乙烯装置裂解炉对流段炉管腐蚀原因分析
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裂解炉乙烯工业 2017,29(2) 49 ~51
ETHYLENE
INDUSTRY
乙烯装置裂解炉对流段炉管腐蚀原因分析
高文清，杨兰义，位卫卫
(中国石油化工股份有限公司天津分公司，天津300271)
摘要：介绍了乙烯装置裂解炉对流段原料预热管2次泄漏的情况，并对其进行了原因分析，认为炉
管的减薄和腐蚀穿孔是烧焦过程的氧化作用、停炉期间残存的酸性凝结水腐蚀以及运行过程中两相流冲
刷共同作用造成的。运用气体泄漏公式对原料预热段炉管腐蚀穿孔造成的物料泄漏损失进行了估算，提
出了原料预热段炉管泄漏的防范、处置措施。
关键词！裂解炉对流段炉管腐蚀
中国石油化工股份有限公司天津分公司乙
烯装置6号裂解炉（
E-
BA106)为装置扩能改造
时增加的1台裂解炉，炉型为中国石化工程建设
公司（
SEI)设计的
BCL- %型炉，设计加工原料
为石脑油、加氢裂化尾油。设计能力年产乙烯
60
kt(设计负荷石脑油28. 5
t/h、加氢裂化尾油
26
t/h)。
裂解炉对流段采用4大组进料系统。裂解炉
对流段稀释蒸汽采用一次注人方式。按照合理的
温度分布和充分回收烟气热量的原则，经多方案
比较后确定的对流段排布自上而下分为7段，分
别为:原料预热段
-I (
FPH-
I )、锅炉给水预热
段（
BWPH)、原料预热段-'(
FPH-')、混合过
热段
-I (
MSH-
I )、稀释蒸汽过热段（
DSSH)、
超高压蒸汽过热段'及
I (
SSH- ' /
I )和混合
过热段-'(
MSH-')。过热至横跨温度的烃
类和稀释蒸汽混合物经文氏管分配器进人辐射段
炉管。
运行至今，6号裂解炉对流段炉管未进行过整
体更换。2010年10月6号裂解炉原料油预热
段-'泄漏，更换2根原料油预热炉管;2015年2
月在6号裂解炉停炉后，对其对流段炉管进行充
压检测，发现原料预热段-'第一组进料第三排
南数第1根发生泄漏，随后更换该炉管，并同时对
该组其余3根长期服役的炉管进行更换。1泄漏情况和原因分析及措施
1.1 2010年10月泄漏情况
2010年10月乙烯装置6号裂解炉原料预热
段-'泄漏，更换2根预热段炉管，该段炉管为翅
片管，2001年11月投用，为投用以来第1次发生
泄漏。翅片管规格"141. 3
mmx6. 55
mm，材质
20号。翅片管内部介质为石脑油及加氢裂化尾
油，设计温度为460
P左右，设计压力0.9
MP;操
作温度为360 ~370
P，操作压力0.4 ~ 0.5
MP;
外部介质为炉内烟气。成膜注硫量50 '100
mg/
L，最高 150
mg/L。
泄漏孔位于底部，大泄漏孔周围有砂眼状漏
孔。翅片管内表面上部为均匀红色腐蚀产物覆盖
(见图1)，有泄漏孔的底部覆盖物有白色掺杂，上
下界线明显。从管端截面看，底部即泄漏侧普遍
明显减薄，剩余厚度不足1
mm。上部最大剩余厚
度 3.5
mm。
1.2 2015年2月泄漏情况
2015年2月在6号裂解炉停炉后，对其对流
段炉管进行充压检测，发现原料预热段-'第一
组进料第三排南数第1根发生泄漏。对更换割下
的泄漏炉管进行解剖分析。图2为穿孔部位的内
收稿日期=
2017 -02-07。
作者简介!
高文清，
男，
1990年毕业于大连理工大学精细化工
专业，
工程硕士，
现在烯烃部从事管理工作，
高级工程师
。• 50 •
乙烯工业第29卷
表面形貌。翅片管内表面覆盖有黑褐色的焦垢
层、白色垢层和红色物质，白色垢和红色物质交替
覆盖，白色垢层坚硬，红色物质疏松。由管端截面
看，底部泄漏侧管壁明显减薄，上侧减薄较轻。
图1翅片管内表面覆盖红色腐蚀产物
图2翅片管底部腐蚀穿孔
1.3原因分析
1.3.1烧焦过程在管内生成硫酸亚铁和铁氧化物
对翅片管内表面覆盖的白色垢层和红色腐蚀
产物进行能谱成分分析。白色垢成分含有〇、2、
Fe
以及少量的Si
、Al
、Mn
，可推断主要为亚铁硫氧
化物。红色腐蚀产物中主要含有C
、0、Fe
以及少
量的Si
、Mn
，可推断主要为铁氧化物（Fe
〇3、
Fe
304等）和碳化物。
腐蚀泄漏同样集中在原料预热段最下
层、距管进口 3〜4 m
靠近清焦空气界面处，由此
看出其与烧焦空气有直接关系。一般油介质中的
硫会使金属表面形成F
eS
膜。遇到空气和水时，
FD
燃烧转化为亚铁硫氧化物，形成白色垢。
裂解炉在停工检修及清焦前要进行蒸汽吹
扫，吹扫20〜30 mi
后，烧焦。烧焦24〜44 Y
后
清焦，清焦空气压力0. 55 MPa
。
高温有水情况下，硫化亚铁经一系列氧化反
应、酸碱反应生成硫酸亚铁（白色固体），未燃烧反
应的铁氧化物，形成红色铁碳氧化物垢。白色硫
酸亚铁和红色铁碳氧化物垢层覆盖在金属表面不
能起到保护作用，反而易引发垢下腐蚀。1.3.2停炉期间炉管内残存酸性凝结水腐蚀
该裂解炉在加工加氢裂化尾油时约2个月进
行1次清焦处理，在清焦前先对炉内物料管线用
0.54
MPa、200
P的过热水蒸气进行吹扫处理，对
流段炉管在用蒸汽吹扫20〜30
min后被关闭。之
后再用阀门将对流段炉管与辐射段炉管隔开，单
独对辐射段炉管进行烧焦处理，即:停工检修前对
物料管线进行蒸汽吹扫和烧焦处理。
虽然采取了成膜注硫工艺，但在长期运行中
膜有可能脱落。而裂解炉在定期清焦前先对物料
管线用过热水蒸气进行吹扫，吹扫后的蒸汽不能
完全排净，也没有充氮保护措施，在停炉期间对流
段炉管内的蒸汽就会冷凝。由于对流段炉管是水
平安装，冷凝水在炉管下部汇集，溶解酸性组分形
成酸性水，
FeS保护膜在此环境下被腐蚀破坏，露
出新的活性表面，造成炉管内壁下部腐蚀明显。
在运行期间，炉管遭受高温硫的腐蚀，停炉吹扫
后，又发生冷凝水的腐蚀。这样循环往复，长期发
生上述腐蚀过程最终导致对流段炉管穿孔泄漏。
1.3.3原料预热段-!存在两相流并存在液态
烃类原料汽化
由于该段炉管操作条件为：操作温度360〜
370
P，操作压力0.4〜0.5
MPa，加氢裂化尾油原
料馏程为259〜497
P (平均值，2014年加氢裂化
尾油分析数据见表1 )。在该段炉管内，由于操作
温度接近加氢裂化尾油50%的馏程温度，故同时
存在气液两相流动（见图3)。液相部分物料沉在
炉管下部，对炉管底部造成冲刷腐蚀。由于烟气
对炉管有加热作用，加氢裂化尾油原料存在吸热
汽化，因为烃类汽化后体积急剧膨胀，流动速度加
快，带动未汽化的液体组分发生湍流，加剧了对炉
管的冲刷侵蚀。气液两相流的冲蚀作用表现为:
水平炉管上下两侧减薄程度不同，下部冲刷侵蚀
减薄程度远大于上部，见图4。
1.4防腐蚀措施
1) 吹扫后的蒸汽尽量排净。停车检修时采
保护措施，吹扫后的对流段物料管线采取氮气保
护，以防止空气窜人。
2) 因炉管已局部腐蚀穿孔，
下部普遍严重减第29卷
高文清等.乙烯装置裂解炉对流段炉管腐蚀原因分析• 51 •
薄，考虑炉管整体已使用
J年，推测其寿命已到
年限，建议备管，并择机整体进行更换。
表1加氢裂化尾油馏程实测数据当下式成立时，气体流动属亚音速流动：
样品名称加氢裂化尾油
1
采样日期2014 年 1—9 月
最小值最大值平均值
密度(20
°C)/(
k/ •
m-3)
826.4840. 1834.8
(&835.5)
BMCI 值（&13)121914.8
馏程（实测）
/C
初馏点198294259.3
10 %242346318.8
30 %277370352.0
50 %321395379.2
70 %372426.5409.3
90 %434476458.1
终馏点473511497.0
硫/(
m/ •
k/1 )(实测）3.32112.4
雾状流
图3水平管内气液两相流形式
&对流段炉管泄漏造成物料损失估算
2.1气体泄漏估算模型
气体从裂口泄漏的速度与其流动状态有关。
因此，计算泄漏量时首先要判断泄漏时气体流动
属于音速还是亚音速流动（前者称为临界流，后者
称为次临界流#。
当下式成立时，气体流动属音速流动：
2
(忐)⑴>
I2
1)& \' + ：
-泄漏处环境压力，
CPa;⑵
式中，&*
P
—
'---气体绝热指数，即定压热容与定容热-泄漏管线内部压力，
CPa;
容之比。
气体呈音速流动时，泄漏量计算公式为+
Q
〇 -
*P &Mk
( 2 广1
,"(
TY)
气体呈亚音速流动时，泄漏量计算公式为+⑶
(。-零為击厂 ⑷
式中，
Q。-
)--泄漏量，
kg/s ;
-气体泄漏系数，裂口为圆形时取1. 〇〇，
三角形取0.95，长方形取0.90 ;
*-
-泄漏面积，
P--泄漏管线内部压力，
kPa;
M
—泄漏气体平均分子量，/
e。；
，—气体常数，
J/(
m。•
K);
"—气体温度，
K;
-—气体膨胀因子，由下式计算+
--槡
T
y)(
tt(:卜(&
P
,](5)P
)
1八 2
j
\P
0)
2.2泄漏量计算
对流段操作压力（表)0.4〜0.5
MPa，取其下
限0. 4
MPa;水油比0. 7 ;物料（加氢裂化尾油和稀
释蒸汽#平均分子量按正辛烷（114 #与水（18 #加
权平均分子量35. 67计算；混合气体绝热指数
k
按1.29 (多原子混合气体)计算;温度360
P ;泄漏
孔径按1
cm估算。泄漏形状取长方形。
流动状态判定+
(2
/(k + 1))
k/(
k-1) =0.547 5
P0/P
=0.202 8
因此，原料预热段-'漏点处流动状态为音
速流动，气体泄漏量应用公式(3)进行计算。将以
上各参数带入公式（3 )，可求得混合气泄漏量为
0.061 2
k/
s，约1591月。按水油比0.7: 1换算，
(下转第17页
）
