渣油加氫裝置的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)分析

張?zhí)煊?/p>

（中石油遼陽石化分公司油化廠，遼寧 遼陽 111003）

近些年來石油資源的重質(zhì)化、劣質(zhì)化水平不斷加劇，國家對于石油清潔能源的要求與日俱增。其中，石油中的渣油輕質(zhì)化可以說是企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要來源之一。結(jié)合渣油加氫處理的模板要求，對原料中的氮、硫等元素雜質(zhì)進(jìn)行脫除，在提供基本生產(chǎn)原料的同時(shí)也提升了產(chǎn)品的整體附加值，從而實(shí)現(xiàn)了資源的高效利用。為了進(jìn)一步探討渣油加氫裝置的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)結(jié)合具體案例工況分析如下。

1 工況概述

某企業(yè)渣油加氫裝置加工能力為年產(chǎn)200×104t，自加成后，配有一定減壓蠟油。其主要分為分餾、反應(yīng)以及脫硫等部分。其中反應(yīng)部分包括加氫反應(yīng)器以及加熱爐，分餾部分為分餾塔、汽提塔以及分餾進(jìn)料設(shè)備。在設(shè)備的使用過程中，原材料設(shè)計(jì)硫含量為3.1%，實(shí)際使用的硫含量為2.5%～3.7%，平均值超過了3.1%達(dá)到了3.59%。根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)來看，原料的硫含量超過設(shè)計(jì)值，所以硫含量增加，引發(fā)了裝置的低溫部位、高溫部位的腐蝕性雜質(zhì)含量增加，從而導(dǎo)致部位嚴(yán)重腐蝕。

2 渣油加氫裝置的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)

2.1 反應(yīng)部分的高溫部位腐蝕

從反應(yīng)原理上來看，高溫高壓的氫氣會(huì)引起多種不同情況的結(jié)構(gòu)性損傷，比如應(yīng)力開裂、氫脆以及氫腐蝕等。其中，應(yīng)力開裂是由于長期處于高溫環(huán)境下，氫分子裂解為原子，并通過高壓滲透到鋼材當(dāng)中，這些氫氣原子在冷卻過程中來不及擴(kuò)散，出現(xiàn)氫原子過飽和，從而導(dǎo)致材料的塑性、韌性受到嚴(yán)重的影響，這個(gè)過程一般會(huì)出現(xiàn)在150℃。在選擇加氫反應(yīng)器時(shí)，其中最容易發(fā)生開裂的位置就是密封槽的拐角部分以及內(nèi)部的焊縫部分。這兩個(gè)位置長期受到高溫高壓的影響，同時(shí)在加熱與冷卻過程中有接觸氫氣的情況，所以很容易出現(xiàn)氫腐蝕的問題。一般來說，在升溫過程中如果能夠調(diào)整操作壓力并保持在250℃進(jìn)行消氫，能夠有效避免氫腐蝕問題的產(chǎn)生。

從基本原理上來看，氫腐蝕屬于擴(kuò)散腐蝕，通過氫原子與碳化物反應(yīng)生產(chǎn)甲烷的方式來進(jìn)行內(nèi)部脫碳，隨后甲烷會(huì)具有一定的氣體壓力，這種壓力導(dǎo)致最終內(nèi)部開裂。在這個(gè)過程中，反應(yīng)部分的高溫區(qū)材料選擇需要根據(jù)操作壓力與氫分壓進(jìn)行挑選，盡可能接近耐腐蝕的設(shè)計(jì)要求。對于硫化氫類型的腐蝕，則需要選擇奧氏體不銹鋼這種材料，能夠有效減緩腐蝕的速率。

2.2 反應(yīng)部分的低溫部位腐蝕

低溫部分的腐蝕主要包括物換熱、高壓換熱器、高壓空冷器以及分離器等設(shè)備，其常出現(xiàn)的腐蝕類型有氯化銨鹽腐蝕、硫化氫腐蝕以及硫氫化銨鹽的腐蝕。根據(jù)反應(yīng)過程來看，渣油的加氫裝置氯化物的反應(yīng)主要發(fā)生于230℃的高熱分氣換熱器，該過程中氯化氫與氨氣的反應(yīng)生產(chǎn)了鹽結(jié)晶體，這種結(jié)晶體會(huì)在很大程度上堵塞換熱器的管束，從而導(dǎo)致腐蝕問題。為了解決這個(gè)問題，需要在換熱器的入口部分注入水，通過沖洗氯化銨的方式來進(jìn)行處理，同時(shí)還可以采取間斷的注水模式，通過高壓換熱器的壓降來進(jìn)行監(jiān)控，這樣一來就可以在超過臨界值時(shí)隨時(shí)進(jìn)行注水。在不需要注水時(shí)，則需要通過管理閥門的方式來防止水泄漏，否則就會(huì)出現(xiàn)酸性溶液進(jìn)而導(dǎo)致腐蝕加劇。結(jié)合實(shí)際情況，選擇不同的耐腐蝕材料，這里不推薦繼續(xù)使用奧氏體不銹鋼，可以選擇的材料有鎳基合金、雙相不銹鋼等等。

引起酸性水腐蝕主要原因是水中有硫化氫或者氨氣，這些氣體混合后會(huì)形成硫氫化銨結(jié)晶體，會(huì)導(dǎo)致沖蝕類型的腐蝕。導(dǎo)致腐蝕的因素是多方面的，硫氫化銨的濃度、流速都是重要的部分。除此之外，PH值也是一個(gè)問題，氧含量、氰化物的含量等都是需要考慮的部分。根據(jù)實(shí)際的操作經(jīng)驗(yàn)來看，出現(xiàn)腐蝕的位置一般集中于低壓的空冷器以及其他管線，而空冷器的管束腐蝕主要集中于加氫的裝置上，這都是導(dǎo)致裝置非計(jì)劃停工的重要原因，同時(shí)也會(huì)影響到裝置的安全運(yùn)行。

濕硫化氫的腐蝕一般發(fā)生于120℃低溫當(dāng)中，腐蝕的形態(tài)主要包括減薄以及應(yīng)力的開裂。在濕硫化氫的環(huán)境當(dāng)中，低合金鋼的腐蝕速度往往與硫化氫的含量、系統(tǒng)的PH值具有密切的關(guān)聯(lián)，同時(shí)如果腐蝕溫度達(dá)到65℃后，那么硬度與應(yīng)力水平將成為主要的影響因素，為了防止腐蝕，可以通過焊接后熱處理來消除應(yīng)力。

2.3 脫硫部分的腐蝕

在脫硫部分發(fā)生的腐蝕主要是由于環(huán)境中的硫化氫融入水所導(dǎo)致的。在設(shè)備使用過程中，為了防止這類腐蝕，需要控制鋼材中的錳含量，同時(shí)還需要避免各種類型的夾雜物的影響，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)的方式來避免出現(xiàn)應(yīng)力集中的問題。在焊接處理后，需要對應(yīng)力進(jìn)行消除，通過熱處理確保焊縫以及周圍硬度在合理區(qū)間，通過降低濕硫化氫的應(yīng)力腐蝕的敏感性來確保不出現(xiàn)裂紋。在耐腐蝕控制過程中，需要參考胺液的腐蝕性質(zhì)，其大多表現(xiàn)為應(yīng)力腐蝕開裂以及腐蝕減薄等，所以作為一種堿性環(huán)境下的腐蝕影響，其往往與PH值、應(yīng)力等因素具有密切的關(guān)聯(lián)。根據(jù)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)來看，在設(shè)備使用過程中，90℃以上的再生塔經(jīng)常出現(xiàn)這種類型的腐蝕，所以需要通過調(diào)整溫度范圍和進(jìn)行應(yīng)力預(yù)處理的方式來解決該問題，防止出現(xiàn)腐蝕開裂的問題。在環(huán)境中腐蝕減薄與腐蝕性雜質(zhì)的選取具有密切的關(guān)聯(lián)，在過濾時(shí)需要考慮到負(fù)荷設(shè)計(jì)的問題，盡可能通過溫度控制的方式來避免系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕。

2.4 循環(huán)冷卻水的腐蝕

循環(huán)水系統(tǒng)中的腐蝕主要屬于電化學(xué)腐蝕，其與水質(zhì)管理、材質(zhì)以及結(jié)構(gòu)都具有密切的關(guān)系，工藝的運(yùn)行參數(shù)也是一個(gè)重要的影響因素。在裝置水冷器的噴涂處理方面，要選擇合適的噴涂材料，確保防護(hù)的有效性。部分管板上可能會(huì)出現(xiàn)破損，如果破損比較嚴(yán)重，就需要及時(shí)對其進(jìn)行處理，否則會(huì)從內(nèi)部擴(kuò)大，進(jìn)而影響到已經(jīng)完成防護(hù)的部分。在選擇涂料時(shí)，需要考慮到涂料的耐溫性能，在裝置開停工時(shí)，要考慮到保護(hù)措施，選擇合適的涂層，防止出現(xiàn)溫度過高時(shí)脫落的情況。在加強(qiáng)換熱管的腐蝕防護(hù)處理的過程中，由于電偶本身存在腐蝕，所以管箱、碳鋼管板的腐蝕都會(huì)比較嚴(yán)重，針對這個(gè)部分進(jìn)行保護(hù)可以采用犧牲陽極的陰極保護(hù)法，能夠有效減緩腐蝕的速度。

2.5 分餾部分的腐蝕

（1）分餾部分高溫腐蝕。在分餾過程中，其常出現(xiàn)的腐蝕介質(zhì)為硫、硫化氫等物質(zhì)，在高溫條件下，內(nèi)部的材料選擇不銹鋼，所以不容易出現(xiàn)腐蝕的問題。而柴油汽提塔的塔體采用了20R，在經(jīng)過過熱的蒸汽時(shí)出現(xiàn)了腐蝕，主要集中于塔體的封頭部分以及內(nèi)壁上，而在銹層的下部沒有發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕。在塔盤部分進(jìn)行腐蝕分析，整體比較完整沒有發(fā)現(xiàn)腐蝕。進(jìn)料加熱爐的路口溫度為360℃，該部位主要包括介質(zhì)兩相流動(dòng)以及流速引起的沖蝕，而腐蝕減薄的影響因素較多，運(yùn)行中管道的腐蝕檢測屬于重要的保障環(huán)節(jié)，需要妥善管理。

（2）分餾部分低溫腐蝕。分餾部分的低溫生產(chǎn)環(huán)節(jié)的腐蝕主要集中于塔頂以及冷凝冷卻裝置，這些部分的腐蝕介質(zhì)為硫化氫、水。在腐蝕過程中主要表現(xiàn)為應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致的局部開裂。從客觀上來看，分餾塔的塔頂后冷器屬于折流桿換熱器，其殼程為油氣，而管程則主要包括水。在筒體的內(nèi)部具有較厚的油垢，下部則是大量的腐蝕坑。分析后發(fā)現(xiàn)，其中大部分彎曲或者斷裂，管板表面腐蝕十分嚴(yán)重，深處的凹坑達(dá)到2.5mm，同時(shí)表面有蝕坑，深度約為2mm，表面有細(xì)小的蝕坑。拉桿的材料方面，成分為ASTM204，不銹鋼的特征為錳代鎳，具有提升電極電位的能力，鋼本身的韌性較弱，所以只能適應(yīng)一般環(huán)境，不能夠適應(yīng)腐蝕性過強(qiáng)的環(huán)境，所以在進(jìn)行材料的選擇時(shí)，需要充分考慮到腐蝕環(huán)境、應(yīng)力腐蝕的開裂條件。

3 結(jié)語

綜上所述，渣油加氫裝置的設(shè)備腐蝕一般都是集中于反應(yīng)部分高熱分氣轉(zhuǎn)換過程中的換熱器、冷高壓分離器以及其他相連管道。為了避免出現(xiàn)高熱分器換熱流程中氯化銨鹽導(dǎo)致腐蝕，需要做好原材料氯含量的控制，隨時(shí)做好注水的管理，確保水的整體質(zhì)量。在針對分餾塔的塔頂進(jìn)行換熱腐蝕管理時(shí)，則需要重點(diǎn)做好塔頂?shù)木徫g劑防腐，通過添加更大直徑的接管或者采用流速較慢的設(shè)計(jì)可以有效降低腐蝕的影響。在確保安全運(yùn)行的條件下，還需要對一些重點(diǎn)的腐蝕部位進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)測，包括分餾部分的高溫系統(tǒng)管線、低溫系統(tǒng)管道、分餾塔頂系統(tǒng)管線等，都需要使用在線監(jiān)測的方式進(jìn)行跟蹤控制，確保不出現(xiàn)腐蝕故障。