減壓塔底渣油泵葉輪腐蝕原因與應(yīng)對(duì)措施

張新年, 吉萬(wàn)山, 高 瑩

(1.珠海市華峰石化有限公司, 廣東 珠海 519050；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司長(zhǎng)慶石化分公司, 陜西 咸陽(yáng) 712000)

減壓塔底渣油泵葉輪腐蝕原因與應(yīng)對(duì)措施

張新年1, 吉萬(wàn)山1, 高 瑩2

(1.珠海市華峰石化有限公司, 廣東 珠海 519050；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司長(zhǎng)慶石化分公司, 陜西 咸陽(yáng) 712000)

某石化公司1.0 Mt/a減壓裝置減壓塔底渣油泵由于頻繁出現(xiàn)機(jī)泵震動(dòng)大、輸送流量波動(dòng)等問(wèn)題而解體檢查，發(fā)現(xiàn)減壓渣油泵葉輪腐蝕嚴(yán)重，分析腐蝕產(chǎn)物發(fā)現(xiàn)在減壓渣油泵的葉輪上存在高溫硫腐蝕、有機(jī)環(huán)烷酸腐蝕和物流高流速?zèng)_蝕；M100硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)2.49%、鹽的質(zhì)量濃度達(dá)到60 mg/L、酸值達(dá)到1.244 mgKOH/g；采用X-MET7500手持式光譜儀對(duì)葉輪材質(zhì)檢測(cè)，證明了葉輪材質(zhì)不具備防止高溫硫腐蝕的條件。提出了增加電脫鹽裝置，實(shí)現(xiàn)原料預(yù)處理；選擇抗高溫硫腐蝕的葉輪材質(zhì)、加注緩蝕劑等應(yīng)對(duì)措施。

減壓塔底 渣油泵 腐蝕 應(yīng)對(duì)措施

減壓渣油泵作為減壓裝置的重要設(shè)備，其高效、安全、平穩(wěn)運(yùn)行是保證企業(yè)效益和生產(chǎn)安全的重要手段。某石化公司減壓渣油泵投入生產(chǎn)以來(lái)，腐蝕嚴(yán)重、機(jī)泵震動(dòng)大、輸送流量波動(dòng)等問(wèn)題頻頻發(fā)生，因此，尋找減壓渣油泵存在的問(wèn)題顯得尤為重要。

1 減壓渣油泵葉輪腐蝕情況

某石化公司1.0 Mt/a減壓裝置的任務(wù)是加工M100生產(chǎn)重交瀝青，減壓塔底渣油泵輸送渣油密度約960 kg/m3、溫度370 ℃、并且原油中60%的硫都在減壓塔中富集，最終通過(guò)塔底渣油外送。

減壓裝置自開工以來(lái)，減壓塔底渣油泵工作狀態(tài)不穩(wěn)，頻繁解體檢查和維修，減壓渣油泵最短運(yùn)行記錄僅100 d。解體機(jī)泵后，發(fā)現(xiàn)機(jī)泵葉輪嚴(yán)重磨損、二級(jí)葉輪泵腔等部件均有不同程度的磨損，腐蝕情況見(jiàn)圖1和圖2。

由圖1可看出，減壓渣油泵葉輪嚴(yán)重減薄、變形；葉輪表面黏附一層黑色結(jié)焦物質(zhì)，它們附著在葉輪上破壞了機(jī)泵的動(dòng)平衡，表現(xiàn)為機(jī)泵震動(dòng)大、輸送流量波動(dòng)；對(duì)比減壓渣油泵葉輪的進(jìn)口側(cè)和出口側(cè)，發(fā)現(xiàn)出口側(cè)減薄比進(jìn)口側(cè)要嚴(yán)重。從圖2宏觀結(jié)構(gòu)看，泵蝸殼內(nèi)部腐蝕表面凹凸不平，呈現(xiàn)花生狀的麻坑，這是典型的高溫硫腐蝕結(jié)果；此外，蝸殼內(nèi)部還存在白色、黑色兩種脆性附著物，應(yīng)是鹽類和焦炭的沉積。

圖1 減壓渣油泵葉輪腐蝕形貌

圖2 減壓渣油泵二級(jí)葉輪泵腔腐蝕形貌

2 腐蝕原因分析

2.1 減壓渣油硫和酸含量偏高

某石化公司加工的原料為馬瑞重油M100，其主要性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 M100重油一般性質(zhì)

作為減壓裝置的進(jìn)料，M100密度高、酸值高、硫和氮含量均較高，屬于含硫腐蝕性原料；減壓渣油泵處于減壓塔底部，泵出口物流流速較高；經(jīng)過(guò)蒸餾，渣油含硫物質(zhì)(硫化氫、硫醇、硫醚、二硫化物、噻吩類化合物及更雜的硫化物)、鹽類和有機(jī)環(huán)烷酸大量富集，原油中60%的硫都富集在減壓底渣油中[1]。高溫下，硫的腐蝕隨著溫度的升高逐漸加劇，特別是H2S在350～400 ℃時(shí)，能分解出硫和氫，分解出來(lái)的元素硫比H2S的腐蝕性更強(qiáng)，化學(xué)反應(yīng)如下：

高溫硫腐蝕開始時(shí)速度很快，一定時(shí)間后腐蝕速率會(huì)保持恒定，這是因?yàn)樯闪肆蚧F保護(hù)膜的緣故。而物流的流速越高，保護(hù)膜就愈容易脫落，脫落后腐蝕將重新加劇。

此外，減壓裝置原料酸值超過(guò)0.5 mgKOH/g，環(huán)烷酸腐蝕速率在270～280 ℃和350～400 ℃分別有兩個(gè)峰值[2]，物流的流速對(duì)腐蝕影響很大，環(huán)烷酸的腐蝕部位都是在流速高的地方，流速增加，腐蝕速率也增加；高溫下，硫腐蝕和環(huán)烷酸腐蝕同時(shí)進(jìn)行，而且，環(huán)烷酸破壞了硫化氫腐蝕產(chǎn)物，生成可溶于油的環(huán)烷酸鐵和H2S，使腐蝕持續(xù)進(jìn)行，二者相互促進(jìn)，加劇了腐蝕。

2.2 減壓渣油泵材質(zhì)問(wèn)題

減壓渣油泵葉輪設(shè)計(jì)要求使用1Cr13材質(zhì)的不銹鋼，普通的碳鋼材質(zhì)的會(huì)被快速腐蝕，對(duì)于特殊部位要采用防腐蝕材料。為了確定減壓渣油泵葉輪材質(zhì)，采用X-MET7500手持式光譜儀對(duì)減壓渣油泵的葉輪材質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，由檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)此材質(zhì)中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)99.4%、鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0.2%、錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.27%，屬于普通碳鋼材質(zhì)，不具備耐硫腐蝕和耐有機(jī)環(huán)烷酸腐蝕的條件。

將數(shù)據(jù)與葉輪的腐蝕情況照片提供給機(jī)泵廠家，機(jī)泵廠家給出建議葉輪材料為1Cr13Ni，并且建議某石化公司提供腐蝕介質(zhì)的具體性質(zhì)數(shù)據(jù)，如果不能達(dá)到檢修周期，考慮更換更耐腐蝕材料。

2.3 工藝設(shè)置不合理

為了減輕裝置設(shè)備腐蝕，設(shè)計(jì)上一般均對(duì)鹽的質(zhì)量濃度超過(guò)10 mg/L的原料設(shè)置電脫鹽設(shè)施，并且確保脫后鹽的質(zhì)量濃度低于3 mg/L，并且輔以在高溫部分注入高溫緩蝕劑、渣油防垢劑等。

由表1數(shù)據(jù)可知，M100重油鹽的質(zhì)量濃度高達(dá)60 mg/L，但是，裝置并未設(shè)置電脫鹽設(shè)施，致使金屬離子、鹽類物質(zhì)直接進(jìn)入減壓塔，富集進(jìn)入塔底渣油泵，對(duì)渣油泵的防腐蝕工作造成巨大的挑戰(zhàn)。

3 應(yīng)對(duì)措施

3.1 增加電脫鹽設(shè)施

設(shè)置電脫鹽設(shè)施，控制進(jìn)入減壓裝置的鹽含量；使鹽含量控制在合理范圍不僅是減壓渣油泵防腐蝕的要求，也是塔頂設(shè)備防腐的要求，更是解決腐蝕問(wèn)題的“治本”措施。其次，考慮向塔底渣油系統(tǒng)注入高溫緩蝕劑防止渣油泵腐蝕。

3.2 把好選材質(zhì)量關(guān)

在材質(zhì)選擇方面，對(duì)于存在腐蝕的部位要采用防腐蝕材料、特殊材質(zhì)，如：減壓渣油腐蝕部位可選用1Cr18Ni10Ti或316L等，有助于解決高溫部位硫和有機(jī)酸引起的腐蝕[3-4]。在庫(kù)存工作上，要做好材料進(jìn)庫(kù)的檢驗(yàn)工作，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)M100重油硫含量、鹽含量均較高，造成高溫硫腐蝕、環(huán)烷酸腐蝕，加之減渣油泵出口物流流速高，三者相互作用是造成減壓渣油泵葉輪腐蝕的直接原因；

(2)減壓渣油泵葉輪材質(zhì)不符合標(biāo)準(zhǔn)是減渣油泵葉輪腐蝕的又一原因；

(3)增設(shè)電脫鹽裝置是防腐蝕的重要方法；可考慮在渣油系統(tǒng)加注高溫緩蝕劑。

[1] 陳治杰, 陶昭宇. 減壓塔底渣油泵長(zhǎng)周期高效運(yùn)行措施[J]. 石油化工設(shè)備,2006,35(3):65-68.

[2] 張德義. 含硫原油加工技術(shù)[M]. 北京：中國(guó)石化出版社, 2001:239-241.

[3] 陳金暉. 常減壓裝置渣油管線腐蝕原因及防護(hù)[J]. 管道技術(shù)與設(shè)備,2003,40(1):50-51.

[4] 黃本生, 李慧, 劉清友，等. 常減壓裝置環(huán)烷酸腐蝕的緩蝕劑研究[J]. 腐蝕與防護(hù),2009,30(10):721-724.

(編輯 寇岱清)

Causes of Corrosion in Vacuum Tower Bottom Pump Impeller and Countermeasures

ZhangXinnian1,JiWanshan1,GaoYing2
(1.ZhuhaiHuafengPetrochemicalCompany,Zhuhai519050，China;2.PetroChinaChangqingPetrochemicalCompany,Xianyang712000,China)

Some troubles in the bottom residue oil pump in the vacuum tower in the 1.0 MM TPY vacuum distillation unit of Zhuhai Huafeng Petrochemical Company frequently occur, such as serious corrosion, pump vibration, transport flow fluctuations, etc. which lead to serious corrosion of pump impeller of vacuum pump. The analysis of corrosion products demonstrate that the severe corrosions which occurred on pump impeller are high temperature sulfur corrosion, organic naphthenic acid corrosion and high velocity erosion. M100 has 2.49%(wt) sulfur, up to 60mg(NaCl)/L salts, and 1.244 mgKOH/g acid, which suggest that M100 are acrid. corrosive feed oil. The X-MET7500 Infrared spectra characterization shows that the material of the impeller of the pump has no corrosion resistance. Corresponding measures and necessary means are recommended to protect the corrosion, such as construction of electric desalting unit for pre-treatment of feedstocks, selection of corrosion resistant materials and addition of corrosion inhibitors, etc.

vacuum tower bottom, residue oil pump, corrosion, corresponding measures

2016-06-15；修改稿收到日期：2016-09-06。

張新年(1984-)，工程師，碩士，在該公司運(yùn)行一部從事催化聯(lián)合裝置技術(shù)管理工作。E-mail:zxn_ok@126.com