渣油加氫裝置的腐蝕風險分析

張天宇

（中石油遼陽石化分公司油化廠，遼寧 遼陽 111003）

近些年來石油資源的重質化、劣質化水平不斷加劇，國家對于石油清潔能源的要求與日俱增。其中，石油中的渣油輕質化可以說是企業經濟效益的重要來源之一。結合渣油加氫處理的模板要求，對原料中的氮、硫等元素雜質進行脫除，在提供基本生產原料的同時也提升了產品的整體附加值，從而實現了資源的高效利用。為了進一步探討渣油加氫裝置的腐蝕風險，現結合具體案例工況分析如下。

1 工況概述

某企業渣油加氫裝置加工能力為年產200×104t，自加成后，配有一定減壓蠟油。其主要分為分餾、反應以及脫硫等部分。其中反應部分包括加氫反應器以及加熱爐，分餾部分為分餾塔、汽提塔以及分餾進料設備。在設備的使用過程中，原材料設計硫含量為3.1%，實際使用的硫含量為2.5%～3.7%，平均值超過了3.1%達到了3.59%。根據這個數據來看，原料的硫含量超過設計值，所以硫含量增加，引發了裝置的低溫部位、高溫部位的腐蝕性雜質含量增加，從而導致部位嚴重腐蝕。

2 渣油加氫裝置的腐蝕風險

2.1 反應部分的高溫部位腐蝕

從反應原理上來看，高溫高壓的氫氣會引起多種不同情況的結構性損傷，比如應力開裂、氫脆以及氫腐蝕等。其中，應力開裂是由于長期處于高溫環境下，氫分子裂解為原子，并通過高壓滲透到鋼材當中，這些氫氣原子在冷卻過程中來不及擴散，出現氫原子過飽和，從而導致材料的塑性、韌性受到嚴重的影響，這個過程一般會出現在150℃。在選擇加氫反應器時，其中最容易發生開裂的位置就是密封槽的拐角部分以及內部的焊縫部分。這兩個位置長期受到高溫高壓的影響，同時在加熱與冷卻過程中有接觸氫氣的情況，所以很容易出現氫腐蝕的問題。一般來說，在升溫過程中如果能夠調整操作壓力并保持在250℃進行消氫，能夠有效避免氫腐蝕問題的產生。

從基本原理上來看，氫腐蝕屬于擴散腐蝕，通過氫原子與碳化物反應生產甲烷的方式來進行內部脫碳，隨后甲烷會具有一定的氣體壓力，這種壓力導致最終內部開裂。在這個過程中，反應部分的高溫區材料選擇需要根據操作壓力與氫分壓進行挑選，盡可能接近耐腐蝕的設計要求。對于硫化氫類型的腐蝕，則需要選擇奧氏體不銹鋼這種材料，能夠有效減緩腐蝕的速率。

2.2 反應部分的低溫部位腐蝕

低溫部分的腐蝕主要包括物換熱、高壓換熱器、高壓空冷器以及分離器等設備，其常出現的腐蝕類型有氯化銨鹽腐蝕、硫化氫腐蝕以及硫氫化銨鹽的腐蝕。根據反應過程來看，渣油的加氫裝置氯化物的反應主要發生于230℃的高熱分氣換熱器，該過程中氯化氫與氨氣的反應生產了鹽結晶體，這種結晶體會在很大程度上堵塞換熱器的管束，從而導致腐蝕問題。為了解決這個問題，需要在換熱器的入口部分注入水，通過沖洗氯化銨的方式來進行處理，同時還可以采取間斷的注水模式，通過高壓換熱器的壓降來進行監控，這樣一來就可以在超過臨界值時隨時進行注水。在不需要注水時，則需要通過管理閥門的方式來防止水泄漏，否則就會出現酸性溶液進而導致腐蝕加劇。結合實際情況，選擇不同的耐腐蝕材料，這里不推薦繼續使用奧氏體不銹鋼，可以選擇的材料有鎳基合金、雙相不銹鋼等等。

引起酸性水腐蝕主要原因是水中有硫化氫或者氨氣，這些氣體混合后會形成硫氫化銨結晶體，會導致沖蝕類型的腐蝕。導致腐蝕的因素是多方面的，硫氫化銨的濃度、流速都是重要的部分。除此之外，PH值也是一個問題，氧含量、氰化物的含量等都是需要考慮的部分。根據實際的操作經驗來看，出現腐蝕的位置一般集中于低壓的空冷器以及其他管線，而空冷器的管束腐蝕主要集中于加氫的裝置上，這都是導致裝置非計劃停工的重要原因，同時也會影響到裝置的安全運行。

濕硫化氫的腐蝕一般發生于120℃低溫當中，腐蝕的形態主要包括減薄以及應力的開裂。在濕硫化氫的環境當中，低合金鋼的腐蝕速度往往與硫化氫的含量、系統的PH值具有密切的關聯，同時如果腐蝕溫度達到65℃后，那么硬度與應力水平將成為主要的影響因素，為了防止腐蝕，可以通過焊接后熱處理來消除應力。

2.3 脫硫部分的腐蝕

在脫硫部分發生的腐蝕主要是由于環境中的硫化氫融入水所導致的。在設備使用過程中，為了防止這類腐蝕，需要控制鋼材中的錳含量，同時還需要避免各種類型的夾雜物的影響，通過優化結構的方式來避免出現應力集中的問題。在焊接處理后，需要對應力進行消除，通過熱處理確保焊縫以及周圍硬度在合理區間，通過降低濕硫化氫的應力腐蝕的敏感性來確保不出現裂紋。在耐腐蝕控制過程中，需要參考胺液的腐蝕性質，其大多表現為應力腐蝕開裂以及腐蝕減薄等，所以作為一種堿性環境下的腐蝕影響，其往往與PH值、應力等因素具有密切的關聯。根據實際的經驗來看，在設備使用過程中，90℃以上的再生塔經常出現這種類型的腐蝕，所以需要通過調整溫度范圍和進行應力預處理的方式來解決該問題，防止出現腐蝕開裂的問題。在環境中腐蝕減薄與腐蝕性雜質的選取具有密切的關聯，在過濾時需要考慮到負荷設計的問題，盡可能通過溫度控制的方式來避免系統設備的腐蝕。

2.4 循環冷卻水的腐蝕

循環水系統中的腐蝕主要屬于電化學腐蝕，其與水質管理、材質以及結構都具有密切的關系，工藝的運行參數也是一個重要的影響因素。在裝置水冷器的噴涂處理方面，要選擇合適的噴涂材料，確保防護的有效性。部分管板上可能會出現破損，如果破損比較嚴重，就需要及時對其進行處理，否則會從內部擴大，進而影響到已經完成防護的部分。在選擇涂料時，需要考慮到涂料的耐溫性能，在裝置開停工時，要考慮到保護措施，選擇合適的涂層，防止出現溫度過高時脫落的情況。在加強換熱管的腐蝕防護處理的過程中，由于電偶本身存在腐蝕，所以管箱、碳鋼管板的腐蝕都會比較嚴重，針對這個部分進行保護可以采用犧牲陽極的陰極保護法，能夠有效減緩腐蝕的速度。

2.5 分餾部分的腐蝕

（1）分餾部分高溫腐蝕。在分餾過程中，其常出現的腐蝕介質為硫、硫化氫等物質，在高溫條件下，內部的材料選擇不銹鋼，所以不容易出現腐蝕的問題。而柴油汽提塔的塔體采用了20R，在經過過熱的蒸汽時出現了腐蝕，主要集中于塔體的封頭部分以及內壁上，而在銹層的下部沒有發現明顯的腐蝕。在塔盤部分進行腐蝕分析，整體比較完整沒有發現腐蝕。進料加熱爐的路口溫度為360℃，該部位主要包括介質兩相流動以及流速引起的沖蝕，而腐蝕減薄的影響因素較多，運行中管道的腐蝕檢測屬于重要的保障環節，需要妥善管理。

（2）分餾部分低溫腐蝕。分餾部分的低溫生產環節的腐蝕主要集中于塔頂以及冷凝冷卻裝置，這些部分的腐蝕介質為硫化氫、水。在腐蝕過程中主要表現為應力腐蝕導致的局部開裂。從客觀上來看，分餾塔的塔頂后冷器屬于折流桿換熱器，其殼程為油氣，而管程則主要包括水。在筒體的內部具有較厚的油垢，下部則是大量的腐蝕坑。分析后發現，其中大部分彎曲或者斷裂，管板表面腐蝕十分嚴重，深處的凹坑達到2.5mm，同時表面有蝕坑，深度約為2mm，表面有細小的蝕坑。拉桿的材料方面，成分為ASTM204，不銹鋼的特征為錳代鎳，具有提升電極電位的能力，鋼本身的韌性較弱，所以只能適應一般環境，不能夠適應腐蝕性過強的環境，所以在進行材料的選擇時，需要充分考慮到腐蝕環境、應力腐蝕的開裂條件。

3 結語

綜上所述，渣油加氫裝置的設備腐蝕一般都是集中于反應部分高熱分氣轉換過程中的換熱器、冷高壓分離器以及其他相連管道。為了避免出現高熱分器換熱流程中氯化銨鹽導致腐蝕，需要做好原材料氯含量的控制，隨時做好注水的管理，確保水的整體質量。在針對分餾塔的塔頂進行換熱腐蝕管理時，則需要重點做好塔頂的緩蝕劑防腐，通過添加更大直徑的接管或者采用流速較慢的設計可以有效降低腐蝕的影響。在確保安全運行的條件下，還需要對一些重點的腐蝕部位進行隨時監測，包括分餾部分的高溫系統管線、低溫系統管道、分餾塔頂系統管線等，都需要使用在線監測的方式進行跟蹤控制，確保不出現腐蝕故障。