CN104923148B - 控制管道流动腐蚀失效的工艺注剂装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制管道流动腐蚀失效的工艺注剂装置。90^o弯头背部竖直设有注剂套管构成组合弯头，其上端与下法兰下端面固接，上、下法兰间设有密封圈，注剂管道从上、下法兰插入弯头中，其下端面固接有雾化喷嘴，其下端外壁的两块辐板与注剂套管构成浮动支撑，注剂管道固定在上法兰孔中，位于上法兰外的注剂管道经限流孔板与第三直管段连通；弯头的两端分别与第一、第二直管段连通。本发明注剂套管与弯头整体铸造，保证高压注剂的可靠性；设有雾化喷嘴，使注入的注剂雾化成小液滴与弯头内的油气相介质充分混合，降低多相流介质的露点腐蚀或铵盐结晶沉积垢下腐蚀风险；有限流孔板，提升多台空冷器或换热器并联时多点同时注射时的自平衡效应。

Description

控制管道流动腐蚀失效的工艺注剂装置

技术领域

本发明涉及一种喷嘴雾化结构装置，具体的说是涉及一种控制管道流动腐蚀失效的工艺注剂装置。

背景技术

石油化工、煤化工等产业是推动社会经济不断向前发展的重要动力之一，对整个国家的经济发展和社会稳定有着举足轻重的影响力。在石油化工、煤化工等流程型工业中，工艺注剂（注射）点和工艺混合点是为了满足生产需要、维护装置操作稳定而设置的重要部件。据不完全统计，目前仅在石化系统的炼油企业存在的不同压力、不同温度、不同介质组成的工艺混合点及缓蚀剂、阻垢剂、除氧化剂、中和剂、水等各种注剂的注射点，就高达上千处，主要分布在常减压装置、加氢装置、催化及焦化装置等工艺系统中。注剂（注射）点结构及工艺混合方式多变，例如逆流、顺流、间歇、连续等，而且长期承受高压差、腐蚀、流动、相变等复杂苛刻工况，失效风险极大。

在装置大型化、原料劣质化、工况苛刻化的发展过程中，注射点及工艺混合点普遍出现的管道穿孔、泄漏及设备损坏等失效事故，具有明显的局部性、突发性和风险性。在常减压系统中，塔顶多相流介质在注缓蚀剂、中和剂、液氨的过程中，若注射点的雾化混合效果不佳，造成气相HCl溶于第一滴液态水中，形成pH值极低的强酸溶液，直接引发管道系统及换热管束的露点腐蚀穿孔，后果特别严重。而对于加氢空冷器系统，工艺注点的结构及混合效果更为重要，其原因在于：由于加氢原料油中富含N、S和少量Cl杂质，在加氢反应过程中生成NH₃、H₂S、HCl，在传热相变过程中进一步生成NH₄Cl和NH₄HS两种铵盐。随着介质的温度降低，铵盐直接由气相冷凝成固相，并迅速堵塞管束造成管束弯曲变形。为避免铵盐堵塞管束，通常在加氢空冷器系统上游设置工艺注剂点（注水）以洗涤结晶的铵盐。虽然注水能够冲洗铵盐，但吸湿后的铵盐同样对工艺注剂系统及管道、管束有较强的腐蚀作用，已出现了多起工艺注剂系统和管道的流动腐蚀失效问题。调研发现，工艺注剂系统诱发的流动腐蚀失效大致分为三类，第一类是直接对管道冲击造成冲蚀减薄，特别是焊缝的开裂问题，引起泄漏；第二类是无喷嘴结构，注剂系统无法起到雾化效果，注入的缓蚀剂、中和剂及水等无法达到工艺需求；第三类是工艺注剂的注射效果分配不平衡，例如空冷器系统、换热器系统通常采用8台、4台对称布置的结构形式，而只在入口总管仅设置一个工艺注剂点，在沿程阻力的影响下无论是注入的缓蚀剂还是软化洗涤水都无法有效的平均分配到各台设备中，部分空冷器或换热器入口的液态水根本无法达到API 932-A推荐的不小于25%的液态水要求，势必会造成空冷器或换热器中的铵盐无法被有效洗涤，继而引发铵盐垢下腐蚀。

针对炼油厂普遍存在的注剂点及工艺混合点失效问题，国际上NACE协会对北美多家炼油企业开展了大量的调研工作，先后出版了NACE 34101技术文件，归纳总结经验性的防控措施。但由于工艺混合及注剂系统的设计缺乏标准规范，面对不同腐蚀性及工艺介质的注射及混合要求，工艺注剂系统结构单一，无法满足注射雾化混合效果。因此，本发明的目的在于设计一种控制管道流动腐蚀失效的工艺注剂系统结构，既要满足工艺注射缓蚀剂、液氨、中和剂或水的雾化混合要求，又要保证进入到多台并联设备的注剂量相对平衡，从不同角度提高工艺注剂系统的混合效果及设备系统的长周期运行安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制管道流动腐蚀失效的工艺注剂装置，解决背景技术中存在的工艺注剂雾化效果不佳的问题，提高水、液氨、缓蚀剂或中和剂与多相流介质的混合效果及多台设备并联时的平衡分配效果，避免或降低流动腐蚀风险，从本质上提高常减压装置、加氢装置等石化关键设备系统的安全稳定运行周期。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明包括90^o弯头、注剂管道、下法兰、上法兰、雾化喷嘴、限流孔板和注剂套管；90^o弯头背部竖直设有注剂套管，注剂套管下端与90^o弯头构成组合弯头，注剂套管上端与下法兰下端面固接，下法兰上端面与上法兰下端面间设有第一密封圈、第二密封圈，上法兰和下法兰用螺栓连接，注剂管道从上法兰、下法兰插入至90^o弯头中，注剂管道下端面固接有雾化喷嘴，注剂管道下端的外壁从下至上依次安装第一辐板和第二辐板与注剂套管构成浮动支撑，注剂管道固定在上法兰中心孔中，位于上法兰外的注剂管道经中心开有限流孔的限流孔板与第三直管段连通；90^o弯头的两端分别与第一直管段和第二直管段经对焊焊缝连通。

所述上法兰、下法兰、注剂套管和第一直管段同轴安装。

所述雾化喷嘴的上表面中心开设圆柱形孔，下表面中心开设圆锥形孔，注剂依次经圆柱形孔、圆锥形孔节流后能形成雾化扇形区域。

所述第一辐板和第二辐板均分别由6块规格相同的支撑板沿注剂管道中心轴等距阵列构成，所述两块辐板最外侧与注剂套管内壁的距离为5~8 mm。

所述的注剂管道内流动的注剂类型为水或缓蚀剂。

本发明具有的有益效果是：

本发明是基于90^o弯管结构设计控制流动腐蚀失效的工艺注剂装置，注剂套管与弯头通过整体的厚壁铸造联接，保证高压注剂时的可靠性；注剂管道末端固接有雾化喷嘴，可使注入的水或缓蚀剂等注剂雾化成小液滴与弯头内的油、气相介质充分混合，降低多相流介质的腐蚀性，避免或降低露点腐蚀或铵盐结晶垢下腐蚀等流动腐蚀风险；工艺注剂装置设计有限流孔板，可提升多台空冷器或换热器并联时多点同时注射时的自平衡效应，提高平衡分配效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1所示A-A向的剖视图。

图3是图1中M的放大图。

图4是图1中N的放大图。

图5是本发明在管道系统中的安装位置示意图

图中：1、第一直管段，2、对焊焊缝，3、90^o弯头，4、雾化扇形区域，5、圆锥形孔，6、雾化喷嘴，7、圆柱形孔，8、第一辐板，9、第二辐板，10、下法兰，11、上法兰，12、注剂管道，13、第一密封圈，14、第二密封圈，15、螺栓孔，16、第二直管段，17、限流孔板，18、限流孔，19、注剂套管，20、第三直管段。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明包括90^o弯头3、注剂管道12、下法兰10、上法兰11、雾化喷嘴6、限流孔板17和注剂套管19；90^o弯头3背部竖直设有注剂套管19，注剂套管19下端与90^o弯头3通过铸造构成一体式组合弯头，注剂套管19上端通过对焊焊缝2与下法兰10下端面固定连接，下法兰10上端面与上法兰11下端面间设有第一密封圈13和第二密封圈14，两个密封圈均为“O”型弹性密封圈，上法兰11和下法兰10通过四周的螺栓孔15用螺栓连接，注剂管道12依次从上法兰11、下法兰10、注剂套管19插入至90^o弯头3中，注剂管道12下端面固接有雾化喷嘴6，注剂管道12下端的外壁从下至上依次安装第一辐板8和第二辐板9与注剂套管19构成浮动支撑，注剂管道12固定在上法兰11中心孔中，位于上法兰11外的注剂管道12经中心开有限流孔18的限流孔板17与第三直管段20通过对焊焊缝焊接连通；90^o弯头3的两端分别与第一直管段1和第二直管段16通过对焊焊缝2焊接连通。

所述上法兰11、下法兰10、注剂套管19和第一直管段1同轴安装。

所述雾化喷嘴6的上表面中心开设圆柱形孔7，下表面中心开设圆锥形孔5，注剂依次经圆柱形孔7、圆锥形孔5节流后能形成雾化扇形区域4。

如图2所示，所述第一辐板8和第二辐板9均分别由6块规格相同的支撑板沿注剂管道12中心轴等距阵列构成。由于注剂管道12与上法兰11固定连接后构成悬臂梁结构，油、气构成的多相流介质无论是经第一直管段1流入，或是经第二直管段16流入均会对注剂管道12末端产生径向力造成左右震动，故在注剂管道12下端的外壁安装第一辐板8、第二辐板9同注剂套管19之间构成浮动支撑，所述两块辐板最外侧与注剂套管19内壁的距离为5~8 mm。

所述的注剂管道12内流动的注剂类型为水或缓蚀剂；其中水为软化水，缓蚀剂类型为有机氨、无机氨、二甲基二乙醇胺、二甲基丙醇胺、乙二胺、甲氧基丙胺中的一种或多种组合。

如图3所示，图3为图1所示的M区域的放大图。雾化喷嘴6的上表面中心开设圆柱形孔7，下表面中心开设圆锥形孔5；水或缓蚀剂构成的工艺注剂依次经圆柱形孔7、圆锥形孔5节流后形成雾化扇形区域4。其中，根据实际需要，也可以不设置圆柱形孔7，直接设置圆锥形孔5。对于仅设置圆锥形孔5，或是先设置圆柱形孔7再设置圆锥形孔5构成的雾化扇形区域4，其雾化扇形角度与锥孔角度相等。此时，定义雾化喷嘴6距离90^o弯头3下端出口中心面的高度为，90^o弯头3内径为，则锥孔角度需满足，可避免雾化扇形区域4直接冲击到第一直管段1与90^o弯头3之间的对焊焊缝2，防止焊缝开裂。若雾化喷嘴6仅设置圆柱形孔7，通常其孔径为mm。

如图4所示，注剂管道12上端与相同内径的第三直管段20经中心开有限流孔18的限流孔板17连通，注剂管道12、限流孔板17、第三直管段20相互之间的连接方式为焊接。限流孔18的孔径根据工艺注剂泵与90^o弯头内的压力差联合确定。

如图5所示，为本发明在常压塔顶系统原则流程图中的安装位置示意图。其原则流程图的工作过程是：在常压塔顶部出口2~3m的位置设置工艺注剂点M，常压塔顶部分离出的油、气混合物经注剂点M注入液氨（无机氨或有机氨）等缓蚀剂后流入五台并联的换热器系统，其中E101/1、E101/2为板式换热器，E101/3、E101/4、E101/5为管式换热器，五台并联的换热器与低温原油换热进行冷却。为防止换热器器内NH₄Cl或NH₄HS盐结晶沉积堵塞管束，在距离五台换热器进口约1~3m位置设置五只注剂点，其中换热器E101/1、E101/2、E101/3、E101/4、E101/5对应的工艺注剂点分别为注剂点E、注剂点D、注剂点C、注剂点B、注剂点A，注剂类型为工艺软化水或除盐水，目的是洗涤结晶沉积的NH₄Cl或NH₄HS盐。油、气、水三相流介质经换热器与低温原油换热后混入常顶回流罐进行初次油、气分离，其中常顶回流罐内的油相经回流泵升压后一部分作为常顶回流油回流打入常压塔，另一部分经常压塔顶的空冷器冷却后作为常顶一级油产品出装置。其中设置在常压塔顶部出口管道系统上的工艺注剂类型为液氨，原因在于：原油中含有有机Cl或无机Cl，经加氢后生成HCl。HCl只有在溶于水的条件下才形成酸，进而造成腐蚀。通常原油中会残留少量水，而且塔顶也会注水，因此，常压塔在水的露点条件下会有液态水凝析出。所以注剂点M的主要目的是选择合适的缓蚀剂，例如液氨，在露点的条件下迅速溶于水，且比HCl气体快，防止气相中的HCl溶解在第一滴凝析水中引起高浓度的盐酸溶液对管壁造成露点腐蚀穿孔失效。同时通过工艺注剂点M注入水或缓蚀剂的另一个原因是：保证注入的水或缓蚀剂与油、气多相流介质充分混合，提高pH值，降低多相流介质的腐蚀特性，避免露点腐蚀失效。对于设置五台并联的换热器进口之前的间歇性的工艺注剂点A、B、C、D、E，其注剂类型为工艺软化水或除盐水，注剂点共5只，每台换热器前设置1只，工艺注剂点A~E的开启由1台工艺注水泵控制，主要根据换热器前后的压差进行调节。这是因为一旦换热器中出现铵盐结晶沉积堵塞管束，将会造成管束的流通面积减小，压降上升，直接引起换热器前后压差增加，若压力差大于标定工况下（无铵盐堵塞管束）的10%，则开启工艺注水泵溶解冲洗结晶沉积在换热器管束内的铵盐，直至压力差小于标定工况下的10%。对于图5所示的常压塔顶系统5台换热器并联的方式，防止铵盐结晶沉积的工艺注剂雾化喷嘴的要求是：既要保证换热器入口的液态水与油、气相雾化混合均匀，保证铵盐的溶解洗涤效果，又要保证进入5台换热器的工艺注剂量（注水量）均匀分布，防止偏流，以免引起部分换热器流速偏高，部分换热器流速偏低，进而诱发管束冲蚀减薄或铵盐结晶堵塞等流动腐蚀失效问题。

本发明的具体工作过程如下：

结合图1、图2、图3、图4、图5，对于本发明提出的一种控制管道流动腐蚀失效的工艺注剂装置，在常压塔顶部出口管道上注剂点M的注剂类型为无机氨、有机氨及缓蚀剂，或者软化水。油、气相介质经第二直管段16进入90^o弯头3，与注剂管道12下端雾化喷嘴6喷出的雾化介质充分混合后降低了其腐蚀特性，再经第一直管段1流出，避免了露点腐蚀失效的发生风险。在五台换热器入口设置的工艺注剂点（A、B、C、D、E），其注剂类型为软化水或除盐水，其工作过程是：常压塔顶部出口管道系统流出的油、气相介质经第二直管段16进入90^o弯头3，通过分布式控制系统DCS实时监测换热器前后的压差，若压力差高于标定工况10%，则开启工艺注剂（注水）泵进行注水，雾化喷嘴6末端通过锥孔喷射雾化扇形水雾与油、气相充分混合后分别进入五台并联的换热器，若换热器内出现NH₄Cl或NH₄HS盐的结晶沉积堵塞，则雾化混合后的水相可有效洗涤结晶沉积于管束内壁的铵盐，直至压力差低于标定工况的10%，则关闭工艺注水泵，停止工艺注水。

结合图5所示，常压塔顶部出口管道工艺注剂点M为连续常开状态（连续性注射），由一台工艺注剂泵控制；而五台换热器前的5只非连续式（间歇式）工艺注剂（注水）点（A、B、C、D、E）则统一由一台工艺注水泵控制，为保证一台注水泵的水量能够平均分配到五台换热器中，本发明在注剂管道12的上端设置了限流孔板17，由于有中心限流孔18的存在，在同一台工艺注水泵的作用下，5只工艺注水雾化喷嘴在相同压力降的作用下注入到每台换热器的水量误差极小，这是因为在同一尺寸中心限流孔18的自平衡效应下，提升了工艺注水量的平均分配效果，避免了部分换热器管束流速高造成冲刷腐蚀失效，另一部分换热器管束流速偏低从而引发管束堵塞，进而引起局部堵塞后的冲蚀失效。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种控制管道流动腐蚀失效的工艺注剂装置，其特征在于：包括90^o弯头（3）、注剂管道（12）、下法兰（10）、上法兰（11）、雾化喷嘴（6）、限流孔板（17）和注剂套管（19）；90^o弯头（3）背部竖直设有注剂套管（19），注剂套管（19）下端与90^o弯头（3）构成组合弯头，注剂套管（19）上端与下法兰（10）下端面固接，下法兰（10）上端面与上法兰（11）下端面间设有第一密封圈（13）、第二密封圈（14），上法兰（11）和下法兰（10）用螺栓连接，注剂管道（12）从上法兰（11）、下法兰（10）插入至90^o弯头（3）中，注剂管道（12）下端面固接有雾化喷嘴（6），注剂管道（12）下端的外壁从下至上依次安装第一辐板（8）和第二辐板（9）与注剂套管（19）构成浮动支撑，注剂管道（12）固定在上法兰（11）中心孔中，位于上法兰（11）外的注剂管道（12）经中心开有限流孔（18）的限流孔板（17）与第三直管段（20）连通；90^o弯头（3）的两端分别与第一直管段（1）和第二直管段（16）经对焊焊缝（2）连通。

2.根据权利要求1所述的一种控制管道流动腐蚀失效的工艺注剂装置，其特征在于：所述上法兰（11）、下法兰（10）、注剂套管（19）和第一直管段（1）同轴安装。

3.根据权利要求1所述的一种控制管道流动腐蚀失效的工艺注剂装置，其特征在于：所述雾化喷嘴（6）的上表面中心开设圆柱形孔（7），下表面中心开设圆锥形孔（5），注剂依次经圆柱形孔（7）、圆锥形孔（5）节流后能形成雾化扇形区域（4）。

4.根据权利要求1所述的一种控制管道流动腐蚀失效的工艺注剂装置，其特征在于：所述第一辐板（8）和第二辐板（9）均分别由6块规格相同的支撑板沿注剂管道（12）中心轴等距阵列构成，所述辐板最外侧与注剂套管（19）内壁的距离为5~8 mm。

5.根据权利要求1所述的一种控制管道流动腐蚀失效的工艺注剂装置，其特征在于：所述的注剂管道（12）内流动的注剂类型为水或缓蚀剂。