常減壓蒸餾裝置腐蝕分析與檢測(cè)

張中洋,高 明,李 靜

(1.中國石油化工股份有限公司天津分公司,天津 300270;2.空軍油料研究所,北京 100076;3.空軍 93668部隊(duì),北京 100076)

常減壓蒸餾裝置腐蝕分析與檢測(cè)

張中洋1,高 明2,李 靜3

(1.中國石油化工股份有限公司天津分公司,天津 300270;2.空軍油料研究所,北京 100076;3.空軍 93668部隊(duì),北京 100076)

國內(nèi)煉油企業(yè)因腐蝕問題影響裝置穩(wěn)定運(yùn)行的情況十分普遍,嚴(yán)重者造成安全事故。加工劣質(zhì)油后,出現(xiàn)腐蝕事故的頻次及程度不斷增加,從而各煉油企業(yè)對(duì)防腐檢測(cè)、防護(hù)及管理工作提出了更高的要求。對(duì)常減壓蒸餾裝置存在的主要腐蝕問題進(jìn)行了分析,通過總結(jié)定點(diǎn)測(cè)厚工作存在的缺點(diǎn)和不足,提出全新的腐蝕檢測(cè)理念。腐蝕檢測(cè)通過對(duì)設(shè)備原始資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,識(shí)別腐蝕存在部位及表現(xiàn)形式,分析設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)等級(jí);根據(jù)腐蝕機(jī)理和 RB I風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果,提出主要設(shè)備的測(cè)厚布點(diǎn),對(duì)管線進(jìn)行層次劃分并制定檢測(cè)原則;指出工藝防腐效果檢測(cè)與腐蝕檢測(cè)的關(guān)系,對(duì)原油質(zhì)量及電脫鹽控制、塔頂?shù)蜏夭课环栏O(jiān)測(cè)、在線探針監(jiān)測(cè)、不定期設(shè)備腐蝕檢測(cè)管理與分析提出建議,為常減壓蒸餾裝置腐蝕檢測(cè)與管理提供經(jīng)驗(yàn)。

常減壓蒸餾 腐蝕檢測(cè) 工藝防腐

某廠常減壓蒸餾裝置處理能力為 10 Mt/a,2009年建成投產(chǎn),該裝置主要由原油電脫鹽脫水、常壓蒸餾、減壓蒸餾和輕烴回收等部分組成。鑒于國際國內(nèi)原油市場(chǎng)的變化及提高經(jīng)濟(jì)效益的需要,裝置建成后所加工的混合原油的硫含量較以往有大幅度的提高,進(jìn)一步加劇了常減壓及后續(xù)裝置的腐蝕。國內(nèi)外煉油廠防腐對(duì)策主要包括原料控制、工藝防腐、腐蝕檢測(cè)、合理選材、陰極保護(hù)和涂層保護(hù)等。該裝置是按照加工硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于 2.56%的原油設(shè)計(jì)建造的,裝置選材基本符合 SH/T3096-2001《加工高硫原油重點(diǎn)裝置主要設(shè)備選材設(shè)計(jì)導(dǎo)則》、SH3059-2001《加工高硫原油重點(diǎn)裝置主要管道設(shè)計(jì)選材導(dǎo)則》的規(guī)定。但加工高硫原油后對(duì)防腐檢測(cè)、防護(hù)及管理工作提出了更高的要求,腐蝕檢測(cè)工作較以往應(yīng)更加精細(xì)、合理、及時(shí)、準(zhǔn)確,從而保證設(shè)備及管道的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

1 裝置腐蝕機(jī)理

(1)低溫 (≤120℃)輕油部位腐蝕:在蒸餾過程中 HCl及硫化物加熱分解生成的 H2S隨同原油中的輕組分一同揮發(fā)進(jìn)入分餾塔頂及冷凝冷卻系統(tǒng),當(dāng) HCl及 H2S都以氣體形式存在時(shí)是沒有腐蝕性的,但是,當(dāng)其在冷凝區(qū)出現(xiàn)液體水時(shí),HCl即溶于水中生成鹽酸,此時(shí)由于初凝區(qū)水量極少,鹽酸濃度很高,形成腐蝕性十分強(qiáng)烈的“稀鹽酸腐蝕環(huán)境”。若有 H2S存在,可加速該部位的腐蝕。

(2)高溫硫腐蝕:原油中所含硫化物的高溫腐蝕,實(shí)質(zhì)上是以硫化氫為主的活性硫的腐蝕。在實(shí)際的腐蝕過程中,首先是有機(jī)硫化物轉(zhuǎn)化為硫化氫和元素硫,接著是它們與碳鋼表面直接作用產(chǎn)生腐蝕,在 370℃的環(huán)境中以硫化氫腐蝕為主;在 350～400℃的環(huán)境中分解出來的硫元素比硫化氫有更強(qiáng)的活性,因此腐蝕也就更為激烈,此環(huán)境中低級(jí)硫醇也能與鐵直接反應(yīng)。

(3)環(huán)烷酸腐蝕:環(huán)烷酸與金屬表面的鐵反應(yīng)生成環(huán)烷酸鐵,環(huán)烷酸鐵易溶于油中,從而使更多的金屬表面暴露出來再次遭受酸腐蝕。由于原油中含有硫化氫,生成的環(huán)烷酸鐵將繼續(xù)與硫化氫反應(yīng),生成硫化鐵和環(huán)烷酸,使腐蝕循環(huán)下去。生成的環(huán)烷酸鐵富集后也是一種潛在的危險(xiǎn)源。因?yàn)?雖然環(huán)烷酸鐵本身沒有腐蝕性,但當(dāng)硫化氫存在時(shí),腐蝕循環(huán)即可發(fā)生,可能造成嚴(yán)重的局部腐蝕[2]。

2 腐蝕檢測(cè)與定點(diǎn)測(cè)厚

定點(diǎn)測(cè)厚是大多煉油廠發(fā)現(xiàn)裝置運(yùn)行隱患和檢測(cè)腐蝕率的重要手段,在腐蝕檢測(cè)中扮演著極其重要的角色[3]。該裝置原定點(diǎn)測(cè)厚方法如下:根據(jù)各裝置的腐蝕機(jī)理及分析結(jié)果,制定了各裝置工藝設(shè)備和管道的定點(diǎn)測(cè)厚方案,各裝置根據(jù)檢測(cè)方案堅(jiān)持每季度檢測(cè)一次,針對(duì)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位加大頻次,對(duì)出現(xiàn)的問題擴(kuò)大范圍舉一反三,根據(jù)測(cè)厚結(jié)果對(duì)定點(diǎn)測(cè)厚方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整測(cè)厚部位和測(cè)厚頻率,使測(cè)厚布點(diǎn)合理,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。實(shí)踐證明,這種方法存在覆蓋面小、檢測(cè)時(shí)機(jī)不夠及時(shí)準(zhǔn)確、測(cè)厚布點(diǎn)主要依靠理論及技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)、與其他防腐監(jiān)測(cè)方法結(jié)合不夠、查找隱患能力不足等缺點(diǎn)。針對(duì)以上缺點(diǎn),組織專業(yè)技術(shù)人員對(duì)定點(diǎn)測(cè)厚方法進(jìn)行修改和補(bǔ)充,提出一種全新的腐蝕檢測(cè)理念。其特點(diǎn)在于:充分結(jié)合腐蝕機(jī)理、RBJ風(fēng)險(xiǎn)分析、測(cè)厚歷史數(shù)據(jù)及工藝防腐運(yùn)行狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,制定檢測(cè)方案,對(duì)管線測(cè)厚進(jìn)行分層次檢測(cè)和管理,對(duì)工藝防腐監(jiān)測(cè)管理和不定期設(shè)備腐蝕檢測(cè)管理給出分析意見。

2.1 原始資料統(tǒng)計(jì)與分析

搜集裝置設(shè)備與管道檔案資料,重點(diǎn)審查材質(zhì)、操作溫度、介質(zhì)等信息;對(duì)裝置腐蝕機(jī)理、RB I風(fēng)險(xiǎn)分析[4]、理論腐蝕速率[5,6]、測(cè)厚歷史數(shù)據(jù)及工藝防腐狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,識(shí)別材質(zhì)偏低隱患、識(shí)別腐蝕存在部位及表現(xiàn)形式、分析風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。腐蝕機(jī)理分析見表 1,主要設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)排序及依據(jù)見表 2。表 2中失效可能性共分 3級(jí);失效后果分為A,B,C,D和 E5級(jí)。

表 1 腐蝕機(jī)理分析Table 1 Analyses for corrosion mechanis m

表 2 主要設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)排序及排序依據(jù)Table 2 The risk rank ofmajor eguipment and the basis of ranking

常減壓蒸餾裝置主工藝管道共 910條,其中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中級(jí)的有 127條,風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中高級(jí)的有10條;存在低溫腐蝕的管道有 35條,存在高溫硫腐蝕的管道有 105條,存在環(huán)烷酸腐蝕的管道 105條,存在應(yīng)力腐蝕開裂傾向的管道有 49條。

2.2 參照依據(jù)

《加工高硫高酸原油重點(diǎn)裝置主要設(shè)備設(shè)計(jì)選材導(dǎo)則》SH/T3096— 2001;

《加工高硫高酸原油重點(diǎn)裝置主要管道設(shè)計(jì)選材導(dǎo)則》SH/T3129— 2002;

中國石油化工股份有限公司《加工高硫高酸原油部分裝置在用設(shè)備及管道選材指導(dǎo)意見》;

中國石油化工股份有限公司《加工高含硫原油裝置設(shè)備管道測(cè)厚管理規(guī)定》;

API Publication 581,Risk-Based Inspection Base Resource Document;

API RecommendedPractice 580,Risk-Based Inspection,First Edition;

《石油化工裝置設(shè)備腐蝕與防護(hù)手冊(cè)》;

2.3 測(cè)厚布點(diǎn)及檢測(cè)原則

2.3.1 主要設(shè)備測(cè)厚布點(diǎn)

根據(jù)腐蝕機(jī)理和 RB I風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果,分析出主要設(shè)備及管道的測(cè)厚布點(diǎn),主要設(shè)備的測(cè)厚部位見表3。

表 3 主要設(shè)備的測(cè)厚部位Table 3 Thicknessmeasurement site ofmajon eguipment

2.3.2 管線的層次劃分與檢測(cè)原則

根據(jù)腐蝕機(jī)理、RB I風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果、裝置物流特性、硫分布、管線的重要性及出現(xiàn)腐蝕的危害程度,通常將常減壓蒸餾裝置的管線分成三個(gè)層次,這樣既可以保證測(cè)厚的有效覆蓋面,保證查找隱患的能力,又可以避免重復(fù)性的工作。第一層次的管線包括存在中高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的管線、部分存在中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的管線、存在應(yīng)力腐蝕開裂傾向的管線、存在低溫腐蝕的常頂及減頂油氣線、部分高溫硫 /環(huán)烷酸腐蝕的管線。中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的管線參照《加工高硫高酸原油重點(diǎn)裝置主要管道設(shè)計(jì)選材導(dǎo)則》將硫含量較高并且材質(zhì)偏低的部位歸為第一層次;存在高溫硫 /環(huán)烷酸腐蝕的管線中將操作溫度在 270～280℃或流速較高存在湍流的部位歸為第一層次;存在應(yīng)力腐蝕開裂傾向的管線在檢測(cè)時(shí)除定點(diǎn)測(cè)厚以外,還應(yīng)定期做無損檢驗(yàn)。綜合以上原則第一類管線共 210條。第二層次的管線包括剩余的存在高溫硫 /環(huán)烷酸腐蝕的管線、剩余的中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的管線、腐蝕機(jī)理不明確但對(duì)裝置重要性高的管線、高溫高壓管線及流速較大的部位。綜合以上原則第一類管線共 335條。除第一層次、第二層次之外,將裝置剩余的管線都?xì)w為第三層次。

在從事腐蝕檢測(cè)時(shí),第一層次管線需將所有的彎頭、三通及短節(jié)都納入檢測(cè)范圍,并在每一輪腐蝕檢測(cè)工作中對(duì)各部位均進(jìn)行對(duì)應(yīng)檢測(cè),一年至少完成三輪檢測(cè)。第二層次管線需選取重點(diǎn)并具有代表性部位進(jìn)行檢測(cè),一年至少完成兩輪檢測(cè),減薄部位需增加檢測(cè)頻次。第三層次管線需選取重點(diǎn)部位進(jìn)行檢測(cè),一年至少完成一輪檢測(cè)。在每一輪檢測(cè)工作完成后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,分析減薄原因,提出控制措施,并對(duì)檢測(cè)方案進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。

3 工藝防腐蝕

工藝防腐是解決常減壓蒸餾裝置塔頂?shù)蜏夭课桓g的有效措施,其效果的好壞主要是通過原料質(zhì)量的控制、電脫鹽效果監(jiān)測(cè)、塔頂冷凝水分析、在線探針監(jiān)測(cè)及設(shè)備管線測(cè)厚結(jié)果來進(jìn)行評(píng)價(jià)的。工藝防腐蝕方案應(yīng)根據(jù)加工原料的變化、防腐效果評(píng)估、腐蝕檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整;工藝防腐蝕方案發(fā)生改變時(shí),應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況安排合理的腐蝕檢測(cè)方式。

3.1 原料質(zhì)量及電脫鹽監(jiān)測(cè)

控制好進(jìn)裝置原油的硫含量、鹽含量、水含量,原則上不能超過設(shè)防值。當(dāng)有特殊情況需短期、小幅超出設(shè)計(jì)值時(shí),要制訂并實(shí)施嚴(yán)格的工藝防腐蝕措施,同時(shí)要加強(qiáng)薄弱部位的腐蝕檢測(cè)和對(duì)工藝防腐蝕措施實(shí)施效果的監(jiān)督。

電脫鹽的注水量、操作溫度、壓力、混合強(qiáng)度、電場(chǎng)強(qiáng)度、界位控制和停留時(shí)間等操作條件應(yīng)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確定,原油品種變化時(shí),及時(shí)進(jìn)行工藝評(píng)價(jià)與篩選研究,并對(duì)實(shí)際的脫鹽工藝和藥劑進(jìn)行合理調(diào)整,確保電脫鹽具有最佳效果。

3.2 塔頂?shù)蜏夭课环栏g監(jiān)測(cè)

對(duì)于該常減壓蒸餾裝置分別在常壓塔、減壓塔和穩(wěn)定塔塔頂?shù)蜏夭课患幼⒘斯に嚪栏?按照中石化工藝防腐管理規(guī)定,在施加工藝防腐的部位需有相應(yīng)的監(jiān)測(cè)措施,即應(yīng)對(duì)三塔頂冷凝水中氯離子、鐵離子及 pH值進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)并制定嚴(yán)格的控制指標(biāo)?！叭ⅰ焙笏斃淠刂浦笜?biāo)詳見表 4。

表 4 “三注”后塔頂冷凝水控制指標(biāo)Table 4 Control targets of overhead condensatewater after‘pr iming’

3.3 在線探針監(jiān)測(cè)

電脫鹽及塔頂?shù)蜏夭课环栏ЧO(jiān)測(cè)對(duì)工藝防腐效果的評(píng)價(jià)具有一定的滯后性,無法快速及時(shí)地將數(shù)據(jù)反饋給操作現(xiàn)場(chǎng),故僅能作為事后評(píng)價(jià)分析的工具。因此在現(xiàn)場(chǎng)安裝在線探針,既可以準(zhǔn)確地掌握設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的腐蝕速率,預(yù)測(cè)設(shè)備的使用壽命,也可以在腐蝕速率驟然變化時(shí),及時(shí)檢查操作系統(tǒng),找出問題所在,快速反應(yīng)強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制操作?，F(xiàn)場(chǎng)安裝在線探針位置見表 5。

表 5 現(xiàn)場(chǎng)安裝在線探針位置Table 5 The on-siteinstallation location of online probe

4 不定期設(shè)備腐蝕檢測(cè)管理與分析

(1)根據(jù)不同檢測(cè)方式的檢測(cè)結(jié)果,不定期進(jìn)行腐蝕檢測(cè),如氫通量測(cè)試、熱成像測(cè)試、煙道氣硫酸露點(diǎn)測(cè)試等,并對(duì)檢測(cè)結(jié)果分析整理。

(2)煙氣露點(diǎn)測(cè)定:控制排煙溫度,確保管壁溫度高于煙氣露點(diǎn)溫度 10～15℃,露點(diǎn)溫度可以使用露點(diǎn)測(cè)試儀檢測(cè)得到。

(3)檢測(cè)并分析爐管熱電偶數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語

對(duì)常減壓蒸餾裝置進(jìn)行了腐蝕原因分析;對(duì)定點(diǎn)測(cè)厚工作進(jìn)行補(bǔ)充和完善,提出全新的腐蝕檢測(cè)理念;對(duì)工藝防腐情況進(jìn)行了探討,為常減壓蒸餾裝置腐蝕檢測(cè)與管理提供了經(jīng)驗(yàn)。

[1] 饒興鶴.煉油工業(yè)防腐技術(shù)的若干進(jìn)展[J].煉油,2000,5(1):65-70.

[2] 勝利煉油廠主編 .煉油廠設(shè)備的腐蝕與防腐[M].北京:石油工業(yè)出版社,1979:49-207.

[3] 王百森.煉油裝置全面腐蝕控制體系建立與運(yùn)行[J].石油化工設(shè)備,2009,38(5):69-72.

[4] API Publication 581-Risk-Based Inspection Base Resource Document[S].

[5] SH/T3096-2001,加工高硫高酸原油重點(diǎn)裝置主要設(shè)備設(shè)計(jì)選材導(dǎo)則[S].

[6] SH/T3129-2002,加工高硫高酸原油重點(diǎn)裝置主要管道設(shè)計(jì)選材導(dǎo)則[S].

[7] 夏延燊.蒸餾裝置塔頂冷凝系統(tǒng)防腐蝕工藝與腐蝕監(jiān)測(cè)[J].石油化工設(shè)計(jì),2007,24(3)55-58.

[8] 曾彥華.腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)在煉油裝置上的應(yīng)用[J].石油化工腐蝕與防護(hù),2005,22(1):56-59.

Analysis of Corrosion in At mospheric-vacuum D istillation and Testing

Zhang Zhongyang1,GaoM ing2,L i Jing3
(1.SINOPEC Tianjin Com pany,Tianjin 300270;2.O il Fuel Research Institute of A ir Force,Beijing 100076;3.Beijing93668A ir Force,Beijing100076)

When the refinery began to process low-quality crudes,the occurrence frequency of corrosion-related accidents and corrosion degrees are increased,which demands higher requirements for corrosion testing,corrosion protection and corrosion management of oil refining companies.The main corrosion problems in the atmospheric-vacuum distillation units are analyzed,inefficiency and shortcomings in fixed-point thickness measurement are summarized,and new corrosion testing concepts are proposed.In corrosion testing,the original data of equipment are first systematically analyzed to know the corrosion locations and forms and analyze the risk class of equipment.Based upon the corrosion mechanis ms and results of RB I risk analysis,the thickness measurement points distribution of main equipment are proposed,piping is classified and associated testing principles are deter mined.The relationship between process corrosion prevention testing and corrosion testing is described.Recommendations are proposed for control of crude quality and electric desalting,monitoring of corrosion in tower overhead low-temperature section,online electrical probe testing,random equipment corrosion testing management and analysis,which provides good experience for corrosion testing and corrosion management of atmospheric-vacuum distillation units.

atmospheric-vacuum distillation unit,corrosion testing,process corrosion prevention

TE986

A

1007-015X(2011)06-0040-04

2011-09- 02;修改稿收到日期:2011-10-14。

張中洋 (1982-),工程師,2008年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)化學(xué)工藝專業(yè),現(xiàn)主要從事煉油化工設(shè)備的腐蝕檢測(cè)與分析、實(shí)用腐蝕防護(hù)與檢測(cè)技術(shù)的開發(fā)。郵箱:zhangzhongyang1982@163.com

(編輯 張向陽)