的焦油雾被除掉，煤气从电捕焦油器顶部出来进入煤气鼓风机单元。

来自电捕焦油器的煤气分两路进入并联操作的煤气鼓风机，在煤气管道入口设置调节翻板，对初冷前吸力进行调节（风机变频电机在中控室可手动调节）。经煤气鼓风机加压煤气分两路送往HPF脱硫单元。

在每系脱硫单元里，鼓风机后的煤气首先进入预冷塔，预冷塔采用直冷工艺，用循环液将其冷却至～23℃后进入脱硫塔，一部分剩余氨水经氨水冷却器冷却后进入预冷塔底，更新循环喷洒液，多余的循环液返回焦油氨水分离单元。预冷塔底循环液用泵抽出经循环液冷却器冷至23℃循环使用。

预冷塔后煤气依次进入三级串联的脱硫塔，煤气与塔顶喷淋下来的脱硫液逆流接触以吸收煤气中的硫化氢（同时吸收煤气中的氨，以补充脱硫液中的碱源），脱硫后的煤气送入后续硫铵单元。

由脱硫单元来的煤气分两路进入并联操作的喷淋式饱和器。煤气在饱和器的上段分两股进入环形吸收室，与循环母液逆流接触，其中的氨被母液中的硫酸吸收，生成硫酸铵。脱氨后的煤气在饱和器的后室合并成一股，经小母液循环泵连续喷洒洗涤后，沿切线方向进入饱和器内旋风式除酸器，分出煤气中所夹带的酸雾后，从饱和器顶部出来，再经酸雾捕集器进一步脱出夹带的酸雾后送终冷洗苯单元。

从硫铵单元来的53～55℃的煤气分两路进入并联的间接式终冷器。在终冷器内，分二段对煤气进行冷却，上段使用35℃的循环冷却水；下段使用16℃的低温水，最终将煤气温度冷却到25℃后进入捕雾器，脱除煤气中夹带的冷凝液液滴后分两路进入洗苯塔。

洗苯塔内填充不锈钢孔板波纹填料，塔顶喷洒粗苯蒸馏单元送来的贫油，煤气与贫油逆向接触，吸收煤气中的苯。塔底富油由富油泵抽出，送往粗苯蒸馏单元再生。两个洗苯后的煤气经塔顶捕雾器脱除油雾液滴后合并成一系去用户。

富油温度采用3.8MPa中压蒸汽加热，中压蒸汽减压至低压过热蒸汽后进再生器进行蒸吹再生洗油。再生残渣排至残渣槽，用泵送至油库单元。

油水分离器分出的分离水，经控制分离器排入分离水槽, 定期用泵送往终冷器循环喷洒泵进口管道，通过喷洒泵对终冷器进行循环喷淋，根据终冷器液位变化，富余喷淋液经调节阀送吸煤气管道进冷鼓氨水系统。

3.原因分析：

3.1硫铵饱和器内喷洒的母液酸度4-6%，经煤气捕雾器捕捉大部分酸性雾滴，但还有部分进入终冷器内，在终冷器内从50-55℃冷却到23-25℃后，煤气中冷凝液会大部分截留下来，煤气冷凝液会呈现偏酸性。

3.2粗苯分离水经油水分离后，粗苯进入产品中间槽，分离水再经过控制分离器进入分离水低位槽，经液下泵定期送入终冷器喷洒液进口管道。

粗苯分离水中含有苯酚，在苯酚的溶液中，氢离子浓度大于氢氧根离子溶度，所以溶液呈酸性，原因是酚羟基可以电离出氢离子，电离出的氢离子可以与水分子结合，形成水合氢离子，从而是溶液呈现出酸性；

含硫化合物的存在， 煤焦化过程中可能产生硫化氢（H₂S）等含硫气体。H₂S溶于水后分步离解，生成硫氢根离子（HS⁻）和硫离子（S²⁻），同时释放H⁺，形成弱酸性环境（H₂S的pKa₁≈7）。此外，含硫有机物氧化可能生成硫酸等强酸，进一步降低pH。

3.3终冷器喷洒液及粗苯分离水分析数据

综上，硫铵过来煤气冷凝液与粗苯分离水都呈偏酸性，终冷器换热管及喷洒泵叶轮长期循环喷洒腐蚀，造成换热管串漏，泵叶轮腐蚀穿孔的主要原因。

4.处理措施：

4.1连续少量往粗苯分离水槽加氢氧化钠溶液（30-45%），将分离水ph调整到ph10左右，通过分离水液下泵送至终冷器喷洒泵进口管道，与硫铵截留的煤气冷凝液混合后ph7左右，进入终冷器进行循环喷洒，多余液体送入冷鼓气液分离器氨水系统。

加碱液小试（碱液浓度30%）

4.2将终冷器换热管厚度有2.8mm，改成3.5mm,同时将终冷器循环喷洒泵过流部件改成不锈钢304材质。

4.3通过连续喷洒氨水进入循环液系统，也可调整改善PH值来控制循环液显示碱性，从而降低酸性腐蚀。

5.结语

横管终冷器的工艺目标是降低来自硫铵工序的煤气温度，提高后续煤气洗苯的净化率，做到应收尽收。而如何减缓终冷器换热管的腐蚀，延长换热管更换周期，选用合理的生产工艺和设备材质选型为前提，保证正常换热效果，两者兼顾延长设备使用寿命。

参考文献：

[1]于振东.现代焦化生产技术手册[M].北京：冶金工业出版社，2010：733-734.

[2]杨太宝，牛爱宁，影响终（初）冷器换热效果的因素探讨［J］.燃料与化工，2008，39( 5) : 60．

作者简介：

董晓义（1983-），男，中天钢铁集团（南通）有限公司，化产作业长，初级工程师

刘国清（1980-），男，中天钢铁集团（南通）有限公司