渣油加氫裝置原料系統(tǒng)腐蝕分析及對策

胡 洋，劉志民，張鴻澤，李越強

(中國石油化工股份有限公司齊魯分公司，山東 淄博 255434)

某公司煉油廠渣油加氫裝置(簡稱VRDS)1992 年5 月建成投產(chǎn)，1999 年10 月進行了裝置擴能改造，年處理能力為1.5 Mt/a，主要加工中東減壓渣油，生產(chǎn)石腦油、柴油和蠟油。自2010 年3 月第四常減壓建成投產(chǎn)后以來，裝置加工原料為第三、四常減壓裝置直接熱進料的減壓渣油和減四線油，造成原料線系統(tǒng)多次出現(xiàn)腐蝕問題，影響裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)。

1 VRDS 原料系統(tǒng)流程

VRDS 原料現(xiàn)為三常減四線、四常減四線及罐區(qū)渣油，各部分原料的比例因全廠生產(chǎn)平衡略有不同。原料從原料緩沖罐V-1300 由P-1300 抽出，與來自V-1318 與E-1300 換熱的稀釋油混合，依次通過原料/常渣換熱器 E-1301A/B，E-1305A/B/C/D，E-1306A/B，E-1307A/B，E-1308A/B/C/D/E/F 換熱至300 ℃，分兩路進入反應(yīng)加熱爐(F-1310，F(xiàn)-1311)的對流室繼續(xù)預(yù)熱至320 ℃，然后經(jīng)過過濾器KF-1305，KF-1310，KF-1320 過濾，進入原料緩沖罐V-1310，由高壓進料泵P-1310 抽出進入加熱爐輻射段加熱后進入反應(yīng)器。原料系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 原料系統(tǒng)工藝流程示意Fig.1 Process diagram of feeding system

2 原料系統(tǒng)腐蝕情況

VRDS 裝置2011 年10 月22 日停工檢修，11月20 日進料開工正常，裝置運行至12 月下旬，發(fā)現(xiàn)進料泵P1310 和P1310A 排量下降，拆泵檢查后發(fā)現(xiàn)，泵入口段及泵殼體內(nèi)有多處蝕坑，五級導(dǎo)葉內(nèi)壁腐蝕穿孔，具體腐蝕部位照片見圖2～圖4。

圖2 P1310 入口段腐蝕照片(面積約50 mm×30 mm，最深度約10 mm)Fig.2 Corrosion in the entrance of P1310

圖3 P1310 5 級導(dǎo)葉內(nèi)壁腐蝕穿孔(面積約10 mm×10 mm，穿孔到牽拉螺栓孔內(nèi))Fig.3 Corrosion in inner wall of 5 stage guide blade

圖4 P1310 泵入口短節(jié)腐蝕照片F(xiàn)ig.4 Corrosion in entrance of P1310

3 腐蝕原因分析

3.1 VRDS 原料分析

VRDS 混合原料的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為2.86%，最高3.7%，最低1.72%，圖5 列出了2011 年1 月4 日到2014 年1 月4 日期間VRDS混合原料的硫含量變化趨勢。

圖5 混合原料硫含量分析Fig.5 Sulfur content in mixed feeding

VRDS 裝置目前日進料約為4 500 t，其中2 500 t為原料油，2 000 t 為稀釋油+急冷油+封油等。VRDS 原料組成及酸值分析見表1。

表1 VRDS 原料組成及酸值分析Table 1 Compositions and TANs of VRDS feeding

從表1 中可以看出，VRDS 目前原料情況下酸值超標(biāo)較嚴(yán)重，主要的酸值貢獻來自四常減三線。要將VRDS 酸值控制在0.5 mgKOH/g 以下，至少要將四常減三線的量降低到20 t/h 以下。表中四常減三線和減四線的酸值分析數(shù)據(jù)為LIMS 數(shù)據(jù)的平均值，對應(yīng)的原油酸值約為1.7 mgKOH/g。而本周期四常開工以來，裝置加工原油的酸值平均為1.81 mgKOH/g，最高2.5 mgKOH/g，因此，VRDS 原料中的酸值應(yīng)該更高。

在高硫、高酸、溫度大于240 ℃的情況下，碳鋼及Cr5Mo 鋼等材質(zhì)發(fā)生較嚴(yán)重的腐蝕問題。

3.2 設(shè)備管道材質(zhì)及操作溫度

原料系統(tǒng)主要管道從原料進裝置到P1310前，材質(zhì)為碳鋼，操作溫度從120 ℃升至320 ℃。加熱爐對流室爐管材質(zhì)為Cr5Mo，出口溫度為322 ℃。換熱器及容器材質(zhì)及操作溫度情況分別見表2 和表3。

表2 換熱器材質(zhì)及操作溫度統(tǒng)計Table 2 Materials and operating temperatures of heat exchangers

表3 容器類材質(zhì)及操作溫度統(tǒng)計Table 3 Materials and operating temperatures of vessels

從操作溫度看，換熱器選材沒有問題;容器類除幾組過濾器的殼體外，其他選材也沒有問題。在溫度高于240 ℃的操作條件下，管道選用碳鋼等級偏低。加熱爐對流室選用Cr5Mo 材質(zhì)也偏低。

3.3 腐蝕率測算

從前面的分析看，可能發(fā)生問題的是碳鋼管道和過濾器殼體，以及對流室的Cr5Mo 爐管。

按混合原料加工量為190 t/h、密度0.97 g/cm3計算，直徑219 mm 的主管道內(nèi)流速大約為1.7 m/s，對流室爐管出口流速大約為5.5 m/s，低于30 m/s的環(huán)烷酸流速限制，這些部位環(huán)烷酸腐蝕的流速因素可以忽略。根據(jù)API 581 附錄G-減薄技術(shù)模塊中提供的估算表格，按照設(shè)備管道使用溫度和硫含量，測算腐蝕速率，結(jié)果見表4～表6。

P1310/1310A/1310B 過流件為316L，葉輪直徑為290 mm，泵轉(zhuǎn)速為4 913 r/min，計算泵出口流體的線速度為76 m/s，高于30 m/s 的環(huán)烷酸流速限制，腐蝕速率按API 581 附錄G-減薄技術(shù)模塊的測算值的5 倍計算，結(jié)果見表7。

表4 原料中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.86%時碳鋼的腐蝕速率Table 4 Corrosion rates of carbon steel (Sulfur content is 2.86%)mm/a

表5 原料中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.7%時碳鋼的腐蝕速率Table 5 Corrosion rates of carbon steel (Sulfur content is 3.7%)mm/a

表6 316～344 ℃時Cr5Mo 的腐蝕速率Table 6 Corrosion rates of Cr5Mo at 316～344 ℃ mm/a

表7 316～344 ℃時316L 的腐蝕速率Table 7 Corrosion rates of 316L at 316～344℃ mm/a

從表4～表7 中可以看出，如果VRDS 原料中的酸值超過0.5 mgKOH/g，則232 ℃以上的碳鋼設(shè)備管道都會發(fā)生較嚴(yán)重的環(huán)烷酸腐蝕。應(yīng)控制混合原料的酸值不超過0.5 mgKOH/g。

4 對策及建議

4.1 調(diào)整原料配比降低混合原料酸值

對P1310/1310A/1310B 過流件的腐蝕，由于流速高，單純材質(zhì)升級很難徹底解決問題，因此首先要考慮降低四常減四線和減三線的量，保證VRDS 原料的酸值不超過0.5 mgKOH/g。如果能控制原料酸值低于0.2 mgKOH/g，則可以有效緩解該部位的環(huán)烷酸腐蝕。

4.2 優(yōu)化調(diào)整工藝流程

2013 年3 月渣油加氫裝置檢修時，將原料系統(tǒng)換熱流程進行了改造，圖6 和圖7 分別顯示了改造前后的換熱流程。改造后增加了蒸汽發(fā)生器E1520A/B 產(chǎn)0.8 MPa 蒸汽，并增加原料跨線13TIC1203，將E1308E/F 出口VRDS 原料溫度降低，保證VRDS 原料在加熱爐F1310/1311 對流室出口溫度280 ℃，前路的換熱系統(tǒng)溫度也不同程度下降，使設(shè)備管道環(huán)烷酸腐蝕得到控制。

圖6 改造前換熱流程Fig.6 Heat exchange flow diagram before revamping

圖7 改造后換熱流程Fig.7 Heat exchange flow diagram after revamping

4.3 材質(zhì)升級

對材質(zhì)偏低的部位如過濾器殼體、溫度高于240 ℃的管道、加熱爐對流室爐管，材質(zhì)升級到321。321 材質(zhì)在流速不高于30 m/s 條件下的腐蝕速率測算值見表8、表9。

表8 原料中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.86%時321 的腐蝕速率Table 8 Corrosion rates of 321 (the sulfur content is 2.86%)mm/a

表9 原料中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.7%時321 的腐蝕速率Table 9 Corrosion rates of 321 (the sulfur content is 3.7%)mm/a

4.4 加強腐蝕監(jiān)控

采用氫通量、定點測厚等方法，加強對材質(zhì)偏低部位的腐蝕監(jiān)控，增加檢測頻次，并考慮在流速較高的部位安裝高溫超聲波檢測點。同時，將VRDS 混合原料的酸值分析定期化，以便于更為準(zhǔn)確地監(jiān)控裝置的環(huán)烷酸腐蝕。

5 結(jié)語

渣油加氫裝置在處理高酸值原料油后，原料泵及管道都存在較嚴(yán)重的環(huán)烷酸腐蝕。通過原料調(diào)配、材質(zhì)升級、工藝流程改造等方法，可以有效降低原料系統(tǒng)腐蝕隱患，保證生產(chǎn)裝置的長期穩(wěn)定安全運行。