催化裂化裝置的腐蝕調查與腐蝕分析

程 偉,任日菊,楊 軍,陳 浩,古華山,袁文彬

(合肥通用機械研究院 國家壓力容器與管道安全工程技術研究中心，安徽 合肥 230031)

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催化裂化裝置的腐蝕調查與腐蝕分析

程 偉,任日菊,楊 軍,陳 浩,古華山,袁文彬

(合肥通用機械研究院 國家壓力容器與管道安全工程技術研究中心，安徽 合肥 230031)

對六套催化裂化裝置的577臺設備進行腐蝕調查，并對調查結果進行匯總分析。按設備類型進行統計，反應器、塔器、鍋爐、換熱器和容器的腐蝕比例依次為： 91.67%，47.37%，40.00%，32.40%和14.41%；按所處工段進行統計，反應再生系統、分餾系統、吸收穩定系統和能量回收系統的腐蝕比例依次為：52.54%，32.85%，27.96%和17.24%。催化裂化裝置的主要腐蝕有：沖刷腐蝕、循環水/垢下腐蝕、H2S-HCl-NH3-CO2-H2O體系腐蝕和高溫硫腐蝕等。

催化裂化 腐蝕調查 腐蝕分析

催化裂化是在熱能和催化劑的作用下使重質油發生裂化反應，轉變為裂化氣、汽油和柴油等輕質油的過程，是煉油廠核心工藝之一。然而，近年來，伴隨原油的劣質化、設備的老化，催化裂化裝置的腐蝕問題日益突出[1-3]，嚴重影響了石化裝置的安全長周期運行。自2012年4月起，先后對國內六套催化裂化裝置的577臺設備進行腐蝕調查，并對調查結果進行匯總分析，得到了催化裂化

裝置比較詳細的腐蝕情況。

1 裝置介紹

1.1 原料情況

腐蝕調查的六套催化裂化裝置基本情況見表1，這六套催化裂化裝置的原料中硫的質量分數都不高，均小于1%。

表1 六套催化裂化裝置的基本情況

1.2 選材情況

以廠三為例，簡要說明這六套催化裂化裝置的選材情況(詳見表2)。從表2看出，廠三催化裂化裝置的主要設備選材與高硫原油加工裝置設備和管道設計選材導則SH/T3096基本一致，不同之處在于：分餾塔和穩定塔缺少內襯。考慮廠三原料油硫質量分數比較低(為0.07%)，選材可以滿足生產需求。其他五套催化裂化裝置設備選材情況，與廠三相似，基本符合SH/T3096的選材要求。

2 腐蝕統計

2.1 按設備類型統計

將進行腐蝕調查的設備分為五類：塔器、反應器、換熱器(含空冷器)、容器(含過濾器)和鍋爐。表3中給出了各個廠進行腐蝕調查的五類容器的數量和發現問題的五類設備的數量。腐蝕比例是經腐蝕調查發現存在問題的設備數量占該裝置腐蝕調查的設備數量的百分比。

表2 廠三主要設備選材情況

表3 催化裂化裝置按設備類型統計 臺

注：表中“問題(臺)”，不僅包含在腐蝕調查中發現存在腐蝕的設備數量，還包括在腐蝕調查中發現存在原始缺陷或機械損傷的設備數量。

從表3可以看出，在五類設備中，反應器發生腐蝕的概率最高，為91.67%；其次為塔器，為47.37%；容器發生腐蝕的概率最低，為14.41%。五類設備的平均腐蝕比例為32.24%，也就是說約有三分之一的設備會發生或大或小的腐蝕。

2.2 按所處工段統計

一般情況下，催化裂化裝置可分為反應再生系統、分餾系統、吸收穩定系統和能量回收系統這四個部分(見表4)。從表4可以看出，反應再生系統、分餾系統、吸收穩定系統和能量回收系統這四個部分的設備的腐蝕比例分別為52.54%，32.85%，27.96%和17.24%，也就是反應再生系統是催化裝置最易發生腐蝕的位置，其次是分餾系統。

3 腐蝕分析

根據腐蝕調查結果，結合各個系統的操作條件、介質和材質，對各個系統的腐蝕情況進行分析。

3.1 反應再生系統

六套催化裂化裝置的反應再生系統共檢查設備59臺，包括24臺反應器、3臺輔助燃燒爐、1臺外取熱器和31臺容器，發現的腐蝕主要有：沖刷腐蝕、內襯損傷、酸性水腐蝕、保溫層下腐蝕、高溫氣體氧化和硫化物應力腐蝕開裂(詳見表5)。

表5 反應再生系統腐蝕機理統計

3.1.1 沖刷腐蝕

沖刷腐蝕是反應再生系統的主要腐蝕，主要是由催化劑引起的[4]。隨反應油氣和再生煙氣流動的催化劑，不斷沖刷著構件的表面，使構件大面積減薄，甚至局部穿孔。在檢查的59臺設備中有24臺設備發現有沖刷腐蝕，包括反應器、再生器、沉降器、旋風分離器、外取熱器(見圖1)、催化劑細粉儲罐和輔助燃燒爐(見圖2)。

圖1 外取熱器下出口接管沖刷腐蝕

圖2 輔助燃燒爐噴火嘴沖刷腐蝕

3.1.2 內襯損傷

反應再生系統的操作溫度較高，為了防止母材的熱疲勞、石墨化，通常會在設備內壁添加隔熱耐磨襯里。但是催化劑、預提升蒸汽等會對襯里產生沖刷或者磨損[5]，導致了內襯損傷。在檢查的59臺設備中，有6臺設備發現有內襯損傷，包括反應器(見圖3)、再生器、沉降器和旋風分離器(見圖4)。

圖3 提升管反應器底部封頭盤管內襯損傷

圖4 旋風分離器內襯損傷

3.1.3 其他

除了沖刷腐蝕、內襯損傷，還發現以下腐蝕：

煙氣水封罐筒體內壁存在腐蝕坑(見圖5)、燃料氣汽化器(給輔助燃燒爐提供燃料，見圖6)筒體內壁存在腐蝕坑，屬于酸性水腐蝕；

沉降器頂大油氣線上的放空線第一彎頭、第二彎頭減薄，屬于高溫氣體腐蝕[6]；

外取熱器煙氣返回管線人孔處縱向焊縫開裂(見圖7)，屬于硫化物應力腐蝕開裂；

廢催化劑罐的熱催化劑入口接管(DN150)防腐油漆疏松、脫落，造成嚴重的外部腐蝕(見圖8)，接管表面布滿深約1～2 mm的腐蝕坑，屬于保溫層下腐蝕。

圖5 煙氣水封罐內壁腐蝕坑

圖6 燃料氣汽化器內壁腐蝕坑

圖7 外取熱器人孔焊縫開裂

圖8 廢催化劑罐熱催化劑入口接管腐蝕

3.2 分餾系統

六套催化裂化裝置的分餾系統共檢查設備277臺，包括塔器14臺，換熱器199臺，空冷器38臺，容器26臺，發現的腐蝕有：分餾塔頂冷凝冷卻系統及頂循環回流系統的H2S-HCl-NH3-CO2-H2O型腐蝕、油漿系統的高溫硫腐蝕、催化劑的沖刷腐蝕、循環水/垢下腐蝕、保溫層下腐蝕和原始缺陷等(見表6)。

3.2.1 循環水/垢下腐蝕

在檢查的277臺設備中，有47臺設備發生循環水/垢下腐蝕，全部為換熱器。對于采用循環水、冷卻水、除氧水、采暖水和鍋爐水等各類非新鮮水進行換熱的換熱器來說，循環水/垢下腐蝕已經成為一種非常普遍且嚴重的局部腐蝕。

表6 分餾系統腐蝕機理統計

值得注意的是廠四的分餾塔頂除氧水冷卻器E201，管殼程均發生了循環水/垢下腐蝕(見圖9和圖10)。殼程介質是分餾塔頂油氣，但是生產中塔頂注水，進入分餾塔頂油氣，造成分餾塔頂除氧水冷卻器殼程發生循環水/垢下腐蝕，管束外表面結垢嚴重。

圖9 E201管束外壁腐蝕形貌

圖10 E201管板腐蝕形貌

3.2.2 H2S-HCl-NH3-CO2-H2O型腐蝕體系

在檢查的277臺設備中，有30臺設備發生H2S-HCl-NH3-CO2-H2O型腐蝕[7]，包括分餾塔頂部、分餾塔頂油氣換熱器、分餾塔頂冷卻器、頂循回流冷卻器和封油罐等設備。

廠四分餾塔T201塔頂受液盤、降液板、回流管和溢流堰腐蝕穿孔(見圖11和圖12)，對塔頂腐蝕產物進行X射線衍射(簡稱XRD)分析(見圖13)，結果顯示：腐蝕產物主要是Fe2O3，FeCl3和FeCl2，還含有少量的FeS和Fe3O4，表明塔頂油氣中含有氯和硫，符合H2S-HCl-NH3-CO2-H2O型腐蝕體系。

圖11 T201溢流堰腐蝕穿孔

圖12 T201回流管腐蝕穿孔

圖13 T201塔頂腐蝕產物XRD分析

值得注意的是，廠五封油罐(介質：輕柴油；材質：Q235-A；操作溫度：60 ℃)人孔及筒體內壁均出現腐蝕坑(見圖14)，深約1 mm。這主要是由于輕柴油中含有微量H2S和水，造成了酸性水腐蝕。

3.2.3 高溫硫腐蝕

在檢查的277臺設備中，有12臺設備發生高溫硫腐蝕，包括分餾塔底部、輕柴油汽提塔、重柴油汽提塔、油漿換熱器和二中段油換熱器。

廠四輕柴油汽提塔T202上部第2層人孔受液盤腐蝕穿孔(見圖15)，對腐蝕產物進行XRD分析，結果顯示腐蝕產物主要是Fe2O3和FeS，屬于高溫硫腐蝕。

圖14 封油罐內壁腐蝕坑

圖15 T202受液盤腐蝕穿孔

圖16 T202受液盤腐蝕產物XRD分析

3.2.4 其他

3臺油漿換熱器，發現沖刷腐蝕，這主要是由油漿中的催化劑所導致的；

2臺設備發現保溫層下腐蝕(油漿蒸汽發生器汽包、原料油緩沖罐)；

5臺設備發現原始缺陷。

3.3 吸收穩定系統

六套催化裂化裝置的吸收穩定系統共檢查設備211臺，包括塔器24臺，換熱器127臺，空冷器21臺，容器39臺，發現的腐蝕有：H2S+HCN+H2O型腐蝕、循環水/垢下腐蝕、高溫硫腐蝕和原始缺陷(詳見表7)。

表7 吸收穩定系統腐蝕機理統計

3.3.1 循環水/垢下腐蝕

在檢查的211臺設備中，有38臺設備發生循環水/垢下腐蝕[8]，全部為換熱器。與分餾系統循環水/垢下腐蝕類似，循環水/垢下腐蝕在吸收穩定系統采用水進行換熱的換熱器中也十分常見。廠四穩定塔頂油氣冷凝器E312A管箱發生循環水/垢下腐蝕(見圖17和圖18)，對隔板腐蝕產物進行XRD分析，結果顯示：腐蝕產物主要是Fe3O4和Fe2O3，還含有少量的FeCl2和FeS2(見圖19)。

圖17 管口雜物

圖18 管箱隔板腐蝕

圖19 E312A腐蝕產物XRD分析圖

3.3.2 H2S-HCN-H2O腐蝕體系

吸收穩定系統的腐蝕，主要是H2S-HCN-H2O型腐蝕[9]。催化原料油中的硫化物在裂化反應的溫度條件下發生分解，生成H2S；原料油中的氮化物也發生裂解，轉化成NH4和HCN，而吸收穩定系統的溫度較低，有水存在，從而構成了H2S-HCN-H2O腐蝕體系。在檢查的211臺設備中，有29臺設備發生H2S-HCN-H2O腐蝕體系，包括17臺換熱器、9臺塔器和3臺容器。

4臺吸收塔、2臺解吸塔、2臺再吸收塔和1臺穩定塔均出現了H2S-HCN-H2O型腐蝕，尤其是塔的中上部位置內壁及內構件。

廠五解吸塔進料換熱器E305A(管程介質是穩定汽油，殼程介質是凝縮油)管箱內壁、管箱隔板和管束外壁均出現腐蝕坑(圖20和圖21)，屬于H2S-HCN-H2O腐蝕體系。

廠五粗汽油/冷水換熱器E314管束外壁發現明顯腐蝕坑(見圖22)，這是由于介質粗汽油中含有H2S和H2O，導致H2S-HCN-H2O腐蝕體系。廠三穩定塔頂冷凝冷卻器E310殼體內壁發現黑色腐蝕產物(見圖23)，這可能是殼程介質液化氣中含有的H2S與Fe發生反應生成FeS所致。

圖20 E305A管箱隔板腐蝕坑

圖21 E305A管束外壁腐蝕坑

圖22 E314管束外壁腐蝕坑

圖23 E310內壁黑色腐蝕產物

3.3.3 其他

廠二解吸塔底重沸器管箱內壁及隔板發現黑色腐蝕產物，管箱封頭均勻減薄，管程介質輕柴油，操作溫度161～209 ℃，屬于高溫硫腐蝕；

此外，還發現2臺設備存在原始缺陷。

3.4 能量回收系統

理論上，能量回收系統的主要腐蝕有三種：高溫煙氣的沖刷腐蝕、煙氣露點腐蝕以及氯離子造成的奧氏體不銹鋼的應力腐蝕開裂。然而，六套催化裂化裝置的能量回收系統共檢查設備30臺，且腐蝕調查手段僅限于宏觀檢查、測厚，并未發現以上三種腐蝕。發現的腐蝕有：2臺中壓鍋爐出現內襯損傷，1臺蒸汽分水器外壁出現保溫層下腐蝕，1臺鍋爐余熱回收換熱器出現循環水/垢下腐蝕，1臺冷凝水罐一個接管根部未焊透。

4 總 結

(1)六套催化裂化裝置共檢查設備577臺，發現186臺設備存在腐蝕，腐蝕比例為32.24%。按設備類型進行統計，反應器、塔器、鍋爐、換熱器和容器的腐蝕比例依次為： 91.67%，47.37%,40.00%,32.40%和14.41%；反應器發生沖刷腐蝕或內襯損傷的概率較大，導致反應器的腐蝕比例高達91.67%。按所處工段進行統計，反應再生系統、分餾系統、吸收穩定系統和能量回收系統的腐蝕比例依次為：52.54%,32.85%,27.96%和17.24%。

(2)反再系統發現的腐蝕主要有沖刷腐蝕、內襯損傷；分餾系統發現的腐蝕主要有：循環水/垢下腐蝕、H2S-HCl-NH3-CO2-H2O型腐蝕和高溫硫腐蝕；吸收穩定系統發現的腐蝕主要有：循環水/垢下腐蝕、H2S+HCN+H2O型腐蝕；能量回收系統發現的腐蝕主要有：內襯損傷、循環水/垢下腐蝕。

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(編輯 張向陽)

Corrosion Inspection and Analysis for FCC Unit

ChengWei,RenRiju,YangJun,ChenHao,GuHuashan,YuanWenbin

(NationalTechnicalResearchCenteronSafetyEngineeringofPressureVesselsandPipelines,HefeiGeneralMachineryResearchInstitute,Hefei230031,China)

The corrosions of 577 pieces of equipment in 6 FCC units were inspected and the inspection results were analyzed. According to the type of equipment, the corrosion rate of reactor, tower, boiler, heat exchanger and vessel is 91.67%, 47.37%, 40%, 32.40%, 14.41% respectively; According to the position of the system, the corrosion rate of the reaction & regeneration system, the fractionation system, the absorption stabilization system and the energy recovery system is 52.54%, 32.85%, 27.96%, 17.24%, respectively. The main corrosions of the fluid catalytic cracking unit are erosion corrosion, cooling water / under deposit corrosion, H2S+HCl+NH3+CO2+H2O corrosion, high-temperature sulfur corrosion, etc.

fluid catalytic cracking unit, corrosion inspection, corrosion analysis

2016-05-21；修改稿收到日期：2016-06-28。

程偉(1987-)，碩士，2011年畢業于中國科學院理化技術研究所(北京)，主要從事壓力容器與管道的RBI評估工作。E-mail：chengwei4zhai601@163.com