常壓塔頂系統(tǒng)腐蝕與控制

李春樹

(中國(guó)石化天津分公司，天津 300132)

1 常壓塔頂系統(tǒng)腐蝕概述

1.1 常壓塔頂系統(tǒng)簡(jiǎn)介

蒸餾裝置常頂系統(tǒng)常見的工藝流程為單回流罐流程，塔頂油氣經(jīng)油氣線從常壓塔頂出來，流經(jīng)換熱器、空氣冷卻器、水冷器，進(jìn)塔頂回流罐，少部分液體產(chǎn)品回流，分液體產(chǎn)品、氣體產(chǎn)品、污水從系統(tǒng)流出。塔頂油氣溫度在130 ℃左右，從換熱器出來為80 ℃左右，從空冷器出來在60 ℃左右，經(jīng)水冷器冷卻后在40 ℃至50 ℃左右。塔頂回流溫度也在40 ℃至50 ℃左右。不同的裝置在規(guī)劃上，對(duì)產(chǎn)品收率和能量回收要求不同，設(shè)備配置和工藝參數(shù)條件有所不同。為控制塔頂系統(tǒng)腐蝕，在塔頂油氣進(jìn)常頂換熱器之前的管道上，向塔頂油氣注入中和劑、緩蝕劑、水。也有的裝置塔頂采用雙回流罐流程，經(jīng)換熱器后進(jìn)第一臺(tái)回流罐，也叫熱回流罐，部分回流，其余物料經(jīng)空冷水冷后，進(jìn)第二臺(tái)回流罐，也叫冷回流罐，分餾出產(chǎn)品和污水，流出系統(tǒng)。雙回流罐流程的塔頂塔頂注水在第一臺(tái)回流罐之后，希望回流溫度在水露點(diǎn)之上，在105 ℃左右。塔頂循環(huán)系統(tǒng)一般在140 ℃左右抽出，110 ℃左右返回塔內(nèi)。

1.2 常壓塔頂系統(tǒng)腐蝕機(jī)理

常壓塔頂系統(tǒng)設(shè)備管道選材以碳鋼為主，管道選材通常為碳鋼，設(shè)備選材較為復(fù)雜，但常壓塔頂一般為碳鋼復(fù)合鐵素體不銹鋼、雙相不銹鋼、超級(jí)奧氏體不銹鋼、蒙乃爾合金。換熱器管束選用雙相鋼、鈦材，空冷器選材一般為碳鋼或雙相鋼?；亓鞴捱x用碳鋼。塔頂循環(huán)系統(tǒng)泵、換熱器、管線一般為碳鋼。

常頂系統(tǒng)的腐蝕機(jī)理在理論上已經(jīng)明確，第一種典型的腐蝕機(jī)理是氯化氫加硫化氫加水的酸腐蝕[1]，特別是在水露的初凝區(qū)，氯化氫被水露吸收，形成pH值在2～3的濃鹽酸腐蝕，溫度在90 ℃左右，對(duì)碳鋼設(shè)備或管道造成局部區(qū)域的嚴(yán)重減薄。不恰當(dāng)?shù)剡x用奧氏體不銹鋼材質(zhì)，還會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕開裂。這種腐蝕主要出現(xiàn)在油氣物料的水露點(diǎn)區(qū)域，一般在介質(zhì)溫度的90 ℃左右的區(qū)間位置；第二種典型的腐蝕機(jī)理是銨(胺)鹽結(jié)晶垢下腐蝕[1-3,5]。電脫鹽系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，或脫鹽未達(dá)到工藝防腐指標(biāo)要求，在具有被銨(胺)鹽析出的濃度和溫度組合條件下，常頂系統(tǒng)氯離子和銨(胺)離子形成銨(胺)鹽，銨鹽吸潮會(huì)沉積黏附在某一部位，水解出的氯化氫加水，微區(qū)鹽酸腐蝕，胺鹽呈黏稠狀，還具有流動(dòng)性，不一定停留在析鹽區(qū)域。銨(胺)鹽垢下腐蝕常出現(xiàn)在塔盤、塔壁、塔頂接管死區(qū)部位；第三種腐蝕機(jī)理是多項(xiàng)流沖蝕[1,3]，主要發(fā)生在換熱器進(jìn)出口管線彎頭部位。塔頂油氣攜帶析出的HCl、H2S、胺鹽、油氣、注水，流經(jīng)塔頂油氣線，物流中有氣相、液相攜帶黏稠的胺鹽和機(jī)械雜質(zhì)，流速過高，對(duì)彎頭部位沖蝕明顯。

1.3 常頂系統(tǒng)腐蝕影響因素

原油品質(zhì)是常頂腐蝕的原料影響因素。硫含量越高，常壓塔頂?shù)牧蚧瘹浜恳苍礁撸g性越強(qiáng)；鹽含量和水含量越高，電脫鹽運(yùn)行管理越難，塔頂?shù)穆入x子水平越高，腐蝕性也越強(qiáng)。原油有機(jī)氯含量或氨氮含量高，增加塔頂結(jié)鹽機(jī)會(huì)。電脫鹽運(yùn)行效果是影響常頂腐蝕主要工藝因素，電脫鹽要能適應(yīng)原油品種和特性的變化，保證脫鹽、脫水效果。常壓塔塔頂系統(tǒng)處理量、溫度、壓力和腐蝕介質(zhì)組分，是常壓塔運(yùn)行的工藝因素。塔頂注中和劑、緩蝕劑和水是工藝防腐技術(shù)因素。工藝防腐措施要適應(yīng)塔頂腐蝕環(huán)境的變化和防腐的要求。

2 常頂系統(tǒng)腐蝕的特點(diǎn)

2.1 原料的不確定性

我國(guó)是貧油國(guó)，原油進(jìn)口依賴度高。沿海煉油廠原料已經(jīng)100%依靠進(jìn)口，為控制原油供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，產(chǎn)地多元化是原油供應(yīng)戰(zhàn)略之一。游輪到港進(jìn)入港口碼頭庫區(qū)，然后通過管道和煉油廠原油罐連通。罐容有限的前提下，原油調(diào)和預(yù)處理不夠，塔頂系統(tǒng)腐蝕與原油品種密切相關(guān)，同一品種或產(chǎn)地的原油不能接續(xù)到港，不同油輪的原油性能指標(biāo)波動(dòng)較大，從而造成塔頂系統(tǒng)腐蝕出現(xiàn)與原油品種的相關(guān)和波動(dòng)。即使是同一產(chǎn)地的原油，因采油過程所使用的注劑不同，原油特性也有所變化，原料特性的變化，容易引起常頂系統(tǒng)腐蝕的不確定性和波動(dòng)性。水資源的缺乏和減排的要求，電脫鹽注水、塔頂注水、冷卻水等都需要循環(huán)使用，水資源多元化、水中腐蝕雜質(zhì)也存在不確定性。

2.2 工藝的不穩(wěn)定性

電脫鹽運(yùn)行直接受原油不確定性的干擾或沖擊，有的原油易乳化，不易脫鹽；有的原油比重大，脫水困難；甚至有的原油帶水高，直接造成電脫鹽系統(tǒng)跳閘失靈，造成裝置進(jìn)料含鹽含水的波動(dòng)，常壓塔頂腐蝕迅速惡化。異常腐蝕發(fā)生時(shí)，腐蝕速率異常高，高到難以想象的程度。

2.3 腐蝕分布的不均勻性

塔頂系統(tǒng)的溫度場(chǎng)、介質(zhì)濃度場(chǎng)、流速場(chǎng)都存在明顯的差異，且存在汽液相變，伴隨有固體顆粒相析出。換熱器、空冷器水冷器都是多臺(tái)布置，介質(zhì)分布上也存在不均勻性。3種腐蝕機(jī)理都是從工藝角度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了分布劃分，伴隨工藝和設(shè)備管道特性，腐蝕也表現(xiàn)出了明顯的不均勻性。實(shí)際工程過程中，具體設(shè)備或管道的幾何空間位置則難以確定，泄漏總先在最薄弱環(huán)節(jié)發(fā)生，但嚴(yán)重腐蝕又往往不止一處，腐蝕隱蔽地分布在設(shè)備和管道上，在裝置運(yùn)行管理上，難以準(zhǔn)確把握安全的薄弱環(huán)節(jié)。

2.4 腐蝕風(fēng)險(xiǎn)高

一是常頂系統(tǒng)腐蝕是問題多發(fā)頻發(fā)部位；二是一旦發(fā)生泄漏，容易引起火災(zāi)；三是常減壓裝置是煉油生產(chǎn)的龍頭裝置，裝置一旦因事故停車，對(duì)煉油流程上下游都將會(huì)帶來嚴(yán)重影響，供應(yīng)端接收原油困難，下游裝置原料不保，特別是裝置大型化，事故后果更加嚴(yán)重。

2.5 腐蝕管控要求高

裝置大型化，運(yùn)行周期延長(zhǎng)，安全環(huán)保要求高，對(duì)腐蝕管控提出了更高的要求。而腐蝕本身影響因素多，過程存在不確定性，腐蝕問題復(fù)雜，常頂腐蝕部位分布廣[1,4-7]，且后果嚴(yán)重，如塔頂油氣揮發(fā)線嚴(yán)重減薄、換熱器空冷器泄漏、塔壁穿孔著火、塔頂循線泄漏，對(duì)腐蝕管控能力和執(zhí)行都提出了更高的要求。

3 常頂系統(tǒng)腐蝕控制措施

3.1 裝置設(shè)計(jì)建設(shè)防腐控制

明確裝置加工原油的腐蝕參數(shù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，分別給出裝置酸值、硫含量、鹽含量控制指標(biāo)，依此設(shè)計(jì)加工原油常頂系統(tǒng)流程，加設(shè)配套塔頂注中和劑、緩蝕劑和注水等工藝防腐設(shè)施，根據(jù)結(jié)鹽風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)定塔頂洗鹽、脫鹽輔助設(shè)施；設(shè)備管道選用適當(dāng)?shù)牟牧蟍1]，必要時(shí)塔頂部位選用高等級(jí)不銹鋼材質(zhì)塔盤，塔體選用高等級(jí)不銹鋼或蒙乃爾合金復(fù)合板；存在露點(diǎn)腐蝕或結(jié)鹽腐蝕的換熱器，管束可以考慮選用鈦材，而不選用碳鋼材質(zhì)。在建設(shè)過程控制裝置建設(shè)質(zhì)量，避免材質(zhì)誤用或質(zhì)量缺陷。為適應(yīng)加工重質(zhì)高酸原油，裝置加設(shè)注堿防腐措施。加工多元化的海外原油的大型裝置，考慮增上一級(jí)電脫鹽罐[4]。

3.2 裝置加工原油品質(zhì)管控

按設(shè)計(jì)條件，設(shè)定裝置加工原油適應(yīng)范圍，特別注意控制原油酸值、鹽含量不能長(zhǎng)期超出設(shè)計(jì)指標(biāo)。機(jī)會(huì)原油與基礎(chǔ)原油混煉，按腐蝕監(jiān)測(cè)結(jié)果，控制混煉比例；實(shí)施原油脫水、注破乳劑，緩解電脫鹽工藝運(yùn)行壓力。

3.3 穩(wěn)定電脫鹽運(yùn)行

實(shí)施電脫鹽運(yùn)行效果跟蹤，脫后含鹽量或塔頂腐蝕探針監(jiān)測(cè)的腐蝕速率出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，及時(shí)跟蹤調(diào)節(jié)破乳劑注入或優(yōu)選破乳劑、電脫鹽運(yùn)行參數(shù)、調(diào)整混煉比、調(diào)整注水等，保持電脫鹽效果穩(wěn)定。

3.4 開展塔頂系統(tǒng)在線腐蝕監(jiān)測(cè)與控制

在塔頂系統(tǒng)篩選對(duì)酸露點(diǎn)腐蝕和銨鹽結(jié)晶腐蝕敏感的部位，如油氣換熱器或空冷器進(jìn)出口安裝腐蝕在線腐蝕監(jiān)測(cè)探針，油氣線或塔頂?shù)炔课话惭b超聲波定點(diǎn)測(cè)厚系統(tǒng)，實(shí)施監(jiān)測(cè)塔頂系統(tǒng)腐蝕狀態(tài)，結(jié)合塔頂酸性水分析的鐵離子、氯離子、pH值等分析化驗(yàn)指標(biāo)和塔頂工藝參數(shù)，評(píng)價(jià)腐蝕狀態(tài)，為改進(jìn)調(diào)整塔頂注中和劑、緩蝕劑和注水等提供控制反饋。實(shí)施塔頂系統(tǒng)結(jié)鹽風(fēng)險(xiǎn)分析，設(shè)定塔頂操作安全窗口[5]，控制塔頂和回流溫度，必要時(shí)投用注堿和塔頂除鹽設(shè)施，嚴(yán)重時(shí)實(shí)施洗塔。

3.5 塔頂系統(tǒng)設(shè)備管線周期性定點(diǎn)測(cè)厚

實(shí)施腐蝕風(fēng)險(xiǎn)分析，制定塔頂系統(tǒng)設(shè)備和管線測(cè)厚方案，實(shí)施周期性定點(diǎn)測(cè)厚[4]，保障設(shè)備管道安全。

4 結(jié)論

a) 原油劣質(zhì)化，原料多元化，常壓塔頂系統(tǒng)腐蝕具有隨機(jī)性和不確定性，腐蝕機(jī)理復(fù)雜，影響因素多，腐蝕防控要求高。

b) 劣質(zhì)原油加工，初凝區(qū)腐蝕非常突出，初凝區(qū)設(shè)備設(shè)計(jì)要選用適當(dāng)材質(zhì)，必要時(shí)選用鈦材換熱管，最好落在三注之后的換熱器內(nèi)?？绽淦鲀?nèi)不要存在冷凝區(qū)，并且多臺(tái)空冷器要對(duì)稱布置，改善物流分布，必要時(shí)每臺(tái)空冷增加注水。

c) 注意原油品質(zhì)管控，機(jī)會(huì)油加工，要注意預(yù)處理，避免電脫鹽運(yùn)行波動(dòng)。

d) 把腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置在敏感部位，并依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果調(diào)整運(yùn)行和工藝防腐操作。實(shí)施定點(diǎn)測(cè)厚，守住安全底線。