一种再生塔腐蚀防控方法

【技术领域】

本发明涉及石油化工技术领域，具体涉及一种再生塔腐蚀防控方法。

【背景技术】

随着国内含硫原油加工量的增加，炼油装置生产过程中产生的硫化氢含量也随之增大，对环境保护构成了极大的威胁。且由于原料中含有H2S或CO2，对设备也造成腐蚀。据近年来报道，由于脱硫装置多为碳钢材质，所以H2S带来的严重腐蚀问题不仅会导致设备、管道的减薄、穿孔，甚至会造成物料的泄露、装置的非计划停车，严重影响了生产的正常运行，而且腐蚀产物会引起脱硫剂发泡和降解，使脱硫剂损耗增加，工艺能耗增加。

醇胺法脱硫装置的腐蚀行为极其复杂，再生塔、重沸器、贫富液换热器及高温富液管线都是腐蚀比较严重的部位，其中再生塔是脱硫装置中腐蚀最严重的设备。腐蚀形态则有电化学腐蚀、化学腐蚀、应力腐蚀和氢鼓泡等。国内外研究表明其腐蚀介质和部位如下：脱硫再生塔顶的H2S-CO2-H2O型腐蚀；再生塔、富液管线，再生塔底重沸器以及溶剂复活釜等部位，温度90～120℃的H2S-CO2-RNH2-H2O型腐蚀等。国内多家炼油企业均发现不同类型的腐蚀型式，为了保持石化企业的可持续性发展和适应日益严格的国家环保标准的要求，胺液脱硫装置脱除硫化氢的重要性显得尤为重要，对装置的安全平稳运行具有重大影响。再生塔腐蚀防控势在必行。

醇胺法脱硫是一种典型的吸收反应过程，选择对硫化氢有较强的吸收能力，而且化学反应速度较快的醇胺弱碱性的水溶液(复合型甲基二乙醇胺)为吸收剂；在脱硫塔内，使其在常温下与干气、液化气逆流接触，醇胺吸收干气、液化气；所涉及的主要设备是再生塔、汽提塔、换热和分离设备。作为一个新兴的力学分支，液-固两相、气-固两相及气-液两相流动，一起被统称为两相流体力学。作为两相流体中的一种类型，液-固两相混合物广泛地存在于自然界及能源、化工、石油、矿业、建筑、水利、轻工、冶金、环保等各个领域。

本发明对再生塔腐蚀防控方法进行了技术改进。

【发明内容】

本发明的目的是，提供一种醇胺法脱硫系统中再生塔腐蚀缓解、防控的方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是一种再生塔腐蚀防控方法，用于醇胺法脱硫系统中再生塔腐蚀缓解、防控，包括以下步骤：

S1、对再生塔进行多相流软件模拟，通过不同部位的流场以及组分分布的冲刷磨损行为分析冲刷腐蚀，通过再生塔内部H2S所占体积百分比分布和液态水所占体积百分比分布分析化学腐蚀，提取再生塔不同部位若干位置的流场参数计算化学腐蚀和冲刷腐蚀；

S2、对再生塔附属管线进行多相流软件模拟，通过再生塔附属管线剪切应力分布分析冲刷腐蚀，提取再生塔附属管线不同部位若干位置的流场参数计算化学腐蚀和冲刷腐蚀；

S3、根据步骤S1和步骤S2的分析数据进行再生塔及其附属管线腐蚀风险行为分析，确认化学腐蚀起主要作用；

S4、根据步骤S3的分析结果，通过减小水中硫化氢的浓度来减小化学腐蚀速率，通过提高温度减小溶于水中硫化氢的浓度来改进工艺条件；

S5、将经过步骤S4改进后的再生塔工艺条件用于醇胺法脱硫系统。

优选地，步骤S1通过再生塔顶部及回流口局部矢量、进料口速度矢量、连接再沸器出口的水蒸气入口附近速度矢量、顶部出口附近剪切应力、进料口附近剪切应力和连接再沸器出口的水蒸气入口附近剪切应力分布分析冲刷腐蚀，提取再生塔不同位部位8个位置腐蚀分析参考点流场参数计算化学腐蚀和冲刷腐蚀。

优选地，步骤S2再生塔附属管线是进料口管线、顶部出口管线、连接再沸器出口管线、贫液出口管线、水蒸气入口管线和回流口管线，提取再生塔附属管线不同部位14个位置腐蚀分析参考点流场参数计算化学腐蚀和冲刷腐蚀。

优选地，步骤S3再生塔及其附属管线腐蚀风险行为发生在硫化氢聚集的地方、管线弯管附近和流速比较大的区域。

优选地，所述硫化氢聚集的地方包括料口分布器、回流口液体分布器、顶部出口管道附近和回流口管线，具有化学腐蚀风险；所述管线弯管内侧比外侧冲刷腐蚀严重；所述流速比较大的区域包括蒸汽进口与再生塔的连接处、液体分布器与塔壁的缝隙处以及塔顶与出口的连接处，具有冲刷腐蚀风险。

优选地，所述步骤S4改进的工艺条件是保持水蒸气入口管线水蒸气流量不变，提高水蒸气入口管线水蒸气温度从而增加热量输入，提高整体温度。

优选地，醇胺法脱硫再生塔基础工况是富液进料口流量75t/hr、入口温度70℃、回流口流量10t/hr，所述水蒸气入口管线水蒸气温度由120℃提高到170℃。

优选地，所述步骤S4改进的工艺条件是保持水蒸气入口管线水蒸气温度不变，提高水蒸气入口管线水蒸气流量，从而增加热量输入，提高整体温度。

优选地，醇胺法脱硫再生塔基础工况是富液进料口流量75t/hr、入口温度70℃、回流口流量10t/hr，所述水蒸气入口管线水蒸气流量由1.8kg/s提高到2.5kg/s。

本发明一种再生塔腐蚀防控方法有如下有益效果：通过对再生塔工艺操作过程中化学腐蚀与多相流腐蚀风险行为的分析，定位化学腐蚀、冲刷腐蚀的作用区域；进一步根据腐蚀的结构判定化学腐蚀起主要作用；进一步确定再生塔塔盘操作工艺条件，并优化工艺操作条件。

【附图说明】

图1是一种再生塔腐蚀防控方法示意图。

图2是再生塔腐蚀分析参考点示意图。

图3是再生塔及其附属管线结构示意图。

图4是再生塔进料口管线腐蚀分析参考点示意图。

图5是再生塔回流口管线腐蚀分析参考点示意图。

【具体实施方式】

下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。

实施例1

本实施例实现一种再生塔腐蚀防控方法。

图1是一种再生塔腐蚀防控方法示意图。如附图1所示，本实施一种再生塔腐蚀防控方法，用于醇胺法脱硫系统中再生塔腐蚀缓解、防控，包括以下步骤：

S1、对再生塔进行多相流软件模拟，通过不同部位的流场以及组分分布的冲刷磨损行为分析冲刷腐蚀，通过再生塔内部H2S所占体积百分比分布和液态水所占体积百分比分布分析化学腐蚀，提取再生塔不同部位若干位置的流场参数计算化学腐蚀和冲刷腐蚀；

S2、对再生塔附属管线进行多相流软件模拟，通过再生塔附属管线剪切应力分布分析冲刷腐蚀，提取再生塔附属管线不同部位若干位置的流场参数计算化学腐蚀和冲刷腐蚀；

S3、根据步骤S1和步骤S2的分析数据进行再生塔及其附属管线腐蚀风险行为分析，确认化学腐蚀起主要作用；

S4、根据步骤S3的分析结果，通过减小水中硫化氢的浓度来减小化学腐蚀速率，通过提高温度减小溶于水中硫化氢的浓度来改进工艺条件；

S5、将经过步骤S4改进后的再生塔工艺条件用于醇胺法脱硫系统。

实施例2

本实施例实现一种再生塔腐蚀防控方法。

本实施例一种改善再沸器弯管腐蚀的方法通过对再生塔工艺操作过程中化学腐蚀与多相流冲刷腐蚀的分析，定位腐蚀、冲刷腐蚀的作用区域；进一步对腐蚀的结构判定腐蚀与化学腐蚀的结构；进一步设计再生塔操作工艺条件，并优化工艺操作条件。

1、再生塔腐蚀分析

对再生塔内的多相流进行分析。不同部位的流场以及组分分布决定着冲刷磨损行为。包括顶部及回流口局部矢量、进料口速度矢量、连接再沸器出口的水蒸气入口附近速度矢量和顶部出口附近剪切应力分布分析。分析表明，顶部出口和连接再沸器出口的水蒸气入口两个部位、进料口(附近流速较高)，是存在较大冲刷腐蚀的重点部位。

进一步对再生塔内不同位置的剪切应力分布进行分析，包括进料口附近剪切应力分布和连接再沸器出口的水蒸气入口附近剪切应力分布，也表明连接再沸器出口的水蒸气入口附近剪切应力较大，冲刷腐蚀作用较大。

再生塔的化学腐蚀主要受流速，溶于液态水中的H2S的浓度的影响。在塔上部有大量的H2S分布，若此处存在液态水，就会导致严重的腐蚀。进行再生塔内部H2S所占体积百分比分布分析和液态水所占体积百分比分布分析。根据以上H2S和水的分布分析，可见塔上部H2S浓度较大，下部自进料口向下到水蒸气进口，液态水的体积百分比变化不大，另一方面回流水可能直接流到进料口分配器壁面。因此首先考虑进料口附近位置的化学腐蚀可能较大，下部虽然液态水较多，但是H2S含量较少，顶部虽然H2S含量很高，但是水的含量较少。

选取多个位置，分别计算化学腐蚀及冲刷腐蚀。图2是再生塔腐蚀分析参考点示意图。如附图2所示，提取图中所示八个位置的流场参数计算化学腐蚀和冲刷腐蚀。表1是再生塔腐蚀分析参考点腐蚀速率表，从结果可见化学腐蚀起主要作用。

表1再生塔腐蚀分析参考点腐蚀速率表

2、管线1-6腐蚀分析

图3是再生塔及其附属管线结构示意图。如附图3所示，附图中涉及的管线标记如下所示：1、进料口管线，2、顶部出口管线，3、连接再沸器出口管线，4、贫液出口管线，5、水蒸气入口管线，6、回流口管线。通过进料口管线剪切应力分布、顶部出口管线剪切应力分布、连接再沸器出口管线剪切应力分布、贫液出口管线剪切应力分布、水蒸气入口管线剪切应力分布和回流口管线剪切应力分布分析，可以看出由于管线2、6存在H2S，需同时考虑冲刷腐蚀和化学腐蚀，管线1、3、4、5只需要考虑冲刷腐蚀。从上图可以看出，一般管道进口和弯管处剪切应力比较大，冲刷腐蚀作用更明显。

图4是再生塔进料口管线腐蚀分析参考点示意图。如附图4所示，管线1进料口管线上设置5个腐蚀分析参考点。表2是再生塔进料口管线腐蚀速率表，如表2所示，选取管线1的不同部位5个腐蚀分析参考点，分析各个局部的冲刷腐蚀速率和化学腐蚀速率。

表2再生塔进料口管线腐蚀速率表

选取管线2顶部出口位置1个腐蚀分析参考点、管线3再沸器出口位置1个腐蚀分析参考点、管线4贫液出口弯管内侧和外侧位置各1个腐蚀分析参考点、管线5水蒸气入口位置1个腐蚀分析参考点，一共5个腐蚀分析参考点。表3是再生塔管线2、3、4、5腐蚀速率表，如表2所示，分析各个局部的冲刷腐蚀速率和化学腐蚀速率。

表3再生塔管线2、3、4、5腐蚀速率表

图5是再生塔回流口管线腐蚀分析参考点示意图。如附图5所示，管线6回流口管线上设置4个腐蚀分析参考点。表4是回流口管线腐蚀速率表，如表4所示，选取管线6的不同部位，分析各个局部的冲刷腐蚀速率和化学腐蚀速率。

表4管线6腐蚀速率表

3、腐蚀风险行为

根据不同部位的腐蚀速率分析可以得到，化学腐蚀对再生塔及管道壁面的影响远远大于冲刷腐蚀。因此在塔内H2S聚集的地方，例如进料口分布器、回流口液体分布器和顶部出口管道附近，腐蚀风险远大于其他地方。对于管线6(回流口)，由于存在容在水中的H2S(约2％)，因此管线6的腐蚀风险也很大。

就冲刷腐蚀而言，腐蚀速率和参考点的速度、管道形状及所在位置的液体体积分数有很大关系。对于直管来说，冲刷腐蚀速率非常小，几乎可忽略；对于弯管来说，弯管内侧的腐蚀比外侧腐蚀更严重。此外，对于流速比较大的区域，例如蒸汽进口与再生塔的连接处、液体分布器与塔壁的缝隙处以及塔顶与出口的连接处，都是冲刷腐蚀比较严重的地方。而对于仅有蒸汽流过的直管段，冲刷腐蚀也可忽略。

4、优化工艺条件

化学腐蚀主要是硫化氢在水中电离进而与钢发生化学反应，本身的气态硫化氢并不是造成化学腐蚀的主要原因。因此减小水中硫化氢的含量可减小化学腐蚀速率。为了减小水中硫化氢的含量，可以提高温度，进而减小溶于水中的硫化氢的浓度。从此角度出发可以改变的工艺条件为：

(1)保持水蒸气入口管线(管线5)入口流量不变，提高水蒸气入口管线(管线5)入口(由再沸器进入再生塔)的温度(由120℃提高到170℃)，从而增加热量输入，提高整体温度。

(2)保持水蒸气入口管线(管线5)入口温度不变，提高水蒸气入口管线(管线5)入口(由再沸器进入再生塔)的流量(由1.8kg/s提高到2.5kg/s)，从而增加热量输入，提高整体温度。

在以下实施方案中，基础工况的富液进料口流量75t/hr，入口温度70摄氏度，回流口流量10t/hr。

通过本实施例优化方法：

(1)提高水蒸气进口温度可以减小化学腐蚀速率；

(2)改变水蒸气流量可显著改善化学腐蚀速率；

(3)进料口总会受到上部回流口的水的冲击，且上部总是会有大量的H2S。为此减小流速可以减小化学腐蚀速率；而进料口附件的流场比较复杂，容易形成局部高流速的区域，优化减小流速可以降低进料口附件腐蚀速率。

实施方案1：提高再沸器进入再生塔的蒸汽的操作温度

保持水蒸气入口管线(管线5)入口流量不变，提高水蒸气入口管线(管线5)入口(由再沸器进入再生塔)的温度(由120℃提高到170℃)，从而增加热量输入，提高整体温度。

由于化学腐蚀主要是硫化氢在水中电离进而与钢发生化学反应，本身的气态硫化氢并不是造成化学腐蚀的主要原因。因此减小水中硫化氢的含量可减小化学腐蚀速率。本实施方案中，提高再沸器进入再生塔的蒸气的操作温度，可以促进硫化氢的解吸，进而减小溶于水中的硫化氢的浓度。

(1)速度场分布对比

进行蒸汽入口温度为120℃以及170℃的速度云图分布分析可见，从再沸器进入的水蒸气流速较大，向塔上部流动，且主要靠近再沸器入口一侧。随着蒸气向周围扩散以及水蒸气冷凝，速度逐渐减小，提高蒸汽温度之后，水蒸气冷凝的速率降低，因此速度减小的速率也有所降低。

(2)温度场分布对比

进行蒸汽入口温度为120℃以及170℃的温度云图分布分析可见，升高蒸汽进口温度，塔顶部温度有所升高，但是整体温度并没有特别明显的升高，主要是170℃的水蒸气与120℃的焓差约为100kJ/kg，但是水蒸气到液态水的潜热达到2200kJ/kg，因此提高水蒸气温度对提高整体温度的作用并不是很明显。

(3)组分分布对比

进行蒸汽入口温度为120℃以及170℃的液相体积分数以及气相H2S质量分数分析可见，H2S高浓度部分向上偏移，主要是由于水蒸气冷凝到液态水的速率变慢(过热水蒸气首先要冷凝到饱和水蒸气，然后冷凝到液态水)。

(4)腐蚀分析对比

采用与图2基本工况相同的8个腐蚀分析参考点。表5是蒸汽入口温度为120℃以及170℃腐蚀速率对比表。腐蚀速率结果如表5所示，从表中可见总腐蚀速率整体略有降低。具体分析各影响因素，主要是各点的流速略有升高，速度升高会加快化学腐蚀速率，但是各点的液态水含量略有降低，导致溶于水的H2S浓度略有降低，此因素会降低化学腐蚀速率。

表5蒸汽入口温度为120℃以及170℃腐蚀速率对比表

实施方案2：提高再沸器进入再生塔的流量

本实施例中，保持水蒸气入口管线(管线5)入口温度不变，提高水蒸气入口管线(管线5)入口(由再沸器进入再生塔)的流量(由1.8kg/s提高到2.5kg/s)，从而增加热量输入，提高整体温度。

(1)速度场分布对比

进行蒸汽入口流量为1.8kg/s和2.5kg/s的速度云图分布分布分析可见，从再沸器进入的水蒸气流速较大，向塔上部流动，且主要靠近再沸器入口一侧。随着蒸气向周围扩散及水蒸气冷凝，速度逐渐减小，提高蒸汽流量之后，高速影响区的影响范围更大。

(2)温度场分布对比

进行蒸汽入口流量为1.8kg/s和2.5kg/s的温度云图分布分布分析可见，升高蒸汽进口流量，进料口的低温区域有所减小，主要是由于输入了更多的热量，但是上部影响还不大，考虑到计算是瞬态计算，只计算了约3min时间，可能是受到计算时间的限制，尚未完全影响到塔上部区域。

(3)组分分布对比

进行蒸汽入口流量为1.8kg/s和2.5kg/s的液相体积分数以及气相H2S质量分数分析可见，H2S高浓度部分向上偏移，主要是由于水蒸气流量变大。

(4)腐蚀分析对比

采用与图2基本工况相同的8个腐蚀分析参考点。表6是蒸汽入口流量为1.8kg/s和2.5kg/s腐蚀速率对比表。腐蚀速率结果如表6所示，从表中可见总腐蚀速率整体有所提高。主要是由于在各参考点流速有所提高，液态水含量也有所提高，主要是由于入口蒸汽流量增大，导致部分水蒸气在塔上部冷凝，导致上部水各壁面附件水含量有所增加，进而水中溶解的H2S增加，导致化学腐蚀速率升高。

表6蒸汽入口流量为1.8kg/s和2.5kg/s腐蚀速率对比表

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Acess Memory，RAM)等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。