提高煉油加氫裝置設(shè)備防腐蝕的管控能力

滕小勇

(大慶煉化公司,黑龍江 大慶 163411)

提高煉油加氫裝置設(shè)備防腐蝕的管控能力

滕小勇

(大慶煉化公司,黑龍江 大慶 163411)

通過(guò)對(duì)煉油加氫裝置易腐蝕部位及腐蝕機(jī)理的分析，從設(shè)備防腐、腐蝕監(jiān)測(cè)及工藝防腐三方面制定了加氫裝置防腐蝕管控措施。

腐蝕;煉油加氫;工藝防腐

引 言

由于加氫裝置工藝條件的特殊性：高溫、高壓，氫氣、氨及硫化氫等介質(zhì)的存在，同時(shí)，由于原料中腐蝕介質(zhì)含量日益升高，裝置面臨的設(shè)備腐蝕泄漏風(fēng)險(xiǎn)較大。所以，必須在生產(chǎn)運(yùn)行、裝置檢修過(guò)程加強(qiáng)對(duì)設(shè)備腐蝕的管理，提前發(fā)現(xiàn)腐蝕隱患，杜絕因設(shè)備腐蝕造成的生產(chǎn)事故。

1 加氫裝置易腐蝕部位及腐蝕機(jī)理

1.1 易腐蝕部位及腐蝕形式

1) 反應(yīng)器、熱高壓分離器：連多硫酸開(kāi)裂、高溫氫侵蝕、回火脆化、氫致脆化及氯化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

2) 反應(yīng)空冷器：硫氫化銨腐蝕、氯化銨腐蝕、鹽酸腐蝕、沖蝕以及氯化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

3) 冷高壓分離器：濕硫化氫損傷、硫氫化銨腐蝕及沖蝕。

4) 脫硫化氫塔系統(tǒng)：濕硫化氫損傷、氯化銨腐蝕與氯化物應(yīng)力腐蝕。

5) 加熱爐爐管：硫腐蝕、蠕變/應(yīng)力破裂、高溫H2/H2S腐蝕、連多硫酸開(kāi)裂、環(huán)烷酸腐蝕、氯化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂及短期過(guò)熱應(yīng)力開(kāi)裂。

6) 加熱爐空預(yù)系統(tǒng)：高溫硫腐蝕與低溫露點(diǎn)腐蝕。

7) 循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)：濕硫化氫損傷、胺開(kāi)裂、胺腐蝕。

1.2 腐蝕機(jī)理

1) 高溫氫/硫化氫腐蝕：H2S+H2在大于200 ℃的條件，氫滲入金屬表面FeS保護(hù)膜，使其失去保護(hù)作用。FeS保護(hù)膜反復(fù)剝離、生成，加快腐蝕。

2) 高溫氫腐蝕：在高溫條件下，分子氫發(fā)生部分分解而變成原子氫或離子氫，并通過(guò)金屬晶格和晶界向鋼內(nèi)擴(kuò)散，擴(kuò)散侵入鋼中的氫與不穩(wěn)定的碳化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)甲烷氣泡,并在晶間空穴和非金屬雜質(zhì)部位聚集，而甲烷在鋼中的擴(kuò)散能力很小，聚集在晶界原有的微觀孔隙內(nèi)，使鋼產(chǎn)生龜裂、裂紋或鼓包。

3) 氯化物應(yīng)力腐蝕：原料中的氯加氫后生成的氯化氫，在高溫條件下會(huì)與容器或管線中的鐵、鎳反應(yīng)產(chǎn)生腐蝕。因?yàn)樗鼈儤O易積聚在管子和設(shè)備的低點(diǎn)等處，形成很高的氯化物濃度，致使氯應(yīng)力腐蝕發(fā)生。

4) 硫氫化銨、氯化銨腐蝕：HCl、H2S和系統(tǒng)中的NH3反應(yīng)生成NH4Cl、NH4HS，在低于一定溫度條件下就會(huì)沉積出來(lái)而堵塞系統(tǒng)，容易造成垢下腐蝕。

5) 加熱爐的腐蝕：加熱爐煙氣溫度低于水蒸氣的露點(diǎn)溫度時(shí)，煙氣中的水蒸氣會(huì)冷凝下來(lái)，和煙氣中的SO2和SO3一起對(duì)管子進(jìn)行化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。

6) 奧氏體不銹鋼的連多硫酸腐蝕：在煉油裝置停工過(guò)程中，系統(tǒng)降溫降壓后，有水氣冷凝下來(lái)或打開(kāi)設(shè)備檢修時(shí)，設(shè)備和管線內(nèi)部與濕空氣接觸,鐵/鉻的硫化物與水和氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，就有亞硫酸和連多硫酸生成，從而產(chǎn)生腐蝕。

7) 濕硫化氫腐蝕：濕硫化氫腐蝕主要是H2S在水中發(fā)生電離與鐵發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成硫化亞鐵和氫原子，而氫原子擴(kuò)散至鋼中引起的[1]。

8) 氫脆：在高溫高壓、H2環(huán)境下的設(shè)備，在操作狀態(tài)下，器壁中會(huì)吸收一定量的氫。在停工過(guò)程中，由于冷卻速度快，殘留的氫來(lái)不及擴(kuò)散出去，過(guò)飽和的氫殘留在器壁內(nèi)，在溫度低于150 ℃時(shí)可能會(huì)引起亞臨界裂紋擴(kuò)展，對(duì)設(shè)備的使用安全帶來(lái)威脅[2]。

2 加氫裝置腐蝕管控手段

1) 設(shè)備防腐手段

設(shè)備的防腐手段有材質(zhì)升級(jí)、表面處理、陰極保護(hù)。

加氫裝置在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)針對(duì)裝置加工原料種類(lèi)和性質(zhì)及工藝操作條件，評(píng)估裝置將會(huì)承受的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。從而對(duì)設(shè)備正確選材及對(duì)其進(jìn)行防腐蝕處理。

在裝置檢修階段應(yīng)對(duì)腐蝕部位進(jìn)行再次評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果判斷是否進(jìn)行材質(zhì)升級(jí)或防腐處理。

2) 腐蝕監(jiān)測(cè)

大檢修腐蝕檢測(cè)：通過(guò)系統(tǒng)的腐蝕檢測(cè)，充分掌握設(shè)備腐蝕狀況，并分析哪些方面還有管理缺失。全面評(píng)估上一周期工藝運(yùn)行狀況以及助劑加注情況，對(duì)工藝防腐提出建議和要求。

關(guān)鍵部位日常腐蝕檢測(cè)：定期對(duì)重點(diǎn)管線、設(shè)備定點(diǎn)測(cè)厚工作，建立臺(tái)賬，判斷管線、設(shè)備的腐蝕程度。

重點(diǎn)部位腐蝕在線監(jiān)測(cè)：能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)、掌握腐蝕性介質(zhì)對(duì)設(shè)備或管道的腐蝕程度及腐蝕發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，采取應(yīng)對(duì)措施，保證裝置長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。

3) 工藝防腐

掌控加工原料中的硫、氮、氯等腐蝕性物質(zhì)含量，以及每個(gè)部位的腐蝕性介質(zhì)含量，科學(xué)設(shè)定設(shè)防值，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)腐蝕產(chǎn)物及影響設(shè)備腐蝕的工藝參數(shù)的監(jiān)控，制定工藝過(guò)程控制措施,建立腐蝕監(jiān)測(cè)臺(tái)帳，保證生產(chǎn)的安全運(yùn)行。

3 加氫裝置工藝防腐蝕過(guò)程控制

1) 設(shè)防值的制定：

a)原料油、氫氣中氯含量不高于1×10-6；

b)燃料氣中硫含量不高于100 mg/m3，燃料油中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于0.5 %；

c)易腐蝕設(shè)備水溶液中總含鐵量≤3 mg/L；

d)原料油中的硫、氮含量不超過(guò)設(shè)計(jì)值。

2) 工藝操作條件的控制

a)控制排煙溫度，確保管壁溫度高于煙氣露點(diǎn)溫度5 ℃。

b)根據(jù)使用的爐管材質(zhì)，控制爐管表面溫度不超過(guò)最高使用溫度。

c)反應(yīng)注水

注水量：保證總注水量的25%在注水部位為液態(tài)，并控制高分水NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)<4%。正常情況高壓空冷器前采取連續(xù)注水，如果含硫污水監(jiān)測(cè)NH4HS濃度增加，可適當(dāng)增加注水量。其他部位應(yīng)根據(jù)實(shí)際采用間歇/連續(xù)注水方式。控制流速3 m/s～6 m/s：局部流速過(guò)大易產(chǎn)生沖刷腐蝕，流速過(guò)小易產(chǎn)生垢下腐蝕。

注水水質(zhì)：除氧水或臨氫系統(tǒng)凈化水(用量不大于50%)。

控制冷高分入口溫度為40 ℃～55 ℃。

d)由于NH4Cl的結(jié)晶溫度隨原料油中氯、氮、新氫中HCl含量及反應(yīng)氫油比和反應(yīng)壓力的變化而改變，根據(jù)裝置運(yùn)行情況判斷反應(yīng)產(chǎn)物中NH4HS和NH4Cl結(jié)晶部位，調(diào)整反應(yīng)器后換熱溫度、注水量或注水點(diǎn)。

e)采用熱開(kāi)停工工藝避免鉻鉬鋼設(shè)備脆性破壞，熱開(kāi)停工工藝是指反應(yīng)器開(kāi)停工時(shí)，當(dāng)器壁溫度低于最低升壓溫度時(shí)(早期121 ℃，隨著材料的純潔化降低到56 ℃)，反應(yīng)器內(nèi)的壓力不得超過(guò)20%材料的屈服極限[2]。

防止氫脆問(wèn)題：開(kāi)工和停工時(shí)的升溫和降溫速度不大于25 ℃/h，裝置停工時(shí)冷卻速度不應(yīng)過(guò)快，且停工過(guò)程中應(yīng)有使鋼中吸收的氫能盡量釋放出去的工藝過(guò)程，以減少器壁中的殘余氫含量。

f)防止連多硫酸腐蝕：停工時(shí)設(shè)備內(nèi)部充氮?dú)獗３终龎?，使奧氏體不銹鋼設(shè)備和管線的金屬表面保持干燥。不能干燥和氮?dú)飧綦x的設(shè)備，應(yīng)用1.5%～2.0%的碳酸鈉或氫氧化鈉溶液進(jìn)行中和清洗。沖洗后須用不含氯的軟化水或冷凝水沖洗。以防止殘余的堿留在金屬表面發(fā)生堿脆和開(kāi)工時(shí)帶到催化劑影響其活性。

g)控制循環(huán)氫脫硫后的H2S體積分?jǐn)?shù)0.02%～0.10%。

3) 化學(xué)注劑控制腐蝕：根據(jù)加氫裝置汽提塔、分餾塔等塔頂油氣中水露點(diǎn)溫度，控制塔頂內(nèi)部操作溫度高于水露點(diǎn)溫度14 ℃～28 ℃，有效控制塔頂回流，避免塔內(nèi)因塔頂回流形成液相水腐蝕環(huán)境；塔頂系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際腐蝕情況選擇加注緩蝕劑，緩蝕劑注入推薦采用原劑注入方式，使用自動(dòng)注入設(shè)備，保證均勻、連續(xù)注入。

也可根據(jù)實(shí)際腐蝕情況在高壓空冷前選擇加注緩蝕劑，建議加注部位距空冷器入口大于5 m或與高壓注水共同加注。

4 結(jié)論

建立健全設(shè)備防腐管控體系，掌握加工原料中的硫、氮、氯等腐蝕性物質(zhì)含量和裝置涉及到的腐蝕性介質(zhì)含量，科學(xué)設(shè)定設(shè)防值，同時(shí)加強(qiáng)腐蝕產(chǎn)物的監(jiān)控，分析工藝參數(shù)、物料平衡變化帶來(lái)的腐蝕問(wèn)題，從工藝控制、腐蝕監(jiān)測(cè)等方面綜合分析，系統(tǒng)控制設(shè)備腐蝕。

[1] 劉小輝.設(shè)備腐蝕與防護(hù)技術(shù)問(wèn)答[M].北京：中國(guó)石化出版社，2014.

[2] 金德浩，劉建暉，申濤.加氫裂化裝置技術(shù)問(wèn)答[M].北京：中國(guó)石化出版社，2016.

Improving control capability of equipment in refinery hydrogenation unit against corrosion

TENG Xiaoyong

(Daqing Refining & Chemical Company, Daqing Heilongjiang 163411, China)

Through the analysis of the easy corrosion parts and corrosion mechanism of refinery hydrogenation unit, the measures for corrosion prevention and control of hydrogenation unit are developed from three aspects of equipment corrosion protection, corrosion monitoring and process corrosion prevention.

corrosion; refinery hydrogenation; process corrosion protection

2017-04-14

滕小勇，男，1983年出生，2007年畢業(yè)于西南石油大學(xué)高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)，工程師。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.04.37

TQ050.9

A

1004-7050(2017)04-0106-03

生產(chǎn)與應(yīng)用