新能凤凰(滕州)能源有限公司是新奥集团控股子公司,总投资近40亿元,规模为2套36万t/a甲醇的大型煤化工项目是以煤为原料,采用华东理工大学“对置式多喷嘴水煤浆加压气化”专利技术,现装置满负荷运行,生产较为稳定。
变换气(组分 CO 20.57%、CO2 31.35%、H2 47.32%、CH4 0、N2 0.64%、O2+Ar 0.12%、H2S 0.08%、COS 0)通过水洗塔(T2001/T2002)产生的低温冷凝液经汽提塔(T2003)塔顶冷凝器(E2017)与上升的解吸气换热后进入汽提塔(T2003)上部。T2003本体材料为0Cr18Ni9,塔板材料为304 L,重量 16.185 t,直径1800 mm 、高约21220 mm(含换热器),容积 43.1 m3, 填料高度 1500 mm ,筛板塔 20块板间距400 mm。主要参数为:操作/设计温度120~138/165 ℃,操作/设计压力0.15~0.24/0.6 MPa,物料为冷凝液/蒸汽/不凝气。E2017壳程和管程的材质均为00Cr19Ni10,直径1000 mm,高3977 mm,换热面积148 m2,设备保温厚度为80 mm。换热管规格为Φ25 mm×2 mm,长2500 mm,共 785根,冷凝液走壳程,尾气走管程。壳程设计温度120 ℃,操作温度40/89 ℃;设计压力0.6 MPa,操作压力0.5/0.48 MPa。管程设计温度150 ℃,操作温度115/75 ℃,设计压力 0.15/0.13 MPa,操作压力0.6 MPa。
来自渣水工段的闪蒸气进入汽提塔(T2003)中部,0.3 MPa的低压水蒸汽通入汽提塔(T2003)下部汽提出闪蒸气和冷凝液中的NH3及H2S,解吸气送往硫回收工序。汽提塔(T2003)底部液体经低压冷凝液泵(P2006A/B)升压至1.58 MPa分成2股:一股去汽提塔(T2003)顶部作为喷淋水,一股送至气化渣水除氧器。
公司利用停车机会,对其设备进行全面检查,该设备使用不到1 年时间,发现塔顶上部有6层塔盘共计104个泡罩腐蚀较为严重,且上部的塔盘比下部的腐蚀严重,剩余14层塔盘完好无损;塔盘支承圈与塔内壁的焊缝有不同程度的开裂;T2003与E2017中间部位约1500 mm高的鲍尔环填料已逐步腐蚀粉化;E2017管板与换热管的环向焊缝已被腐蚀,管头大部已经损坏,同时管口内壁出现分层现象。从金属被破坏的特征分析,T2003与E2017的物料组分均没有强腐蚀性物质,是典型的局部腐蚀。
由于E2017塔顶冷凝器的喷淋水为粗煤气的冷凝液,其中含有NH3及H2S,考虑到不锈钢(特别是奥氏体组织)对氯化物要求较严,对氯化物应力腐蚀开裂的敏感性取决于氯离子浓度、温度等因素,特别对9%Ni不锈钢,温差和氯化物的含量直接加速裂纹的扩展和开裂速度,这是E2017换热管腐蚀的主要原因。
在检修过程中,发现换热管内有较多的腐蚀物,换热管内表面腐蚀严重,应力腐蚀开裂失效,对内表面腐蚀物进行检测,初步断定为硫化物。E2017管程的操作温度由115 ℃ 冷凝到75 ℃,操作温差大,使得冷凝后物料中的酸性物质相应增加,局部制造应力过大也会加剧裂纹的产生,微裂纹缓慢扩展,首先在管壁较薄处产生并发生开裂,从而最终导致换热管受酸性物质的应力腐蚀破裂失效。
公司于是对变换汽提塔采取了相应的应对措施。
1.物料中有NH3、H2S和氯化物等物质,而操作温度无法变动,这就必须从材料入手,经比较分析,采用双相钢可较好减少管程腐蚀,它可以有效防止酸性物质的应力腐蚀开裂和孔蚀,同时它的强度高,具有优异的耐腐性,且可焊性好,适用温度范围较宽,还具有低热膨胀性,使用时不易产生裂纹,耐腐蚀断裂性能较高。
2. 严格监控设备制作过程,特别是材料加工过程中局部应力过大是造成E2017管程腐蚀的主要原因,同时对焊接过程严格控制,加强热处理工序。
3.加强塔内件材料的检验工作,对其紧固件的材料更应加强检验,同时对塔盘作固溶处理,消除塔盘在加工过程产生的加工硬化应力,完成后进行钝化处理,从而延长其使用寿命。
4.合理优化工艺,在保证工艺指标的情况下,尽可能减少管程进出口的温差,从而降低换热管受酸性物质的应力腐蚀破裂而失效。
公司采取了以上措施后,现装置100%负荷运行,各运行参数较为稳定,均符合工艺指标,完全能够满足生产的需要,为公司的安、稳、长、满、优运行奠定了坚实的基础。