蒸汽喷射泵失效机理及常减顶防护对策研究

摘要

常减压系统是石化工业的第一道工序，由于近几年重质原油的引入，常减压设备面临的腐蚀风险日益加重，腐蚀的发生也日趋频繁，常减压系统中设备的腐蚀失效成为石油化工的行业难题。因此，针对常减压系统的腐蚀失效及防护措施的研究有着较强的现实意义。 本工作利用如扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）等测试手段，结合计算流体动力学（CFD）模拟，对发生在位于减压精馏塔塔顶的SAF2205双相不锈钢蒸汽喷射泵的严重失效问题进行了深入的研究。研究结果表明，常减压系统的进料油中硫、氯含量较高，同时现有的常减顶缓蚀剂注入工艺无法令缓蚀剂均匀地、充分地与塔顶气进行混合。这造成缓蚀剂对塔顶气中腐蚀性气体的吸收效率低下，从而造成塔顶气夹带酸性气体进入后续设备，在位于减顶的蒸汽喷射泵中形成H2S-HCl-H2O腐蚀环境。蒸汽喷射泵在运行过程中，流体因流动与换热过程发生冷凝现象，溶解HCl与H2S，形成HCl浓度高达10g/L的腐蚀介质，伴随60℃的较高温度，腐蚀喷射泵内壁。同时，喷射泵遭受流体的冲刷作用。泵体壁面迅速减薄并泄露的根本原因在于其遭受露点腐蚀，而流体冲刷作用则加速了该腐蚀过程。 为解决喷射泵及其他常减顶设备腐蚀问题，本工作从工艺防护的角度入手，通过设计直角式旋流雾化喷嘴向管路内注入缓蚀剂，旨在利用该喷嘴雾化效果优良且不易堵塞的优点，使缓蚀剂均匀地与气相混合，提高缓蚀剂对腐蚀性介质的吸收效率，从而降低常减压塔顶冷却系统中的设备所面临的失效风险。本工作利用CFD技术评价该结构的注入效果，结果显示，直角式旋流雾化喷嘴可以大大提高缓蚀剂与管路内塔顶气的混合效果，并能够通过提高注入量的方式提高管路内缓蚀剂的体积分率。在同等注入流量的前提下，单入口喷嘴与传统注入方式相比可将管路出口不均匀系数由1.20降至0.51，而双入口喷嘴则可进一步将该数值降至0.32。在对不同流量的模型进行研究后证明，通过直角式旋流喷嘴优化缓蚀剂注入方式可针对石油精馏塔塔顶冷却系统腐蚀问题进行有效防治，同时本研究也为解决塔顶冷却系统的低温腐蚀问题提供了一条新的研究思路。

目录

声明

1 绪论

1.1 石油化工系统的腐蚀研究现状

1.1.1 石油化工系统的腐蚀概况

1.1.2 腐蚀机理研究现状

1.2 工艺防腐研究现状

1.2.1 雾化模型

1.2.2 雾化手段

1.3 选题意义及研究内容

2 减顶蒸汽喷射泵腐蚀失效分析

2.1 失效背景

2.2 实验部分

2.2.1 样品制备

2.2.2 测试表征

2.3 数值模拟部分

2.4 失效分析

2.4.1 腐蚀流分析

2.4.2 失效行为分析

2.4.3 流态对失效的影响

2.4.4 失效机理分析

2.5 本章小结

3 塔顶缓蚀剂注入工艺设计与优化

3.1 缓蚀剂注入模型的构建

3.1.1 传统注入模型

3.1.2 单入口喷嘴模型

3.1.3 双入口喷嘴模型

3.2 常压塔塔顶管路缓蚀剂分布

3.2.1 液相分布分析

3.2.2 均匀性分析

3.2.3 流态分析

3.3 减压塔塔顶管路缓蚀剂分布

3.3.1 液相分布分析

3.3.2 均匀性分析

3.3.3 流态分析

3.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

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