催化裂化裝置出現腐蝕的影響因素及防護技術

王建震

摘 要：催化裂化是煉油企業的重要工藝過程，隨著原料化學性質的變化及產品質量要求的提高，催化裂化裝置出現了日益嚴重的腐蝕問題。設備的主要腐蝕介質來源于原料及工藝過程中的硫化物、氮化物、氰化物、無機鹽等等。本文詳細分析了催化裂化裝置中重要設備的腐蝕原因，并針對具體腐蝕部位提出了一系列的防護技術。

關鍵詞：催化裂化;腐蝕;防護技術

催化裂化是石油煉制過程中的一個重要環節，是以焦化蠟油、減壓餾分油等渣油或重質餾分油為原料，在常溫高壓和高效催化劑作用下，發生裂解，反應生成裂化氣、液態產物（汽油、柴油等）和焦炭的過程。近年來，受原料組分性質變化、酸性的反應條件、設備老化等因素的影響，裝置腐蝕現象日漸突出，嚴重影響了設備的長期正常運行[1]。本文分析了催化裂化裝置出現腐蝕現象的常見原因，并提出了一系列的防護建議。

1 催化裂化裝置腐蝕現狀

催化裂化反應流程主要包括原料油催化裂化、催化劑再生、產物分離三個部分，其裝置按反應器（或沉降器）及再生器的相對位置可分為分開布置的并列式和架疊一起的同軸式，其中并列式又可根據反應器和再生器的高低不同分為同高并列式和高低并列式兩類，工業過程中需根據具體的反應選擇合適的裝置。在催化裂化過程中，原料油中的硫化物、氮化物等組成構成腐蝕介質，隨著反應過程中的物質傳輸，腐蝕介質便分布到各個系統中，導致不同種類的腐蝕，因此，深入探討裝置中具體系統的腐蝕以設計出相應的防護技術顯得十分重要。

2 主要系統腐蝕原因分析

2.1 反應--再生系統

在反應--再生器中，原料經換熱后與回煉油混合緩慢進入提升管，并噴入燃油加熱，上升過程中在高溫和高效催化劑的作用下發生分解反應，反應過程中催化劑沖刷器壁表面，使得內部器件表面減薄，甚至發生穿孔。此外，耐高溫催化劑的使用進一步提高了反應器的溫度，加劇了催化劑的沖刷程度，造成更嚴重的腐蝕[2]。另一方面，為了提高催化劑的再生效率，往往向體系中加入助燃劑，使得SO3和NO2等腐蝕性氣體含量增加，在高溫條件下造成更嚴重的腐蝕。

2.2 分餾系統

反應--再生系統的產物自底部進入分餾塔，在分餾階段分成幾個中間產品，其中塔頂主要為汽油，側線包含回煉油、重柴油及輕柴油，塔底產物為油漿。原料中的硫組分反應后主要分散至油漿、柴油、焦炭中，在分餾過程中，器壁的金屬鐵可與硫化氫發生反應生成硫化亞鐵，發生化學腐蝕[3]。在高溫條件下硫化氫分解產生單質硫，同樣能與金屬鐵反應生成硫化亞鐵，加劇器壁的腐蝕。另一方面，結鹽也對設備產生腐蝕，影響設備的穩定運行。在油氣上升過程中，頂部的水蒸氣液化成水，與含有氯、氨成分的蒸汽發生傳質作用，析出氯化銨和硫氫化銨晶體，其中氯化銨是一種典型酸式鹽，由強酸及弱堿相互作用形成，其形成溫度條件主要由氣態氯化氫和氨決定，因此可以通過檢測系統中氯和氨的含量來評估此類鹽的形成，同時需要考慮體系中油和水的存在，另外高濃度的硫氫化銨會導致沖刷腐蝕。除此之外，循環水中可能含有銨鹽、微生物等雜質，由于水的流速較慢，易導致嚴重的垢下腐蝕，造成換熱板穿孔。

2.3 吸收--穩定系統

吸收--穩定系統主要由吸收塔、再吸收塔、解析塔和穩定塔構成。分餾塔頂的分離產物含有汽油成分，吸收--穩定系統的主要作用是將粗汽油分離成蒸汽壓合格的穩定汽油。吸收--穩定系統的設備腐蝕主要來源于前序的高溫反應和釋放的原料油中的腐蝕性介質。與分餾系統類似，吸收-穩定系統含有硫氫化銨、氯化銨、氰化物及硫化物等腐蝕性介質，對碳鋼具有很強的腐蝕性，此外氰化物易破壞硫化亞鐵膜，加快腐蝕速度，另外穩定塔的塔壁、塔盤也存在麻點腐蝕。

3 主要防護技術

催化裂化裝置的防護需要針對具體的腐蝕原因制定出相應的策略。從原料的角度出發，控制劣質原料的用量可以有效降低腐蝕介質的寬范圍波動。常壓、減壓渣油的過量摻入可能對反應--再生器造成損害，定量引入可以在一定程度上降低源頭引起的腐蝕。在工業催化裂化過程中，由于煙氣具有較高的溫度，常采用抗腐蝕金屬材料加以防護。金屬材料是催化裂化裝置的物質基礎，不同材料的抗腐蝕機理不盡相同，因此合理選材十分重要，需綜合考慮其物理、化學、機械性能及經濟可行性。硫化物的腐蝕貫穿于催化裂化工藝的各個階段，對此類的腐蝕需要從選材的角度考慮。對于高溫硫化物腐蝕部位應緊密關注，主要包括分餾塔底部殼體、油漿蒸汽器的管束等等，嚴重部位可選用410S型不銹鋼復合板，塔盤采用相應的不銹鋼。對于催化劑緊密接觸及沖刷的部分，可在表面摻入硼屬化物、提高金屬硬度、熱噴涂等技術提高其耐用性。此外，油漿含量的控制也對降低腐蝕具有重要作用，通常運用碳化灼燒法進行檢測。過量的油漿會對催化劑造成損失，還會引起管線的磨蝕[4]。在工藝過程中需要提高油漿外甩的力度，以降低催化劑的損失并減少設備的管線磨蝕。

在分餾工藝階段，循環油的溫度易高于管理規定的溫度，且鐵離子含量超標，針對此類問題，在對裝置進行檢修時需要添加一些高效的緩蝕劑，同時需要不間斷檢測鐵離子含量，直至達標為止[5-6]。分餾塔頂常含有過量的催化劑，易刻蝕管線和油漿系統，造成設備的泄漏，尤其是調節閥部分，因此需降低催化劑的用量。另外，控制適量的塔頂注水對于減少塔頂的油氣腐蝕具有重要的意義，適量、清潔的洗滌水可以避免油氣系統設備受到結垢、腐蝕及鼓泡的影響，通常控制洗滌水的比例不超過進料量的百分之十，且水與油氣需要充分混合以達到高效的防腐蝕效果。在實際催化裂化工藝中，對于洗滌水的管線設計往往偏少，注水點分布在多臺換熱器的入口，可采用程序控制的方法逐臺洗滌，提高洗滌效果。針對油氣上升產生的無機鹽，氯化銨水溶液在低濃度下腐蝕性較低，而在高濃度或液相露點時腐蝕較為嚴重，為降低鹽含量，工藝過程中常采用電脫鹽的技術控制[7]。目前這類技術主要包括高速電脫鹽、雙頻電脫鹽、超聲波脫鹽等等。在實際應用中，循環油返塔過程中往往加入一套脫鹽系統，循環油與適量的凈化水在混合器中充分混合后，凈化水可溶解其中的鹽，完成萃取過程，進而通過分離器完成油水分離，由污水排放通道排出。

由于催化裂化裝置的腐蝕因素分布廣，需要通過基于風險的檢測（RBI）以確定容器、管道的風險等級及范圍，研究其腐蝕反應機理，找出高程度腐蝕設備和高風險的系統設備，制定裝置的優化檢測方案，提出相應的改進措施，以RBI結果為依據，在設備檢修時對高程度腐蝕設備進行再評估，構建防護分級管理體系，避免防腐失效。

4 結語

綜上所述，催化裂化是重要的煉油工藝過程，其裝置的長期穩定運行是石油加工工藝的重要保障。然而，隨著原料質量的降低、催化劑的不合理使用、設備選材欠缺等因素，催化裂化裝置的腐蝕問題日益嚴重。因此，需要對設備腐蝕原因進行針對性分析，從提高原料質量、優化工藝路線、選取優質材料的角度降低腐蝕程度，對于嚴重的部位加大檢測力度，不斷提高防護技術，從而保障催化裂化裝置的長期平穩運行。

參考文獻：

[1]趙敏.催化裂化裝置腐蝕原因分析及防護建議[J].石油化工設備，2017，46（05）：70-76.

[2]王文杰，曹偉強，田春來.小議催化裂化裝置設備腐蝕與防護[J].科技視界，2015（20）：320-321.

[3]張向陽.重油催化裂化裝置的典型腐蝕及防護措施[J].石油化工腐蝕與防護，2019，36（02）：16-21.

[4]徐品德，朱榮欣，趙權利，周軍，張家鑫，柳志偉.催化裂化裝置水封罐管線腐蝕分析與防護[J].設備管理與維修，2019（09）：159-163.

[5]富思超，趙佳一，崔秀梅.催化裂化裝置分餾穩定單元腐蝕與防護[J].技術與教育，2019，33（01）：19-24+65.

[6]劉濤.催化裂化裝置分餾穩定單元腐蝕與防護[J].化工管理，2020（04）：146-147.

[7]夏婷.催化裂化裝置水冷器的腐蝕與防護[J].石油石化綠色低碳，2019，4（03）：41-46.