用于乙烯装置裂解气压缩机段间的缓蚀防控装置及其方法与流程

本发明涉及一种用于乙烯装置裂解气压缩机段间的缓蚀防控装置及其方法，属于石油化工腐蚀防护技术领域。

背景技术：

蒸汽裂解制乙烯工艺中，石脑油、加氢柴油等原料在高温下裂解生成h2和以c1～c4为主的混合烃气体产品，同时伴随着产生一些酸性气，主要有co2、h2s、hcl、有机酸(如ch3cooh)，还有一些有机硫(cos)。这些酸性气随同裂解气一起进入烯烃分离流程，在碱洗塔前裂解气压缩机段间的设备和管线常出现腐蚀，腐蚀形式常存在co2-h2s-hcl-(r-cooh)-cos-h2o等多介质、多机理耦合，造成腐蚀防控难。

为了减缓裂解气中的酸性气体的腐蚀性，工程上普遍在裂解气压缩机段间增加注入中和缓蚀剂工艺，注剂管多采用内伸结构方式，垂直插入至主管中心，同时为了便于缓蚀剂在裂解气中的分散均匀，将注剂管端部设置成与主管水平结构，并加装雾化喷头。近年来，通过对国内多家乙烯装置进行调研发现，垂直注入方式，虽然具有较好的缓蚀效果，但位于缓蚀剂注入口下游一段范围内的管线仍存在严重的腐蚀现象，这是因为垂直插入方式在裂解气流场力的作用下，会导致注剂管尾部偏离主管中心，无法保证注剂位置的精准性，不利于管道表面形成均匀有效的防护膜。此外，缓蚀剂与裂解气接触面积越大，缓蚀剂喷射流速与裂解气流速比越小，越有利于提高缓蚀剂在裂解气中的分散均匀性，而现有的雾化喷头采用与注剂管未充分考虑到这个特性，多采用与注剂管同径的雾化喷头。

因此，本发明提出了一种用于乙烯装置裂解气压缩机段间的缓蚀防控方法，从缓蚀剂筛选、用量、注入方式、注入形式等方面进行综合考虑，实现缓蚀剂精准、稳定注入，缓蚀剂可快速均匀分散至注剂管入口下游管道表面形成均匀有效的防护膜，提升缓蚀效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于乙烯装置裂解气压缩机段间的缓蚀防控装置及其方法，可缓解或抑制乙烯装置裂解气压缩机段间钢制设备/管线在co2-h2s-hcl-(r-cooh)-cos-h2o等多介质下的腐蚀，其核心在缓蚀剂注射管及其喷头结构和注射方式，促使缓蚀剂能快速、高效进行缓蚀，同时避免高通量裂解气下缓蚀剂分散不均且聚积冲蚀壁面影响安全生产的问题，具有高效、稳定、安全环保等优点，大幅提升装置长周期安全运行周期。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术手段：

本发明提供了一种用于乙烯装置裂解气压缩机段间的缓蚀防控装置，具体是一种缓蚀剂注入装置，所述缓蚀剂注入装置包括通过管道依次连接的缓蚀剂储存罐、加压泵、质量流量计、电磁控制阀以及缓蚀剂注射管，所述缓蚀剂注射管安装于所述乙烯装置的裂解气压缩机至压缩机出口换热器间的压缩机出口管线上。

优选的，所述缓蚀剂储存罐至所述加压泵间的管道上设置有紧急切断阀，配合所述质量流量计精准控制流量以保证安全。

优选的，所述缓蚀剂注射管的安装位置位于所述压缩机出口管线上稳定流动的直管段，避开高速螺旋流区域，且距离上游和下游弯头不小于3倍管径。

优选的，所述缓蚀剂注射管根据所述压缩机出口管线的管道空间布置采用顺流斜插入式安装，其与所述压缩机出口管线的管壁间夹角在10°～80°之间，插入长度在1/5至1/2管径之间。

优选的，所述缓蚀剂注射管的喷头为椭圆形、长方形或孔形型式，其喷口截面积根据裂解气流速、缓蚀剂粘性而调节，缓蚀剂与裂解气接触面积尽可能大，缓蚀剂喷射流速与裂解气流速比尽可能小；更优选的，对于粘度小的缓蚀剂，所述缓蚀剂注射管的喷头采用椭圆形或长方形型式，对于粘度大的缓蚀剂，所述缓蚀剂注射管的喷头采用带扩径段的孔形型式，其开孔率需控制在30～80％之间，扩径后直径小于1.5倍原直径。

本发明还提供了一种使用上述装置用于乙烯装置裂解气压缩机段间的缓蚀防控方法，包括以下步骤：

(1)筛选适用于co2-h2s-hcl-(r-cooh)-cos-h2o等多介质、多机理腐蚀环境和设备/管线所用钢材的缓蚀剂，以及合适的注入量；

(2)将缓蚀剂注射管安装于所述乙烯装置的裂解气压缩机至压缩机出口换热器间的压缩机出口管线上，其合适的安装位置、角度及喷头型式应根据现场条件选择；

(3)将配置好的缓蚀剂送至缓蚀剂储存罐储存，缓蚀剂物流经加压泵加压，通过质量流量计与电磁控制阀间的反馈调节回路，精准控制缓蚀剂注入的质量流率，将缓蚀剂经缓蚀剂注射管注入所述压缩机出口管线内，迅速被高通量裂解气撕碎并均匀分散进裂解气中，起到中和酸性气和在金属表面形成保护膜的双重保护作用，实现腐蚀防控。

优选的，所述缓蚀剂选自2-氨基乙醇、3-甲氧基丙胺、咪唑啉、咪唑啉酰胺、曼尼希碱季铵盐、钼酸钠其中之一或其组合；缓蚀剂的内极性基团(如氨基、甲氧基、羟基、钼酸根)与金属表面的空电子轨道配位形成吸附膜，或与金属表面fe² 反应生成沉淀膜，对co2-h2s-hcl-(r-cooh)-cos-h2o腐蚀介质同时起缓解/抑制腐蚀作用，且对环境友好、不影响目标产品质量和收率。

优选的，所述缓蚀剂为2-氨基乙醇与3-甲氧基丙胺的组合，在很少的注入量下即可达到较高的缓蚀效率，缓蚀效果不低于90％。

优选的，所述缓蚀剂的注入量需根据设备/管线所用钢材，现场取样分析各腐蚀介质浓度以及后续设备/管线中铁离子含量后而调节。

优选的，所述缓蚀剂储存罐至所述加压泵间的管道上设置有紧急切断阀，配合所述质量流量计精准控制流量以保证安全。

相较于现有技术，本发明的有益效果在于：

(1)本发明的缓蚀防控装置及其方法适应性强，可缓解或抑制乙烯装置裂解气压缩机段间钢制设备/管线在co2-h2s-hcl-(r-cooh)-cos-h2o等多介质下的腐蚀，且缓蚀剂注入精准、稳定，可提升注剂管入口下游管道的防护效果；

(2)本发明的缓蚀剂注入方式能使缓蚀剂更加充分、均匀地分散在裂解气中，可提升缓蚀效果，避免高通量裂解气下缓蚀剂分散不均且聚积冲蚀壁面影响安全生产的问题。

附图说明

图1是本发明用于乙烯装置裂解气压缩机段间的缓蚀防控工艺图；

符号说明：1、乙烯装置的裂解气压缩机(乙烯裂解气压缩机i～iv段)；2、压缩机出口管线；3、缓蚀剂注射管；4、压缩机出口换热器；5、碱洗塔；6、缓蚀剂储存罐；7、紧急切断阀；8、加压泵；9、质量流量计；10、电磁控制阀。

图2是本发明针对不同压缩机出口管线的管道空间布置下的缓蚀剂注射管布置图；

符号说明：1、缓蚀剂注射管；2、缓蚀剂注射管喷头；3、压缩机出口管线管壁。

图3是本发明的缓蚀剂注射管的喷头设计图；

符号说明：1、缓蚀剂注射管截面；2、缓蚀剂注射管喷口截面；3、缓蚀剂注射管喷头扩径段。

图4是不合适的缓蚀剂注入方式下缓蚀剂分布状况。

图5是本发明的缓蚀剂注入方式下缓蚀剂分布状况。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1

请参阅图1所示，本实施例提供了一种用于乙烯装置裂解气压缩机段间的缓蚀防控装置，具体是一种缓蚀剂注入装置，所述缓蚀剂注入装置包括通过管道依次连接的缓蚀剂储存罐6、加压泵8、质量流量计9、电磁控制阀10以及缓蚀剂注射管3，所述缓蚀剂注射管3安装于所述乙烯装置的裂解气压缩机1至压缩机出口换热器4间的压缩机出口管线2上。

其中，所述缓蚀剂储存罐6至所述加压泵8间的管道上设置有紧急切断阀7，配合所述质量流量计9精准控制流量以保证安全。

其中，所述缓蚀剂注射管3的安装位置位于所述压缩机出口管线2上稳定流动的直管段，避开高速螺旋流区域，且距离上游和下游弯头不小于3倍管径。

其中，所述缓蚀剂注射管3根据所述压缩机出口管线2的管道空间布置采用顺流斜插入式安装(如图2所示)，其与所述压缩机出口管线2的管壁间夹角α在10°～80°之间，插入长度h在1/5至1/2管径之间。

其中，所述缓蚀剂注射管3的喷头为椭圆形、长方形或孔形型式(如图3所示)，其喷口截面积根据裂解气流速、缓蚀剂粘性而调节，缓蚀剂与裂解气接触面积尽可能大，缓蚀剂喷射流速与裂解气流速比尽可能小；对于粘度小的缓蚀剂，所述缓蚀剂注射管的喷头采用椭圆形或长方形型式，对于粘度大的缓蚀剂，所述缓蚀剂注射管的喷头采用带扩径段的孔形型式，其开孔率需控制在30～80％之间，扩径后直径小于1.5倍原直径。

实施例2

请参阅图1所示，本实施例提供了一种使用实施例1装置的用于乙烯装置裂解气压缩机段间的缓蚀防控方法，包括以下步骤：

(1)筛选适用于co2-h2s-hcl-(r-cooh)-cos-h2o等多介质、多机理腐蚀环境和设备/管线所用钢材的缓蚀剂，以及合适的注入量；

(2)将缓蚀剂注射管3安装于所述乙烯装置的裂解气压缩机1至压缩机出口换热器4间的压缩机出口管线2上，其合适的安装位置、角度及喷头型式应根据现场条件选择，如实施例1中所述；

(3)将配置好的缓蚀剂送至缓蚀剂储存罐6储存，缓蚀剂物流经加压泵8加压，通过质量流量计9与电磁控制阀10间的反馈调节回路，精准控制缓蚀剂注入的质量流率，将缓蚀剂经缓蚀剂注射管3注入所述压缩机出口管线2内，迅速被高通量裂解气撕碎并均匀分散进裂解气中，起到中和酸性气和在金属表面形成保护膜的双重保护作用，实现腐蚀防控。

其中，所述缓蚀剂选自2-氨基乙醇、3-甲氧基丙胺、咪唑啉、咪唑啉酰胺、曼尼希碱季铵盐、钼酸钠其中之一或其组合；缓蚀剂的内极性基团(如氨基、甲氧基、羟基、钼酸根)与金属表面的空电子轨道配位形成吸附膜，或与金属表面fe² 反应生成沉淀膜，对co2-h2s-hcl-(r-cooh)-cos-h2o腐蚀介质同时起缓解/抑制腐蚀作用，且对环境友好、不影响目标产品质量和收率。

进一步地，所述缓蚀剂为2-氨基乙醇与3-甲氧基丙胺的组合，在很少的注入量下即可达到较高的缓蚀效率，缓蚀效果不低于90％。

其中，所述缓蚀剂的注入量需根据设备/管线所用钢材，现场取样分析各腐蚀介质浓度以及后续设备/管线中铁离子含量后而调节。

其中，所述缓蚀剂储存罐6至所述加压泵8间的管道上设置有紧急切断阀7，配合所述质量流量计9精准控制流量以保证安全。

实施例3

请参阅图1所示，本实施例采用实施例1的装置以及实施例2的方法，以某120万吨/年石脑油裂解制乙烯装置裂解气压缩机i～vi段1至碱洗塔5间设备与管线腐蚀防控为例，裂解气主要腐蚀介质为co2-h2s-hcl-ch3cooh-cos-h2o等，压缩机出口管线2和压缩机出口换热器4的管束材质分别为api-5l-b和10#钢，腐蚀机理以露点腐蚀和酸性水腐蚀为主。

所选缓蚀剂由2-氨基乙醇和3-甲氧基丙胺质量比1：1复配而来，ph为9，初次注入量相对腐蚀溶液量500ppm，以较高的速率快速形成保护膜，后续注入量相对腐蚀溶液量50ppm。

缓蚀剂注射管的安装位置选择每段压缩机出口管线2上稳定流动的直管段，避开高速螺旋流区域，且距离上游和下游弯头不小于3倍管径；缓蚀剂通过质量流量计9与电磁控制阀10间的反馈调节回路精准控制注入的质量流率，实现稳定注入；缓蚀剂注射管3采用顺流斜插入式安装，其与压缩机出口管线2的管壁间夹角为50°，插入长度为1/3管径，喷头采用孔形喷头，开孔率为40％，扩径后直径为1.2倍原直径，尽可能增大缓蚀剂与裂解气接触面积，尽可能降低缓蚀剂喷射流速与裂解气流速比。

与其他缓蚀剂注入方式相比，本发明的注入方式使裂解气压缩机i～vi段至碱洗塔间设备与管线腐蚀大幅得到缓解，平均腐蚀速率降低30％以上，压缩机出口管段和换热器管束腐蚀降低达90％以上。

与在压缩机出口管线不稳定段壁面或管中心注入相比，本发明的注入方式一方面可减少10％以上缓蚀剂用量，另一方面缓蚀效果稳定、高效，且可避免高通量裂解气下缓蚀剂分散不均且聚积冲蚀壁面影响安全生产的问题。图4展示了真实乙烯压缩机iii段出口管不合适的缓蚀剂注入方式下缓蚀剂分布状况(颜色表示缓蚀剂相浓度)，缓蚀剂聚集于喷口边壁附近，现场真实导致了管壁冲蚀减薄开裂；图5展示了同样管线下采用本发明的图2(a)和(c)缓蚀剂注入方式后缓蚀剂分布状况，缓蚀剂均匀分散于管内部，管壁面未见缓蚀剂聚集冲刷腐蚀现象，现场管壁冲蚀减薄现象得到明显的缓解。