延遲焦化裝置停工期間的腐蝕及防護措施

李誠成，周 琪，王志剛，李 正

(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司, 河南 洛陽 471012)

某石化分公司延遲焦化裝置設計加工能力1.40 Mt/a，年開工時間8 400 h，循環比0.3，采用“一爐兩塔”和“可靈活調節循環比”的工藝流程。根據生產要求，該延遲焦化裝置需要停工進行低負荷改造。為了防止腐蝕，對裝置停工期間設備及管道容易產生腐蝕的部位及原因進行了分析，提出并采取有針對性的應對措施，取得了良好效果。

1 延遲焦化裝置易腐蝕部位及原因分析

近年來，延遲焦化裝置原料中腐蝕性雜質的含量及種類不斷增加，其中主要包括各種形態的硫化物、氮化物、氯化物、有機酸以及金屬等。在裝置停工退油期間,這些雜質易附著在管道的彎頭處，與管道吹掃后滴落在彎頭處的液態水接觸形成電化學腐蝕環境，對設備和管道造成腐蝕。

1.1 工藝管道的腐蝕

減壓渣油在延遲焦化裝置焦炭塔中進行裂解反應，其中渣油中的含硫物質會反應產生大量的硫化物,含氮物質反應產生氨,氯化物易水解產生氯化氫，氯化氫在氣相中腐蝕較弱，但遇水溶解后能形成腐蝕性極強的鹽酸。此外，渣油中所含的金屬物質與氧結合也容易造成設備、管道的腐蝕。在裝置停工吹掃后，管道彎頭處容易發生吸氧腐蝕，其主要原因是彎頭處容易殘留冷凝后的液態水，空氣中的氧氣易溶解于金屬表面的水膜中，從而導致金屬發生電化學腐蝕。

管道吹掃后的部分存水冷凝并附著在工藝管道表面，充當電解質溶液，水中的氧有去極化作用，構成腐蝕原電池，使得鋼鐵發生腐蝕。

在氧的作用下，反應進一步進行：

Fe(OH)3脫水從而形成鐵銹：

這種腐蝕由表面開始，逐漸向深層發展，形成大面積的腐蝕區域，加劇了碳鋼腐蝕。

工藝管道上金屬的腐蝕主要是這種吸氧腐蝕，吸氧腐蝕的速率與水中的溶解氧濃度成正比。氧的濃度越大，在水、垢兩相中質量濃度差就越大，則陰陽兩極的電位差也越大，金屬越易與氧反應從而造成管道腐蝕。

1.2 設備的腐蝕

作為延遲焦化裝置進料的減壓渣油中殘炭、金屬及硫含量較高，此外裝置進料還包括溶劑脫瀝青裝置的輕油漿和瀝青質，油漿中的固含量較高，致使延遲焦化裝置的設備腐蝕嚴重。在裝置停工期間更應該注意保護容易腐蝕的設備和管道。停工期間需要重點防護的易腐蝕設備包括冷卻器、冷卻水箱和分餾塔塔盤等。

冷卻器、冷卻水箱是延遲焦化裝置腐蝕最嚴重的部位，這些冷換設備的腐蝕情況見表1。

表1 冷換設備的腐蝕泄漏情況

這些冷換設備易產生腐蝕的原因是當金屬管束上結有水垢或有沉積水渣時，在水垢或水渣下形成垢下腐蝕。垢下腐蝕可能是堿性腐蝕，也可能是酸性腐蝕,主要取決于水中所含的雜質以及水的pH值。延遲焦化裝置的冷換設備腐蝕類型為酸腐蝕，當水中含有MgCl2和CaCl2時，在沉積物下的MgCl2和CaCl2會與水發生反應，形成Mg(OH)2和Ca(OH)2以及HCl，使pH值下降，對鋼材形成酸腐蝕。當金屬表面有堅硬的水垢存在時，反應生成的氫難以擴散到液相中，容易滲入鋼材與碳鋼中的Fe3C(滲碳體)發生反應，造成鋼材脫碳，同時使金屬組織發生變化，形成微小晶間裂紋，造成冷換設備腐蝕損傷。

此外，延遲焦化裝置的分餾塔塔盤腐蝕情況也較嚴重，在裝置停工吹掃結束后，蒸汽冷凝形成的存水也會滯留在分餾塔塔盤上，加速分餾塔塔盤的腐蝕。

2 停工期間的防腐措施

2.1 裝置系統脫凈存水

裝置停工吹掃結束后，為了防止管道發生腐蝕，需要將裝置各個系統的存水排凈。裝置脫水主要分為排凈低點存水和氮氣充壓脫水。

2.1.1 排凈低點存水

裝置全面吹掃結束后，將裝置油系統、蒸汽系統和水系統分別連接成為一個整體，將裝置所有的塔器、冷換設備及機泵的低點排凝管打開，盡可能將管道低點排凝處的存水排掉。易產生腐蝕的水系統、蒸汽系統管道內存水較多，需要多次排水，當低點排凝處不再出水后，需要用非凈化風對這些管道進行掃線，確保管道內的存水完全排凈，避免管道因存水發生腐蝕。

2.1.2 氮氣充壓脫水

裝置內油系統、蒸汽系統管道錯綜復雜，當各個系統管道的低點排凝處不再出水后，系統部分管道的彎頭處仍會有蒸汽冷凝形成的存水，易造成彎頭處的腐蝕。為了將整個系統的存水全部排凈，需要用氮氣對系統進行充壓，利用氮氣將裝置各個系統管道中的存水全部吹掃至低點排凝處排凈，避免存水滯留在管道中導致腐蝕。

2.2 裝置氮氣保護

裝置內的存水全部排凈后，為了防止管道內進入氧氣而導致管道發生腐蝕，需要對油系統、蒸汽系統等管道充入氮氣進行保護。在充氮保護前，需要將各個塔器的排凝管及放空閥全部關閉，防止空氣進入管道。由于裝置氮氣系統的管道較少，因此通過氮氣管線充氮進入各個系統的方法容易造成某些沒有氮氣管道的系統保護效果差，甚至會出現閥門泄漏系統不能保壓的情況，造成氮氣浪費，增加裝置的能耗費用。為了使裝置各個系統均能達到氮氣保護的壓力要求，又可以節約氮氣的消耗，在延遲焦化裝置停工期間,現場人員采用了一種新的氮氣注入方法：將裝置界區氮氣系統與蒸汽系統相連，氮氣通過蒸汽管道進入各個系統進行充壓保護，這樣既可以保證各個系統快速充壓，又可以節省氮氣。

3 停工期間的防護效果

3.1 管道和設備防護效果

延遲焦化裝置用氮氣保護持續了3個月，各個系統的壓力一直維持在0.11 MPa左右。為了檢查裝置各個系統管線的防護效果，對裝置8個容易產生腐蝕的重要管道進行腐蝕跟蹤監測，結果見表2。

表2 延遲焦化重要管道腐蝕監測情況

從表2可以看出，裝置8個容易產生腐蝕的重要管道在裝置氮氣保護后的最高腐蝕速率為0.000 3 mm/月，而在裝置停工前的最高腐蝕速率為0.014 6 mm/月，由此可以看出，延遲焦化裝置停工后的氮氣保護措施取得了明顯的效果，抑制了管道的腐蝕。

3.2 經濟效益分析

某石化分公司延遲焦化裝置通過蒸汽管線注入氮氣進行系統充壓保護，將氮氣的用量維持在100 m3/h ，各個系統的壓力維持在0.11 MPa左右，與直接通過氮氣管線進入系統充壓保護的其他同規模裝置氮氣用量進行了對比，具體數據見表3。

表3 不同裝置氮氣用量及系統壓力對比

從表3可以看出，利用氮氣通過蒸汽管線進入系統進行充壓保護的延遲焦化裝置比其他裝置節約氮氣220 m3/h，按照每立方米氮氣0.62元人民幣進行計算,每年可以節省約119萬元人民幣。

4 結束語

延遲焦化裝置停工吹掃后,將氮氣系統與蒸汽系統相連，氮氣通過蒸汽管道進入裝置各個系統進行充壓保護，既達到了裝置停工防護的效果，也降低了氮氣的消耗，節約了成本。此方法也可以用于其他需要做停工防腐保護的裝置,具有推廣價值。