石化系统铵盐结晶沉积预测及腐蚀规律研究

【摘要】近年来，随着世界能源危机的加剧，炼油工业含氯、高氮、高硫、高酸等劣质原油的加工比例不断增加，引发了普遍的流动腐蚀失效事故，严重影响了企业的安全生产和经济效益。铵盐结晶沉积及腐蚀作为劣质油加工过程中的典型失效形式，与工艺过程、设备结构材质等密切相关，失效机理复杂，难以预测和防控，已成为制约炼油装置长周期安稳运行的关键因素。本文以石化加氢反应流出物系统为研究对象，通过热力学计算获得铵盐结晶的平衡曲线，分析冷换设备中的铵盐结晶沉积机理，明确铵盐结晶发生的临界条件；通过Aspen仿真软件建立加氢反应流出物的多相平衡模型，分析冷却分离过程中易结晶组分的平衡分布规律；将Aspen工艺过程仿真和铵盐结晶热力学模型相结合，构建铵盐结晶温度及结晶速率的定量计算方法，分析不同原料油组成、不同工况下的铵盐结晶规律，明确铵盐结晶的主要影响因素。针对加氢反应流出物多相流体系，基于Eulerian-Lagrange方法建立铵盐颗粒的流动沉积计算模型，借助Fluent进行空冷器系统的CFD仿真求解，获得各空冷管束中的多相流分布规律及铵盐颗粒的流动沉积规律，实现铵盐沉积的定量预测，明确空冷器系统铵盐沉积失效的危险区域，并通过现场红外热成像检测对预测结果进行验证。设计搭建铵盐腐蚀模拟实验装置，研究五种典型石化材料在不同温湿度下的垢下腐蚀规律，结合SEM和EDS对材料的腐蚀形貌及腐蚀产物成分分析，提出铵盐的垢下腐蚀机理及石化工艺中铵盐腐蚀形态的转换机制；通过开路电位、极化曲线等分析典型材料在饱和NH4Cl溶液中的腐蚀电化学特征和耐腐蚀性能；通过极化曲线和SEM腐蚀形貌分析研究流动条件下，典型材料在饱和NH4Cl溶液中的钝化特性及腐蚀产物膜的保护性能。本文创新之处在于：基于热力学计算和工艺过程仿真构建复杂石化多相流体系的铵盐结晶计算模型，分析铵盐结晶沉积机理及主要影响因素；基于含固多相流相间耦合作用，构建铵盐流动沉积的定量预测方法；基于铵盐腐蚀模拟实验，提出铵盐的垢下腐蚀机理及腐蚀形态转换机制。研究成果可为石化系统铵盐沉积风险评估、关键设备的寿命预测、设计选材优化等提供理论基础。
【作者】王宽心；
【导师】偶国富；
【作者基本信息】浙江理工大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】石化系统；加氢反应流出物；铵盐；结晶沉积；垢下腐蚀；

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