煉油化工裝置閑置停工設備防腐蝕技術探討

邱志剛，黃賢濱，劉小輝

(中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，山東青島 266071)

煉油化工裝置閑置停工設備防腐蝕技術探討

邱志剛，黃賢濱，劉小輝

(中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，山東青島 266071)

由于生產調整或特殊原因導致的煉油化工裝置閑置或處于停工狀態期間，設備所處的環境條件與操作運行期間完全不同，往往比操作運行中更容易出現劣化現象。同時，很多企業目前仍缺乏此方面的經驗，需要有合適的保護方案來預防停工期間的設備腐蝕問題。通過對煉化裝置閑置停工設備在停工期間存在的腐蝕環境分析，對可能發生的3種腐蝕的腐蝕機理進行了探討，并給出了停工設備的腐蝕影響因素;介紹了5種常用的閑置停工設備的保護方法及其應用情況，同時對各種方法的優缺點進行了分析;最后指出了制定停工設備保護方案時應注意的事項。

煉化裝置 停工保護 腐蝕

近幾年，隨著市場需求的擴大，國內的煉油能力迅速增加，煉油裝置趨向于大型化，同時存在很多分散的中小型煉化企業，由于國際油價高漲、生產調整或特殊原因導致很多煉化裝置閑置或處于停工狀態［1－5］，如在2008年國際油價空前高漲的情況下，很多企業選擇停工來應對市場變化。而在停工期間，設備由于所處的環境條件與操作運行期間完全不同，往往比操作運行中更容易出現劣化現象。同時，很多企業目前仍缺乏此方面的經驗，這就需要有合適的保護方案來預防停工期間的設備腐蝕問題。

1 閑置設備的腐蝕機理及其影響因素

停工閑置狀態下，裝置發生的腐蝕是電化學腐蝕形式，是金屬表面在薄層電解質液膜下的電化學腐蝕過程，受到通過水膜的氧的擴散控制，其腐蝕速度直接依賴于金屬表面的潮濕程度［6］。同時由于設備表面有運行過程中沉積的氯化物、硫化物等腐蝕介質，進而加速了設備的腐蝕。另外，裝置腐蝕情況還受到大氣濕度、溫度、雨水季節和冰凍天氣等影響，特別是北方企業在寒冷天氣停工閑置時，還應做好設備的防凍防凝工作。

1.1 停工過程中的腐蝕

閑置停工裝置的腐蝕從切斷退出物料就開始發生了，停工過程中，不合適的降溫、降壓速率會對設備造成損壞，可能引起內襯及防護涂層的鼓脹和起泡，在停工后一般要進行蒸汽吹掃，當吹掃蒸汽溫度高于180℃時，水會與鐵發生如下反應:

如果系統中存在氧，在吹掃時會發生如下反應:

同時，系統中存在的氧還可與裝置運行時產生的硫化物膜發生反應:

另外裝置運行時產生的腐蝕產物中的氯化物(鹽類)在蒸氣吹掃溫度條件下還會發生水解，反應產生的稀酸液惡化了腐蝕環境，促進了腐蝕的發生:

1.2 停工期間的大氣腐蝕

裝置處于停工閑置狀況時，氯化物、硫化物以及空氣中的水、氧會對設備表面造成腐蝕。在常溫無水狀況下，發生氧化作用，但是由于溫度的關系氧化極為緩慢。當大氣濕度較大時，空氣中的水蒸氣可在停工過程中生成的腐蝕產物以及未清洗干凈的表面沉積物上凝結成水膜，即使表面干凈的金屬表面，也會凝結一層0.1～1 μm的水膜，從而在金屬表面構成有一定電導和腐蝕性的電解質溶液，此時電化學反應變的劇烈，陽極發生金屬的溶解反應:

而陰極發生的是氧的去極化反應:

由于氣溫變化，閑置設備經常處于干濕交替狀態，當金屬表面有銹層時，會進一步加速腐蝕。在潮濕狀態時，銹層可以與溶解氧一起作為陰極去極化劑:

在干燥狀態時，含氧量很豐富，Fe3O4又能被重新氧化:

1.3 停工期間的連多硫酸應力腐蝕開裂

在停工期間，設備表面的硫化物垢、空氣和水會形成連多硫酸(H2SXO6)［7－8］，由于停工時通常也存在拉伸應力(包括殘余應力和外加應力)，這樣在連多硫酸和拉伸應力的工作作用下，引起敏化的奧氏體不銹鋼和其他敏感奧氏體合金的焊縫或高應力區的沿晶開裂，其開裂可能在幾分鐘或幾小時內迅速擴展穿過管道和部件的壁厚。具體反應公式如下:

2 閑置設備保護方法

根據停工閑置設備的腐蝕機理，主要從3方面考慮對設備的保護:清除設備表面污垢;避免設備表面與空氣接觸;降低環境中大氣的濕度。目前可使用的停工閑置設備的保護方法主要有以下幾種:(1)充氮置換;(2)氣相防蝕劑;(3)涂油或油聯運;(4)干性空氣防護;(5)表面堿洗。

2.1 充氮置換法

充氮置換法主要通過對設備和管道進行干氮氣吹掃除氧和充氮保護的方式對工藝設備進行防護。裝置停工吹掃后，首先使用干氮氣吹掃，可將設備和管道內的積水、水蒸氣和氧氣排除，然后進行全面氮氣置換，并維持一定的微正壓，從而對設備和管道達到保護的目的。此方法簡單可靠，易于實施，幾乎適用于煉化企業所有設備和管道，但是密封條件要求較高，而且需要定期補充氮氣，維護費用較高。在選擇使用此方法對裝置進行保護時，可考慮進行系統防護，將某些設備與管道一起充氮保護，同時注意重點設備應進行單獨防護，特殊情況可考慮與其他方法一起使用進行聯合保護。

2.2 氣相防蝕劑法

氣相防蝕劑在常溫下具有較高的蒸氣壓，能自動揮發，揮發出來的氣體可均勻而致密地吸附在金屬表面，從而隔離腐蝕介質，起到抑制腐蝕的作用［9］。其不需要直接涂覆到金屬表面，就可以達到全方位防護，保護時間可達3～4 a，腐蝕速率可控制在0.101 mm/a以內。此方法應在密閉容器內使用，密封要求不高，適用于長期停工設備的保護，保護對象可以是容器類設備，一般不在管道中使用。需要注意的是應根據設備材質情況選擇合適的防蝕劑，以避免防蝕劑對設備造成腐蝕。

2.3 涂油或油聯運法

在金屬表面涂抹一層低黏度不易揮發的輕油也可以起到抑制腐蝕的目的。對于內部容積較大、人能進入的設備可選擇涂油防護，對于不能進入的小設備、管道可引入輕油，在金屬表面形成一層油膜達到防腐蝕目的。在施工完畢后，應仔細檢查噴涂質量，確保金屬表面涂抹均勻、充分。此方法費用較低，但是施工難度較大，涂抹質量不好控制，因此防腐蝕效果不是很好，適用于短期停工設備和管道的防護。

另一種較好的做法是油聯運法，將干凈的輕質油(例如汽油或柴油)引入需要保護的設備和管道，對于未充油部分使用氮氣置換并維持微正壓，定期打循環。也可結合裝置特點，直接使用裝置本身加工的油品，在不退料的情況下降低操作溫度和壓力實現設備防護。在選擇油品時，應考慮對產品的影響、防凍、低點排凝和安全等因素。此方法可減少氮氣使用量，長期防腐蝕效果好，但是運行費用較高。

2.4 干性空氣防護法

干性空氣防護法是通過加熱設備內部的空氣，使得設備內部溫度保持在器內氣體露點溫度以上的一種保護方法。此方法可除去器內濕氣，防止自由水的生成，適用于短期停工和某些不便采用其他措施保護的設備，如加熱爐爐管外壁和爐膛。另外，也可通過在設備內部加入干燥劑的方法保持設備內部的干燥，使用時應注意定期檢查和更換干燥劑。如果工藝設備不打開，并且溫度處于設備內氣體中水分露點之上，可不采取其他防護措施。

2.5 表面堿洗法

奧氏體不銹鋼和其他奧氏體合金設備打開后應立即使用堿或碳酸鈉溶液進行堿洗防護。堿性溶液可中和金屬表面上形成的酸，排空后在金屬表面留下一薄層堿性的膜可以中和其他酸的形成。在使用這些溶液沖洗時也可以加入堿性表面活性劑和或其它緩蝕劑來加強設備的保護。此方法應用的對象為含硫環境中使用敏化合金的所有設備，如換熱器、管道和爐管。具體做法可參照NACE RP 0170－2004《煉油廠停工期間奧氏體不銹鋼及奧氏體合金設備連多硫酸應力腐蝕開裂的防護》。

以上介紹的方法針對的是設備和管道內部的腐蝕防護，在實際使用時都有一定的局限性，可以聯合使用，也可單獨使用，企業應根據裝置的特性和自身條件，選擇合適的方法。同時對于外露設備和管道表面應做好外防護，如涂刷油漆，而對于有保溫的設備和管道應定期進行局部保溫拆除檢查。企業在防護時應咨詢相關專家和有經驗的企業，確保閑置停工設備的安全、無腐蝕。

3 閑置設備保護方案的制定

閑置停工裝置的腐蝕問題會帶來巨大的經濟損失，要想做好閑置停工裝置的腐蝕防護，必須綜合考慮裝置停運時間、保護設備的數量、保護方法和保護費用等各種因素的影響，在全面評估的基礎上，制定經濟適用的保護方案。制定保護方案時應遵循以下3個原則:(1)根據裝置類型、特點和材質情況選擇保護方法;(2)重點設備重點保護，對于重要的設備，應作為獨立系統單獨保護，并可選擇使用多種方法聯合保護;(3)加強管理，職責分工明確。在對停用設備保護時，應進行定期和不定期檢查，便于及時發現問題和問題的及時解決。

［1］張濤.長期閑置的重油催化裂化裝置工藝設備內部養護方案的探討［J］.石油化工設備技術，1998，19(5):51-53.

［2］韓黎明，王國清.煉化企業閑置設備維護保養［J］.石油化工設備，2004，33(1):68-69.

［3］段振國.重油催化裂化工藝設備的停工保護處理［J］.石油化工腐蝕與防護，2006，23(3):60-61.

［4］任迅，張俊林.重油催化裂化工藝設備的停工保護處理［J］.化工設備與防腐蝕，1999，10(4):59-60.

［5］宋福敢.常減壓裝置長期停工期間的設備維護保養［J］.金陵科技，2003，10(1):35-37.

［6］孫家孔.石油化工裝置設備腐蝕與防護手冊［M］.北京:中國石化出版社，1996:64-115.

［7］任迅，王福利.煉油廠停工期間奧氏體不銹鋼填料的腐蝕與防護［J］.石油化工設備技術，1995，16(2):10-11.

［8］NACE RP0170 －2004，Protection of Austenitic Stainless Steels and OtherAustenitic Alloysfrom Polythionic Acid Stress Corrosion Cracking During Shutdown of Refinery Equipment［S］.

［9］毛信表，呂碧超，談平慶，等.煉油廠閑置設備保護用氣相緩蝕劑的研制［J］.腐蝕與防護，2002，23(8):349-351.

Discussion on Corrosion Protection Technologies for Shutdown Equipment of Refining and Petrochemical Process Units

Qiu Zhigang，Huang Xianbin，Liu Xiaohui
SINOPEC Qingdao Safety Engineering Institute(Qingdao，Shandong 266071)

In the operation of refineries and petrochemical plant，the process units sometimes have to be shutdown due to adjustment of production or other reasons.As the shutdown equipment＇s environmental conditions are completely different from those of normal operation，the equipment is more subject to corrosion than in normal operation.Therefore，appropriate measures should be taken to protect the shutdown equipment from corrosion.Through the analysis of corrosion environment of idle equipment of refinery and petrochemical units，the possible 3 corrosion mechanisms are studied and corrosion impact factors of idle equipment are given.The 5 common corrosion protection methods and their applications are described and advantages and disadvantages of each method are studied.The precautions in development of equipment protection plan are presented.

refinery and chemical units，shutdown protection，corrosion

TE986

A

1007－015X(2011)03－0028－03

2010－07－ 02;

2011－03－08。

邱志剛(1981－)，碩士，畢業于北京科技大學腐蝕與防護專業，現在中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院化學品安全控制國家重點實驗室主要從事石油化工設備安全研究工作。E－mail:qiuzg.qday@sinopec.com