環(huán)烷酸對原油提煉設(shè)備的腐蝕及防護(hù)研究

趙思寧，王軍山

（世紀(jì)萬安科技（北京）有限公司，北京 100029）

引言

現(xiàn)代的化工品在加工過程中具有流程多、受外部環(huán)境干擾大的生產(chǎn)特點(diǎn)，設(shè)備長期在生產(chǎn)過程中受化學(xué)原材料腐蝕的幾率也隨之加大[1]。環(huán)烷酸是存在于原油中的一種極具強(qiáng)腐蝕性的酸性化合物，在對石油進(jìn)行高溫?zé)捴茣r會對金屬制成的石化裝備產(chǎn)生極強(qiáng)的腐蝕作用。而目前我國石油資源十分短缺，在原有提煉加工中，應(yīng)不斷向高硫、高酸、重質(zhì)化方向發(fā)展[2]。但環(huán)烷酸在原油中占比較高，因此為加強(qiáng)原油提煉純度，必須要加強(qiáng)對高溫環(huán)烷酸流動腐蝕行為和作用機(jī)制的研究，促使煉油企業(yè)煉制高酸原油的比例不斷上升。

1 環(huán)烷酸及其腐蝕現(xiàn)象

在一般的生產(chǎn)當(dāng)中，化工設(shè)備的腐蝕程度與設(shè)備的工作環(huán)境（例如溫、濕度條件）、加工生產(chǎn)的化工品有著直接的關(guān)系?；ぴO(shè)備在受到腐蝕后，很容易發(fā)生外觀、尺寸方面的變化，而對于化學(xué)腐蝕來說，常見的發(fā)生地點(diǎn)集中在化工設(shè)備表面與相應(yīng)介質(zhì)之間。

1.1 環(huán)烷酸對金屬材料的腐蝕

高含酸原油中的環(huán)烷酸分子量和分子結(jié)構(gòu)并不相同，相對分子量通常介于180～700 之間，分子式表達(dá)式可以寫作：CnH2n+zO2或R（CH2）n-COOH[3]。在對含高酸的石油加工提煉時，需要經(jīng)過高溫加熱的過程，而處于高溫狀態(tài)下的環(huán)烷酸極易對提煉金屬設(shè)備造成劇烈腐蝕性，尤其是部分管線，腐蝕速率高達(dá)10～40 mm/a，環(huán)烷酸分子量與腐蝕速率的關(guān)系圖見圖1。根據(jù)對事故發(fā)生條件的分析，管線的腐蝕如果不及時修補(bǔ)將會發(fā)生設(shè)備線路斷路、引發(fā)原油泄漏，甚至造成如火災(zāi)、爆炸等二次事故，人員財(cái)產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅。

圖1 環(huán)烷酸分子量與腐蝕速率影響示意圖

1.2 環(huán)烷酸加工過程中重點(diǎn)腐蝕部分

在高酸原油的加工過程中，含酸原油在物理蒸餾后會分解成汽、煤、柴及重質(zhì)油等化工產(chǎn)品。環(huán)烷酸由于分子量和沸點(diǎn)的不同，各餾分組成也并不相同，對蒸餾裝置中的高溫設(shè)備與管路之間的腐蝕強(qiáng)度也各不相同。如圖2 所示，重色部分即為含酸原油蒸餾裝置中設(shè)備與管線易受腐蝕位置的分布圖，主要包括減壓爐、常壓爐、減壓塔和相關(guān)管線。

圖2 原油蒸餾裝置環(huán)烷酸腐蝕重點(diǎn)部位

在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，原油蒸餾時環(huán)烷酸的腐蝕現(xiàn)象集中表現(xiàn)200～400 ℃之間，而腐蝕最嚴(yán)重的設(shè)備包括常壓爐爐管、減壓爐爐管、轉(zhuǎn)油線部分高溫管路。下頁圖3 為原油蒸餾裝置中，各重點(diǎn)設(shè)備的腐蝕情況示意圖。

圖3 原油蒸餾裝置環(huán)烷酸腐蝕部位圖

2 高溫環(huán)烷酸流動中腐蝕防治

針對高溫狀況下環(huán)烷酸的防腐技術(shù)主要有工藝技術(shù)防護(hù)和設(shè)備防護(hù)兩方面，包括對設(shè)備的選材進(jìn)行合理規(guī)劃、對腐蝕程度進(jìn)行定期檢查檢修、對設(shè)備腐蝕的重點(diǎn)部位進(jìn)行評估上報(bào)等方面[4-5]。

2.1 腐蝕檢測

高酸原油蒸餾系統(tǒng)工作或者停工期間，將對所作業(yè)的設(shè)備與管路的腐蝕狀況進(jìn)行針對性的檢查檢測，重點(diǎn)采集數(shù)據(jù)包括設(shè)備和管線的壁厚、腐蝕色澤、平整度、腐蝕速率等。然后將數(shù)據(jù)上傳至信息數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析，計(jì)算設(shè)備和管線的剩余使用壽命并進(jìn)行安全評估。腐蝕檢測是高溫環(huán)烷酸流動腐蝕的重要防控手段，不僅可以及時發(fā)現(xiàn)腐蝕隱患、預(yù)防事故發(fā)生，還可以積累信息數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行長期監(jiān)控研究。

2.2 探針檢測

探針檢測法可以監(jiān)測腐蝕發(fā)生的實(shí)際速度，通過在蒸餾裝置中針對腐蝕程度最嚴(yán)重的部位安裝探針，實(shí)現(xiàn)腐蝕速率的實(shí)時觀測。

2.3 高溫定點(diǎn)測厚

對化工設(shè)備及管線的壁厚進(jìn)行定點(diǎn)測量是了解設(shè)備腐蝕程度最簡便的方法。但由于定點(diǎn)測厚是在高溫工況下進(jìn)行的，對操作技術(shù)要求較高、花費(fèi)較大，主要選取在300 ℃以上高溫、高流速、高雷諾數(shù)及易腐蝕的相變區(qū)域進(jìn)行測試。

2.4 氫通量測量

氫通量測試儀可以對管壁內(nèi)滲透出的氫元素進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測，根據(jù)氫含量來判斷腐蝕影響的程度，氫通量數(shù)值越高也就說明腐蝕程度越嚴(yán)重。氫通量測量法具有操作簡單、成本低廉、時效性強(qiáng)的特點(diǎn)，但由于氫通量只能定性反映腐蝕的劇烈程度，無法定量的給出設(shè)備管線的壁厚，因此常用于一般位置的腐蝕程度檢測。

2.5 重點(diǎn)元素含量采樣分析

高酸原油中含有Fe2+、Ni2+等介質(zhì)元素，該類元素的分布濃度可以直接對設(shè)備和管線的腐蝕情況進(jìn)行預(yù)測，從而為高溫環(huán)烷酸所造成的腐蝕提供定量數(shù)據(jù)。

2.6 現(xiàn)場腐蝕旁路檢測

現(xiàn)場腐蝕旁路檢測是在原油加工過程中，于特定階段在設(shè)備引出來的一條旁路，該路線支持技術(shù)人員取出相應(yīng)的試樣進(jìn)行分析。通常而言可以選取易受腐蝕影響的部位引出腐蝕旁路，例如常壓管路、減壓管路等，從而判斷含環(huán)烷酸物流的腐蝕性能。

2.7 定期腐蝕檢查

當(dāng)設(shè)備處于停工或經(jīng)過一段使用周期后，可以對系統(tǒng)內(nèi)的所有設(shè)備和管線進(jìn)行全面檢測檢查，發(fā)現(xiàn)腐蝕影響后集中進(jìn)行整改。

3 趨勢預(yù)測方法

相比于當(dāng)設(shè)備已經(jīng)被環(huán)烷酸腐蝕后進(jìn)行檢測和修復(fù)這種被動方式，如何對環(huán)烷酸腐蝕趨勢進(jìn)行預(yù)測和評估則是主動性更強(qiáng)的控制方法。

3.1 腐蝕實(shí)驗(yàn)法

腐蝕實(shí)驗(yàn)是通過實(shí)驗(yàn)裝置對所要分餾的含酸原油內(nèi)的環(huán)烷酸進(jìn)行腐蝕性的實(shí)驗(yàn)研究，根據(jù)試驗(yàn)所得的腐蝕數(shù)據(jù)更有針對性的進(jìn)行設(shè)備材料的加固。使用較多的腐蝕實(shí)驗(yàn)包括靜態(tài)實(shí)驗(yàn)和動態(tài)實(shí)驗(yàn)兩類，其中靜態(tài)實(shí)驗(yàn)方法得到典型代表是高壓反應(yīng)釜法，動態(tài)實(shí)驗(yàn)則以對流體動態(tài)表征特征的實(shí)際演練和模擬為主。動態(tài)試驗(yàn)由于更能模仿流體的實(shí)際運(yùn)行狀況，因此具有更高的準(zhǔn)確性。

3.2 酸值法

酸值法也被稱為酸度法，以實(shí)驗(yàn)采樣的方式測定原油中的環(huán)烷酸及活性環(huán)烷酸的含量，根據(jù)其濃度高低判斷高酸原油的腐蝕能力，再計(jì)算環(huán)烷酸腐蝕指數(shù)（NACI）值的大小。

3.3 剪切應(yīng)力判斷法

實(shí)驗(yàn)研究表明，原油表面的剪切應(yīng)力與環(huán)烷酸的腐蝕速率存在著非線性的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算后可以作為預(yù)測環(huán)烷酸腐蝕程度的參考標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束與展望

雖然目前對高溫環(huán)烷酸的腐蝕現(xiàn)象已經(jīng)建立了很多的防控措施與預(yù)測方法，但在工程實(shí)際應(yīng)用上仍有不夠完善的地方，存在技術(shù)施工要求高、財(cái)力成本較大的缺點(diǎn)，導(dǎo)致設(shè)備腐蝕失效的事故仍時有發(fā)生。在將來針對現(xiàn)代化石油化工設(shè)備中的腐蝕問題中，還需提升現(xiàn)代化的防控手段和措施，針對不懂的設(shè)備特點(diǎn)制定相應(yīng)的防腐措施，提高現(xiàn)代化工設(shè)備的使用效率。