酮回收塔腐蝕原因分析

崔志峰，袁文彬

(合肥通用機(jī)械研究院，安徽 合肥 230031)

酮苯脫蠟工藝是基礎(chǔ)油加工工藝中重要環(huán)節(jié)，其目的是降低基礎(chǔ)油中的蠟含量，改善潤(rùn)滑油的低溫性能，同時(shí)獲得副產(chǎn)品石蠟。酮苯脫蠟裝置中溶劑回收系統(tǒng)是用來(lái)對(duì)水溶劑中的丁酮、甲苯進(jìn)行回收的單元，是整套裝置中腐蝕比較嚴(yán)重的區(qū)域，酮回收塔是溶劑回收系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一。該文對(duì)某石化廠酮回收塔的腐蝕原因進(jìn)行了分析并與該塔風(fēng)險(xiǎn)分析的結(jié)果進(jìn)行了比較、提出防護(hù)措施。

1 腐蝕檢查情況

該設(shè)備20 世紀(jì)80 年代投用，使用已超過20 a，操作溫度為98 ℃左右，主體材質(zhì)采用A3R，塔盤材質(zhì)采用1Cr18Ni9Ti。塔盤腐蝕情況見圖1。

圖1 塔盤腐蝕情況Fig.1 Tray corrosion

從圖1 中可以看出，由于塔盤采用的是不銹鋼，所以塔盤表面良好，未見明顯的腐蝕;從塔頂部往下，第2 人孔至第4 人孔之間，每一層溢流堰、降液板均存在嚴(yán)重的腐蝕及缺損情況，典型宏觀腐蝕形貌見圖2、圖3;而在第2 人孔和第3 人孔塔體內(nèi)短節(jié)下部可以看見明顯的腐蝕減薄，最薄處只有1～2 mm，見圖4;在第2 和第4 人孔之間的塔壁發(fā)現(xiàn)大量的局部腐蝕坑，經(jīng)測(cè)量，典型腐蝕坑處的塔壁厚度約為7.8 mm，對(duì)比塔壁的原始建造壁厚，腐蝕坑的平均深度可達(dá)2～3 mm，典型宏觀腐蝕形貌見圖5。

圖2 降液板腐蝕情況Fig.2 Downcomer plate corrosion

2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.1 腐蝕原因分析

2.1.1 有機(jī)酸腐蝕

從已往的采樣數(shù)據(jù)中可以看出，酮回收塔系統(tǒng)的介質(zhì)一般呈現(xiàn)弱酸性，分析數(shù)據(jù)見表1，說(shuō)明介質(zhì)中會(huì)存在一定的有機(jī)酸腐蝕，并且隨著介質(zhì)溫度的升高，碳鋼的腐蝕速率也會(huì)相應(yīng)的加快，特別是在90～98 ℃，普通低碳鋼對(duì)腐蝕的承受能力是相當(dāng)?shù)拇嗳?。有機(jī)酸腐蝕主要有3 種。

圖3 溢流堰腐蝕情況Fig.3 Weir corrosion

圖4 人孔塔內(nèi)短節(jié)的腐蝕情況Fig.4 Manhole short section of tower corrosion

圖5 塔壁的腐蝕情況Fig.5 Inner wall of tower corrosion

表1 酮回收塔塔底腐蝕介質(zhì)分析數(shù)據(jù)Table 1 Ketone recovery tower bottom corrosion medium analysis data w，%

(1)糠酸腐蝕

糠酸的主要來(lái)源是從糠醛精制來(lái)的原料中含有少量的糠醛，糠醛經(jīng)過氧化后轉(zhuǎn)變?yōu)榭匪?。原料中糠醛的量一般?～25 kg/h，常壓下糠醛的沸點(diǎn)為161.7 ℃，而酮苯脫蠟裝置溶劑回收系統(tǒng)中的分壓很小，所以糠醛主要從各塔頂餾出進(jìn)入溶劑罐中，經(jīng)沉淀分層后被切入水溶液系統(tǒng)。

(2)環(huán)烷酸腐蝕

環(huán)烷酸主要是來(lái)自于原油中，環(huán)烷酸腐蝕的溫度范圍一般在220～400 ℃，酮苯脫蠟裝置加熱爐的出口溫度一般在195 ℃左右，所以環(huán)烷酸腐蝕非常輕微，但卻可以加速糠醛的氧化，見圖6［1］。

圖6 環(huán)烷酸對(duì)糠醛氧化速度的影響Fig.6 Naphthenic acid effect on oxidation rate of furfural

(3)溶劑氧化形成的有機(jī)酸腐蝕

丁酮溶劑在使用過程中會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)形成有機(jī)酸，特別是由于溶劑長(zhǎng)期循環(huán)使用，會(huì)導(dǎo)致形成的有機(jī)酸的濃度增加，尤其是對(duì)酮回收塔等介質(zhì)流速相對(duì)比較低的碳鋼設(shè)備，有一定的腐蝕。

2.1.2 垢下腐蝕腐蝕

根據(jù)查閱的以前的檢查報(bào)告，在酮回收塔的內(nèi)壁及構(gòu)件表面有比較明顯的銹垢層，尤其是塔內(nèi)構(gòu)件表面，由于塔內(nèi)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的人工機(jī)械及高壓水射流技術(shù)無(wú)法清除內(nèi)壁的銹蝕，這些銹垢層會(huì)導(dǎo)致酮回收塔產(chǎn)生比較嚴(yán)重的垢下腐蝕。

2.1.3 局部湍流腐蝕

當(dāng)流體介質(zhì)在金屬局部表面形成湍流時(shí)會(huì)在金屬表面產(chǎn)生切應(yīng)力，這種切應(yīng)力可以使金屬表面的保護(hù)膜或表面的腐蝕產(chǎn)物開裂和剝落，裸露的金屬會(huì)與腐蝕產(chǎn)物區(qū)或膜區(qū)構(gòu)成電偶腐蝕，導(dǎo)致腐蝕加?。?］，特別是在進(jìn)出料口附近。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果

在腐蝕檢查之前，根據(jù)設(shè)備的原始制造條件、采樣分析數(shù)據(jù)以及實(shí)際的操作條件，考慮設(shè)備的投用時(shí)間以及介質(zhì)的危害程度，首先對(duì)酮回收塔進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，評(píng)估結(jié)果如下:

設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)2C 為中風(fēng)險(xiǎn)，理論計(jì)算的均勻腐蝕的腐蝕速率為0.05 mm/a，而局部腐蝕的腐蝕速率為0.1 mm/a 左右，綜合考慮主要腐蝕機(jī)理為有機(jī)酸腐蝕及垢下腐蝕。由垢下腐蝕所導(dǎo)致的局部腐蝕的腐蝕速率要高于均勻腐蝕速率，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查的情況看，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際檢查結(jié)果基本一致。

3 防腐蝕措施

3.1 控制溫度

常壓下，糠酸與水的共沸點(diǎn)在97.5 ℃，而酮回收塔實(shí)際操作溫度一般在在96～98 ℃，導(dǎo)致糠酸無(wú)法從塔底排除，溫度過高不僅會(huì)導(dǎo)致酮回收塔本身腐蝕加重，也會(huì)對(duì)下游設(shè)備和管線造成的一定的腐蝕，所以針對(duì)這種情況，建議酮回收塔的塔頂溫度控制在97 ℃以下，這樣有利于緩蝕劑與糠酸形成的絡(luò)合物從塔底排出。

3.2 控制原料中糠醛含量

通過分析可知，有機(jī)酸腐蝕是造成酮回收塔腐蝕的主要原因，有機(jī)酸腐蝕中最主要的就是糠酸的腐蝕，因此降低糠酸的含量對(duì)于防腐蝕具有重要的意義。應(yīng)控制好糠醛精制階段溶劑回收塔的溫度、壓力和吹氣量，確保塔底精制油的醛含量合格。在精制油進(jìn)入裝置前，要有足夠的沉淀時(shí)間，盡可能使糠醛從精制油中分離出去。

3.3 采用合適的塔內(nèi)壁清洗方法

針對(duì)傳統(tǒng)的人工機(jī)械及高壓水射流技術(shù)無(wú)法清除內(nèi)壁的銹蝕，目前采用化學(xué)清洗的方法及采用硝酸加硝酸酸洗緩蝕劑“Lan-5”的方式對(duì)塔內(nèi)部進(jìn)行清洗［3］，從現(xiàn)場(chǎng)情況看，效果明顯，塔壁與塔盤干凈無(wú)殘留的污物。

3.4 采用合適的材料

從現(xiàn)場(chǎng)情況看，碳鋼材質(zhì)的降液板和溢流堰腐蝕減薄非常嚴(yán)重，根據(jù)這一情況，建議更換合適的耐腐蝕材料，以減少對(duì)工藝的影響。而在酮回收塔上、下游設(shè)備及管線，由于也同樣存在有機(jī)酸腐蝕減薄的情況，所以建議在關(guān)鍵部位進(jìn)行材質(zhì)升級(jí)，提高抗腐蝕能力。

4 結(jié)論

(1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)腐蝕檢查的情況看，酮回收塔的降液板、溢流堰以及塔壁的局部區(qū)域腐蝕減薄比較嚴(yán)重;

(2)有機(jī)酸腐蝕以及垢下腐蝕是酮回收塔腐蝕的主要原因;

(3)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果與實(shí)際檢查的結(jié)果基本一致;

(4)降低糠醛的含量、控制溫度、采用合適的清洗方法及選用合適的耐腐蝕材料是抑制腐蝕的有效措施。

［1］陳濤，李陵.酮苯脫蠟裝置水溶液系統(tǒng)的腐蝕與防護(hù)［J］.石化技術(shù)，2008，15(3):24-26.

［2］朱日彰，楊德均，沈卓身，等.金屬學(xué)報(bào)［M］，北京:冶金工業(yè)出版社，1989:178.

［3］王金娥.煉油廠酮回收塔的化學(xué)清洗［J］.清洗世界，2009，25(8):5-8 .