1　装置概况

中国石油某石化公司炼油厂330 kt/a干气提氢装置是目前国内规模最大的采用膜分离组合真空变压吸附工艺技术提纯氢气的装置，该装置以炼油厂自产的催化干气、加氢干气、重整富氢以及乙烯尾氢为原料生产高纯度的氢气，以满足工厂部分加氢装置的用氢需求。混合干气首先经过膜分离器分离出纯度80%左右的氢气，然后再与氢体积分数80%以上的重整富氢气(可能混有脱氯剂粉尘)以及乙烯尾氢混合一起经富氢压缩机升压后进入真空变压吸附系统，再经过脱氧、干燥单元生产纯度99.9%的氢气，氢气回收率80%以上。该装置于2014年12月末实现中交，2015年3月投料试车投产，装置主要工艺流程见图1。

  

图1　干气提纯氢主要工艺流程Fig.1　Process flow of dry gas hydrogen extraction unit

2　装置运行中的隐患

2016年8月装置因局部泄漏停车，对装置进行全面隐患排查，拆解压缩机本体、部分设备及局部管道，发现富氢压缩机出口至真空变压吸附(VPSA)段管道内有较多的FeS(易自燃)产物，呈现出较重的腐蚀现象。

即按照数据分析教学的内在结构及教学知识的形成规律，结合职前教师的认知特点，由专业教师编制一系列教学问题，以帮助职前教师解决在数据分析的学科认识、相关统计概念的理解以及数据推理中存在的诸多问题，进而优化“认知逻辑”，增强其对数据分析教学意义的认识和实践能力，等等．

2.1　后冷器管束腐蚀　聚结过滤器器壁腐蚀

干气压缩机后冷器管束表面腐蚀见图2，聚结过滤器清洗前后见图3～4。腐蚀产物主要是含铁化合物和焦油状物质。

Step11:执行Step4～Step10后，据式(7)确定K值并将tK对应的像素特征点集表示为UK；

  

图2　管束表面Fig.2　Surface of tube bundle

  

图3　清洗前聚结过滤器Fig.3　Coalescing filter before cleaning

2.2　富氢压缩机气缸部件及级间冷却器腐蚀

各主要部位操作温度及操作压力下露点温度PRO/Ⅱ模拟结果见表1。腐蚀普遍发生在操作温度低于操作压力下露点温度的部位。游离水(气体中饱和水加压冷却时的结露、凝析)是腐蚀发生的必要条件。操作介质中含有CO2,H2S,O2，经氢回收膜分离器后CO2/H2S浓度因富集而提高，且CO2含量远大于H2S含量，H2S/CO2共存环境下管道内腐蚀研究[2]表明，在H2S含量很低时，腐蚀介质主要是CO2。 另外，原料干气携带的微量N-甲基乙醇胺(MDEA)，在O2存在下氧化降解形成胺-CO2-H2S-H2O腐蚀体系也加剧了腐蚀[3]。同时，压缩机过油润滑操作以及重整富氢气体携带脱氯催化剂粉尘，是引起第二、三级冷却器管束形成焦油状污渍垢层的主要原因。换热效果不理想主要是污垢导致传热系数下降所致。管道及换热器管束形成焦油状垢层为游离水的积聚提供了条件，也是加剧腐蚀的诱因。综上分析，该装置腐蚀为CO2腐蚀为主，H2S腐蚀为辅的复合型腐蚀。

  

图4　清洗后的聚结过滤器Fig.4　Coalescing filter after cleaning

  

图5　富氢压缩机四级冷却器进出口腐蚀Fig.5　Corrosion between inlet and outlet of the four stage cooler for rich hydrogen compressor

2.3　管线减薄及腐蚀

对低点易积液或可能积液的水平管段、弯头、三通等部位进行测厚，其中富氢压缩机第四级冷却器出口至VPSA段管线普遍减薄0.5～0.6 mm，最严重位置减薄0.91 mm，且管线积聚大量腐蚀产物，管线腐蚀普遍发生在内壁底部,且冷却器后比冷却器前严重。

3　腐蚀机理分析

富氢压缩机因气阀故障(弹簧失效、疲劳破坏、焦油状物质堵塞)切机频繁[1]，第二、三级冷却器管束焦油状污渍较重，第四级冷却器出口最高温度达到46 ℃，超设计值6 ℃，由图5可见，操作温度高于露点的入口很干净，而操作温度低于露点的出口存在明显的腐蚀结垢现象，传热系数降低，同时，压缩机第三、四级气缸部件、活塞及活塞杆有明显腐蚀现象。

 

表1　主要部位操作温度及露点温度Table 1　Operating temperature and dew point temperature of main positions　℃

  

项　目操作温度露点温度腐蚀情况干气压缩机出口水冷器前8050无干气压缩机出口水冷器后4050管道常规腐蚀，管束腐蚀富氢压缩机一级出口水冷器前12534无富氢压缩机一级出口水冷器后4034无明显腐蚀富氢压缩机二级出口水冷器前11051无富氢压缩机二级出口水冷器后4051有腐蚀富氢压缩机三级出口水冷器前12066无富氢压缩机三级出口水冷器后4066较严重富氢压缩机四级出口水冷器前10880无富氢压缩机四级出口水冷器后40～4580最严重

4　防护措施

4.1　干气压缩机后冷器改变型式及优化布置

为了避免重整氢气携带脱氯剂粉末，增设富氢袋式精细过滤器一台，过滤精度：5 μm以下，过滤器允许压力降50 kPa，滤芯为金属纤维烧结毡。

4.2　富氢气压缩机级间冷却器改变型式

为了避免气缸过油润滑致使压缩机气阀故障及冷却器管束结垢。建议以后操作降低注油量[4]或不注油。为了达到耐蚀要求，选用抗H2S、氯离子等的低碳、低应力材料，同时在制造过程中严格按照控氢工艺生产，对焊接、热处理、探伤等环节严格控制，以满足抑制腐蚀的要求。更换腐蚀严重的第三、四级气缸部件，有关铸铁件升级为合金铸铁材料，加入Cr，Mo，Cu等合金材料。应用合理的热处理工艺，使显微组织为回火素氏体(铁素体+球化碳化物)，以获得抗应力腐蚀开裂的良好性能。

4.3　重整氢脱氯罐出口增设精细过滤器

原设计冷却器壳程走工艺气，管程走循环水，检测发现管束发生局部点蚀减薄现象，属露点腐蚀，考虑到节约投资，工艺介质走管程，管束材质20号碳钢+渗铝，壳体材质碳钢，并将冷却器基础抬高确保冷后工艺介质进入干气压缩机出口分液罐，达到理想分液效果，避免聚结过滤器的露点腐蚀。

4.4　压缩机操作调整及部分部件材质升级

原设计为固定管板结构，一旦发生壳体侧循环水结垢,不便清洗，此次改造更改为浮头型式，管程走循环水，壳程走富氢气，管束材质为20号碳钢+渗铝。并将级间冷却器基础抬高确保冷后工艺介质自流进入级间分液罐。

压缩机出口水冷器后操作温度低于露点温度的管道材质均由20#碳钢升级为00Cr17Ni14Mo2(316L)，管道避免低点存液，直径小于等于DN40管道及低点导淋阀处采用对焊代替承插焊,避免缝隙腐蚀。

 

表2　压缩机主要改造内容Table 2　Revamping of the compressor

  

项　目原设计改造后第三、四级气缸JT25⁃47CJT25⁃47H第三、四级气缸套JT25⁃47DJT25⁃47G活塞ZL111(表面阳极化)JT25⁃47N活塞杆2Cr13(表面喷涂碳化钨)17⁃4PH(表面硬化喷涂碳化钨)阀盖、阀座2Cr1320Cr(非晶态处理)级间冷却器固定管板式浮头式(管束渗铝)

4.5　管道防腐措施

活塞环、支撑环、气阀等易损件进行材料、热处理、机械加工工艺等升级，满足耐腐蚀、耐磨、耐液要求。活塞及活塞杆材料升级，实现耐磨同时防止氢脆、氢致开裂、应力腐蚀开裂、硫化物应力腐蚀开裂。压缩机主要改造内容见表2。

5　结　论

通过对装置局部腐蚀现象以及机理的分析，发现腐蚀主要发生在温度较低容易产生明水的区域，腐蚀为复合型腐蚀。为避免CO2/H2S等在水的存在下产生酸性腐蚀，提出了改变压缩机级间冷却器型式并优化布置，重整富氢原料气增设精细过滤器，压缩机操作调整及压缩机部分零部件材质升级，局部管道材质升级等方面的防腐措施,确保了装置的长期稳定运行。

潘律民：作为在华跨国公司，公司坚决支持中国近年来的环保政策。同时作为中国工业和经济的重要参与者，我们希望中国环保政策标准制定要以推动和引导行业升级和产业进步为原则。在制定和出台相关政策时，能够提前加强与行业各组织和企业的沟通，更多倾听业内人的声音和建议，共同探讨更有利于中国石油和化工行业发展的途径和办法。

参考文献

[1] 王建军，刘凯.压缩机气阀故障分析及改造[J].压缩机技术，2008，3:44.

[2] 程雅雯，赵会军，彭浩平等.H2S/CO2共存环境下管道内腐蚀研究进展[J].常州大学学报(自然科学版)，2015，10:63.

[3] 李海强，高春荣，杨永磊.干气脱硫系统管道腐蚀分析及带压处理[J].石油和化工设备，2012(10):81.

[4] 王哲.制氢装置解析气压缩机气阀故障分析[J].压缩机技术，2012(2):58.

修改的内容包括要素的名称、描述、属性、几何制图表示以及要素关系等。对于要素名称，主要进行了扩充；将要素描述修改得更准确，并与GB/T 20257.1保持一致；对要素属性进行了扩充和修正；对几何制图表示进行了修正，并与GB/T 20257.1保持一致；对要素关系进行了补充和完善。此次修订共修改要素86个。