钛制热交换器在精炼设备中的应用

　　在原油提炼过程中，原油脱盐后，一些残留的盐会水解成HCl，HCl蒸气到达冷凝器中冷凝后，与水形成盐酸，这种酸部分被氨或胺中和形成同样具有腐蚀性的铵盐或胺盐。因在HCl，NH4Cl，NH4HS中的耐蚀性好，多年来钛及钛合金已成功地用于石油精炼设备中，主要用作常压原油蒸馏塔冷凝器管组，其可靠性远高于碳钢；还可用作壳式热交换器、管式热交换器、空气冷却器及压力容器等。
　　Gr.2(相当于TA1)用作常压原油蒸馏塔冷凝器已达25年之久，其使用温度不能超过121℃。还可用于石油催化裂化装置、延时焦化装置、酸性溶液汽提塔，此时适宜的使用温度为99℃-121℃。Gr.12(相当于TA10)用作常压原油蒸馏塔冷凝器时使用温度不低于171℃，并可避免形成固态盐，但此时应选择适宜的水质洗涤剂和胺中和剂。新近用于精炼设备的Gr.16(Ti?0.04-0.08Pd)的使用温度高达177℃。
　　碳钢框架(如挡板、连接杆等)的腐蚀可使钛制管组过早地失效，因此管板和管组框架用材须合适，625合金、825合金、20Cb-3、400合金、甚至316L不锈钢可用作框架。采用壁厚为0.89mm的薄壁钛管时，挡板间距应尽可能小，以防钛管振动而使管组过早疲劳失效。为控制pH值和保护热交换器壳体、冷凝管、上贮存塔，通常在冷凝器内加入专用的水溶的或其它载体的中和胺，但对钛冷凝器尽量避免加入氨或胺形成高熔点的固态氯盐。
　　下面是钛在原油提炼设备中的具体应用情况。
　　1972年，常压原油蒸馏塔冷凝器／水冷热交换器中采用Gr.12钛管替换短碳钢管。钛管组在温度低于127℃的环境下使用长达25年以上无任何问题出现。
　　1973年，首次采用Gr.2装备原油蒸馏塔冷凝器／热交换器(使用温度为167℃)。使用不到一个月，出现渗漏现象，后改用Gr.12管组。Gr.12管组在这种恶劣的高温环境下已服役15年。
　　1994年为替代1年～2年即失效的碳钢管组，采用Gr.12和400合金组建两个常压原油蒸馏塔冷凝器／热交换器，进口温度分别为165℃和146℃。1998年第二个热交换器(位置较低的)出现渗漏，与挡板接触的管外壁破裂，远离挡板的管外壁上有分散的坑蚀点。在管组和挡板缝隙处存在腐蚀性很高的氯化胺盐，置于这种“干”氯化胺盐中的Gr.7(相当于TA9)，Gr.12，Gr.16极易被腐蚀，加入少量的水(1％)可有效地使钛合金处于钝态。
　　液体催化裂化装置、延时焦化装置分馏塔上冷凝器液流内含有高浓度的NH3和H2S，并含有少量的HCN，HCl，SO2和CO2。1992年采用Gr.2管组装备了液态渣滓催化裂化设备分馏塔上冷凝器。水质洗涤剂将馏分蒸气温度由138℃降102℃，Gr.2管组的使用效果良好。
　　1996年将Gr.12组装于分馏塔塔顶冷凝器，温度为141℃。冷凝物含有4％的NH4HS和0.012％的氰化物。冷凝器运行可靠。
　　采用汽提塔可去除H2S和NH3。汽提塔冷凝器内含30％～40％的NH4HS，还有少量的氯化物、氰化物及其它腐蚀性物质。钛可用作冷凝管组，因为钛是少数几种可有效抗高浓度NH4HS腐蚀的材料之一。
　　1995年，为处理来自炼焦厂、石油氢化处理厂的酸性排出物，在汽提塔塔顶安装了空气冷却管组(Gr.2)和顶盖箱。注入的蒸气温度不能超过118℃。冷凝物残留有15％左右的NH4HS，0.0030％～0.0035％的氯化物，0.0035％～0.0050％的氰化物。该设备至今连续运转良好。
　　1971年，Gr.2钛管组用作粗汽油氢化处理设备中稳定塔的进料／底部热交换器，壳体侧进给管温度达142℃，底部温度为247℃。服役25个月后，管组壁厚未发生变化；又经10个月后，管组的内外壁均局部腐蚀(如缝隙腐蚀)，管组出现故障。原因是180℃～200℃下，NH4Cl腐蚀金属管组。管板两侧添加隔热材料可降低钛管组的温度，使其不易被腐蚀。此后3年，管组未出现故障。
　　在壳体及连接管均为碳钢的常压原油蒸馏塔上冷凝器Gr.2钛管组内，含有的H2S腐蚀碳钢部件形成FeS，设备不工作时暴露于空气中的FeS可发生自燃，着火达数小时之久。检查发现，此时钛管组完全氧化，只残留氧化物壳。碳钢挡板和热交换器壳体基本完好，只是有些弯曲。使设备保持足够湿以消除氧化热，可防止自燃。
　　为安全使用钛合金，应研究其腐蚀抗力和工作环境的关系，如胺的类型(是否存在NH3)、氯化物的浓度、工作温度等对钛制部件腐蚀性的影响。