延遲焦化裝置加熱爐的腐蝕及對(duì)策探討

摘 要：隨著石油化工行業(yè)的快速發(fā)展，延遲焦化也成為了當(dāng)前尤為關(guān)鍵的獲取汽油、柴油方式，同時(shí)延遲焦化也在一定程度上提升了輕質(zhì)油回收效率。由于延遲焦化裝置加熱爐在正常運(yùn)行中，會(huì)受各種因素影響，出現(xiàn)腐蝕的情況，影響到其運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性，所以在實(shí)際中還需要采取適宜的措施來(lái)應(yīng)對(duì)延遲焦化裝置加熱爐腐蝕問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：延遲焦化裝置;加熱爐;腐蝕;對(duì)策

0 引言

對(duì)于延遲焦化是一種十分重要的原油二次加工工藝，其主要是以重質(zhì)油為原料，在高溫運(yùn)作下，對(duì)重質(zhì)油進(jìn)行深度的熱裂化、縮合反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)渣油中的重組分向輕組分的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)汽油、柴油、蠟油、氣以及焦炭的產(chǎn)生。由于延遲焦化裝置在使用中，是以重質(zhì)油為原料，重質(zhì)油中含硫的比重超過(guò)原油的60%，加上裝置設(shè)備處于高溫運(yùn)作狀態(tài)，使得腐蝕介質(zhì)會(huì)與設(shè)備裝置發(fā)生反應(yīng)，造成了裝置腐蝕，影響到延遲焦化裝置的良好運(yùn)作，所以在實(shí)際中，必須全面把握延遲焦化裝置腐蝕狀況，并采取適宜的措施對(duì)其進(jìn)行腐蝕防范，以此保證裝置安全使用。

1 延遲焦化裝置加熱爐使用現(xiàn)狀

對(duì)于延遲焦化裝置加熱爐在日常運(yùn)行中，會(huì)在高溫氧化、硫化腐蝕等作用下，出現(xiàn)加熱爐輻射段爐管變薄、爆皮、損壞等情況。在加熱爐輻射爐管中，其燃燒的燃料含有很高的含硫量，爐管管壁一方面會(huì)承受高溫氧化腐蝕，另一方面還需要承受硫化腐蝕，在雙重腐蝕作用下，腐蝕問(wèn)題會(huì)逐步加大。延遲焦化裝置加熱爐輻射段爐管主要承受的是高溫氧化腐蝕，但是燃料中或多或少含有硫，導(dǎo)致氧化層中也有硫成分，在高溫氧化腐蝕下也會(huì)出現(xiàn)硫化腐蝕的情況。同時(shí)在高溫條件下，硫分與金屬接觸的過(guò)程也會(huì)變得更加復(fù)雜，硫化反應(yīng)在高溫下要比氧化反應(yīng)更強(qiáng)，在硫化、氧化下金屬表面會(huì)出現(xiàn)比較疏松的金屬硫化物膜，并且在硫化物膜表面還有一層氧化物膜，造成了金屬表面難以形成結(jié)構(gòu)緊密的保護(hù)層。在高溫環(huán)境下，金屬爐管與硫接觸，其腐蝕速度也會(huì)進(jìn)一步加快。當(dāng)前延遲焦化裝置加熱爐輻射段爐管的生產(chǎn)原材料大多是Cr5M0，加入Cr可以在一定程度上緩解金屬氧化反應(yīng)速度，但是其抗氧化溫度保持在650℃，而延遲焦化裝置加熱爐在實(shí)際運(yùn)行中，其溫度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)650℃。近年，我國(guó)開(kāi)始嘗試?yán)肅r9MO生產(chǎn)輻射段爐管，進(jìn)一步提高其抗氧化能力，但是由于當(dāng)前煉油量增加及原油品質(zhì)的降低，造成加熱爐硫化腐蝕問(wèn)題越發(fā)嚴(yán)重，爐管管壁也在氧化、硫化腐蝕中變得更薄，甚至?xí)霈F(xiàn)變形的狀況，這必然會(huì)影響到其正常使用。

2 延遲焦化裝置加熱爐腐蝕的主要原因

加熱爐是延遲焦化裝置的核心設(shè)備，其在日常運(yùn)行中，最為常見(jiàn)的腐蝕是高溫硫腐蝕，其本質(zhì)是硫化氫為主體的活化硫腐蝕過(guò)程。在生產(chǎn)中，隨著溫度的增加，原料油中的非活性硫會(huì)轉(zhuǎn)變成活性硫，從而引起設(shè)備腐蝕問(wèn)題。在進(jìn)行原料油加工時(shí)，當(dāng)溫度達(dá)到240℃時(shí)，就會(huì)發(fā)生這類(lèi)腐蝕問(wèn)題，腐蝕位置主要是加熱爐的爐管，腐蝕形態(tài)相對(duì)比較均勻。溫度達(dá)到240℃以后，原料油中有機(jī)硫會(huì)轉(zhuǎn)變成硫化氫和元素硫，而這兩種物質(zhì)都會(huì)與金屬鐵元素直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng);同時(shí)當(dāng)溫度超過(guò)350℃以后，原料中的硫醇也會(huì)和設(shè)備中的鐵元素直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。并且在整個(gè)腐蝕過(guò)程中，會(huì)隨著溫度的提升而加快反應(yīng)速度，溫度在達(dá)到430℃時(shí)，腐蝕反應(yīng)速度最快。當(dāng)溫度超過(guò)480℃時(shí)，硫化氫會(huì)分解完，腐蝕速度逐步降低，而腐蝕產(chǎn)生的FeS會(huì)附著在設(shè)備的表面，形成一層保護(hù)膜，但是在高流速區(qū)域、三通處，保護(hù)膜又會(huì)被沖掉，從而形成新的腐蝕過(guò)程。

此外，加熱爐燃料氣中，含有一定量的硫，輻射段爐管會(huì)受到高溫硫化、高溫氧化雙重作用，并且燃料氣中，硫的含量越多，高溫硫腐蝕問(wèn)題就越發(fā)嚴(yán)重，爐膛中氧含量越大，高溫氧化腐蝕作用也就越明顯。在加熱爐爐管中，熱量相對(duì)比較集中，導(dǎo)致氧化、硫化腐蝕速度比較快，會(huì)造成爐管壁變薄，引起爐管鼓包、開(kāi)裂等情況。當(dāng)爐管的某一個(gè)位置出現(xiàn)結(jié)焦情況時(shí)，也會(huì)引起該部位溫度上升，加大了爐管管壁腐蝕問(wèn)題。

3 防范延遲焦化裝置加熱爐腐蝕的對(duì)策

3.1 提升設(shè)備等級(jí)

在實(shí)際中應(yīng)用延遲焦化裝置加熱爐進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)時(shí)，生產(chǎn)原材料是難以改變的，為了進(jìn)一步提升裝置本身的耐腐蝕性，就需要從裝置本身入手，針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中存在的高溫氧化及硫化腐蝕問(wèn)題，可以嘗試用不銹鋼材、高合金鋼材代替原有的碳質(zhì)鋼材。如鉻是一種化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定的元素，利用鉻合金材料生產(chǎn)延遲焦化裝置加熱爐可以在很大程度上提升裝置本身的耐腐蝕能力。在高溫環(huán)境下，出現(xiàn)硫化腐蝕時(shí)，鉻合金材料會(huì)在表面形成兩層保護(hù)膜，其中最外層的保護(hù)膜是FeS，這種保護(hù)膜密度相對(duì)比較差，有比較大的孔結(jié)構(gòu)。而下面一層的保護(hù)膜是Cr2O3，其具備很高的密度，防護(hù)效果極強(qiáng)。同時(shí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)5%的鉻合金，在高溫硫化腐蝕環(huán)境下，會(huì)形成尖晶石型化合物，其性質(zhì)穩(wěn)定，能起到良好的防腐蝕效果。

3.2 使用緩蝕劑

在延遲焦化裝置加熱爐運(yùn)行中，使用緩蝕劑也可以達(dá)到抵抗腐蝕的作用。在實(shí)際中，使用少量的緩蝕劑就可以讓整個(gè)裝置都實(shí)現(xiàn)腐蝕防范能力提升。根據(jù)化學(xué)性質(zhì)的不同，可以將緩蝕劑分成有機(jī)緩蝕劑、無(wú)機(jī)緩蝕劑、聚合物緩蝕劑等幾種情況;其中有機(jī)緩蝕劑有磺化木質(zhì)、苯并三唑、膦酸鹽等幾種類(lèi)型;無(wú)機(jī)緩蝕劑主要有硅酸鹽、鉻酸鹽、聚磷酸鹽等幾種類(lèi)型;聚合物緩蝕劑主要有POCA、乙烯等高分子化合物。在使用緩蝕劑時(shí)要注意，水液酸堿程度、水溫、水流速度等都會(huì)對(duì)緩蝕效果帶來(lái)影響，所以在具體應(yīng)用中，必須結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況來(lái)選擇緩蝕劑。

3.3 材料表面改性技術(shù)

對(duì)于材料表面改性技術(shù)的使用，主要有以下幾種情況：

3.3.1 有機(jī)硅材料

通過(guò)有機(jī)硅材料的應(yīng)用，可以有效防范空氣預(yù)熱器腐蝕情況，在實(shí)際中可以將有機(jī)硅涂料應(yīng)用到延遲焦化裝置加熱爐表面，這種材料與鋼結(jié)構(gòu)表面有很強(qiáng)的結(jié)合力，并且具有不錯(cuò)的耐溫能力，能在一定程度上延緩加熱爐高溫氧化及硫化腐蝕情況。

3.3.2 Ni-P鍍技術(shù)

其主要是在鋼材裝置的表面，增加一個(gè)厚度在10-50μm的鍍層，其硬度可以達(dá)到Hv550-1100，具有極強(qiáng)的耐腐蝕能力。Ni-P鍍技術(shù)具有耐磨性能強(qiáng)、硬度大、鍍材比較廣泛等優(yōu)勢(shì)，能有效增加延遲焦化裝置加熱爐的使用壽命，尤其是在CI-環(huán)境下，其防腐性能更強(qiáng)。

3.3.3 滲鋁技術(shù)

在實(shí)際中滲鋁技術(shù)的應(yīng)用主要是對(duì)裝置的表面開(kāi)展活性處理，以此提高延遲焦化裝置加熱爐的抗腐蝕能力。滲鋁技術(shù)的主要原理是在高溫環(huán)境下，滲鋁鋼會(huì)產(chǎn)生一層致密的尖晶石化合物，即Al2O3FeO，這種結(jié)構(gòu)的密度非常大，并且不會(huì)有縫隙產(chǎn)生，其他化學(xué)元素不會(huì)滲透到結(jié)構(gòu)中，阻止了其他腐蝕物質(zhì)與鐵元素的反應(yīng)。從化學(xué)的角度看，鋁元素電位低于鐵元素，因此，在腐蝕反應(yīng)過(guò)程中，鋁元素會(huì)首先與腐蝕物質(zhì)反應(yīng)，形成Al2O3FeO，以此達(dá)到對(duì)設(shè)備裝置保護(hù)的作用。在實(shí)際中，滲鋁技術(shù)的應(yīng)用不僅適用于加熱爐，還可以應(yīng)用到其他高溫運(yùn)行設(shè)備中，具有很好的防腐作用。

綜上所述，延遲焦化裝置加熱爐在日常運(yùn)行中，會(huì)由于生產(chǎn)原料本身的復(fù)雜、劣質(zhì)等因素，會(huì)出現(xiàn)腐蝕的情況，不僅降低了產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，同時(shí)也對(duì)延遲焦化裝置的安全運(yùn)作帶來(lái)了很大影響，所以在實(shí)際中必須采取適宜的手段，對(duì)延遲焦化裝置加熱爐腐蝕問(wèn)題進(jìn)行處理，做好腐蝕防范工作，確保設(shè)備的安全穩(wěn)定，保證生產(chǎn)活動(dòng)的連續(xù)性。

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作者簡(jiǎn)介：

任凱瑞（1989- ），男，漢族，浙江省寧波人，本科學(xué)歷，現(xiàn)于寧波中金石化有限公司擔(dān)任減壓、延遲焦化聯(lián)合裝置班長(zhǎng)一職。研究方向：常減壓、延遲焦化裝置的日常生產(chǎn)管理以及應(yīng)急處理。