高压空冷器管束冲刷腐蚀的研究

摘要

高压空冷器是炼化加氢裂化装置中的关键设备之一，近年来，由于高硫原油加工量的逐年增大，空冷器及相联管道的冲蚀失效已成为制约装置安全、稳定运行的突出问题。国内外已开展了大量相关研究，但大部分仅考虑空冷器管束受到的腐蚀损伤，而没有充分考虑管内流体的流动情况对腐蚀的加剧作用。
　　 针对以上问题，本文主要以扬子石化公司芳烃厂高压空冷器EC102为研究对象，应用CFD模拟和冲蚀试验对空冷器管束的冲刷腐蚀损伤进行了研究。主要研究内容与结论如下：
　　 (1)对高压空冷器的应用以及冲刷腐蚀的研究进展和发展趋势进行了综述，并提出了本文的研究内容和目的。
　　 (2)对高压空冷器管束材料进行解剖与测试分析。结果可见，管束内表面存在大量黑褐色硫化物腐蚀产物(主要为Fe9S10)以及明显的腐蚀斑点，这表明是硫对材料的腐蚀。材料的机械性能测试表明，材料经长期服役后机械性能仍保持良好。
　　 (3)应用计算流体动力学软件FLUENT对管束内流场进行了数值模拟，初步探讨了流体力学因素与管束冲刷腐蚀的关系，并对受冲蚀破坏比较严重的位置进行了模拟分析。
　　 (4)设计并安装了冲刷腐蚀试验装置，进行冲刷腐蚀试验研究。根据试验数据与模拟计算结果，提出以壁面剪应力与流体湍流强度的乘积来表征冲刷对腐蚀的促进量，建立了它们之间的关系式。并以此对高压空冷器EC102管束冲刷腐蚀速率进行了预测，结果与解剖测试结果基本一致。
　　 (5)对空冷器管束进口端的衬管尾部结构进行了模拟、分析与结构优化。分析了5种不同衬管尾部过渡结构的流体湍流强度和对管壁剪切应力，分析结果表明：综合考虑流体的流动特性以及加工方便性和经济性，认为衬管尾部过渡结构采用1:4锥度结构比较合理。