常壓蒸餾裝置腐蝕異常原因分析及對策

楊玉祥

(中海油東方石化有限責任公司，海南 東方 572600)

某石化公司常壓蒸餾裝置處理量為2 Mt/a，于2015年1月開始生產運行， 2017年4月裝置大檢修。該裝置于2020年5月開始出現異常，常壓塔頂污水中鐵離子含量多次超標，常頂系統腐蝕明顯，嚴重影響常壓蒸餾裝置安全[1]。針對腐蝕異常情況，進行腐蝕原因分析，并采取相關措施進行控制，保證了裝置的安全正常運行。

1 裝置流程

該公司常壓裝置工藝流程見圖1。該裝置主要由電脫鹽系統、換熱網絡系統、初餾系統、常壓蒸餾系統、三注系統等部分組成。經過電脫鹽預處理的原油流經一系列換熱器，與溫度較高的蒸餾產品及回流油換熱，進入初餾塔，餾出部分輕組分，塔底拔頭原油繼續換熱后進入加熱爐被加熱至一定溫度，進入常壓塔[2]。原油在常壓塔進行蒸餾，從塔頂出石腦油，側線出常一、常二和常三線等餾分，塔底油為常壓渣油[3]，沸點一般高于350 ℃。

圖1 常壓蒸餾裝置原則流程示意

2 裝置腐蝕的后果

2.1 對常壓塔的影響

自2020年5月以來，常壓塔頂污水pH值經常小于6.5，呈弱酸性，鐵離子質量濃度超標，最小3.22 mg/L,最大6.6 mg/L(見表1),且常頂污水中含有大量黑色雜質。從表1可以看出，黑色雜質出現時間與鐵離子超標基本同步，黑色雜質為硫化亞鐵微粒和原油中污泥。

表1 常壓塔污水鐵離子分析結果

2.2 對催化裝置分餾塔的影響

在常壓塔頂污水鐵離子超標的同時，催化裝置分餾塔頂循環回流泵出現抽空現象，在處理量及原料性質不變時，塔頂換熱器出現嚴重結鹽情況，換熱效果變差，塔頂溫度調整不靈活。

3 原因分析

從2020年5月開始，電脫鹽罐界位一直處于緩慢上升狀態，原油脫后鹽含量超標，多次出現常壓塔頂污水總鐵離子質量濃度超標現象。7月27日電脫鹽罐界位大幅上升，電流達到700 A，造成電脫鹽罐變壓器跳閘，導致原油處理量下降。

原油中氯化物和硫化物在原油蒸餾過程中受熱分解或水解，分別產生氯化氫和硫化氫，氯化物主要是氯化鈉、氯化鈣和氯化鎂，CaCl2和MgCl2在常壓爐出口溫度360 ℃的環境下水解。

水解產生的HCl在分餾塔頂冷凝冷卻系統出現冷凝水時，溶解吸收HCl生成較濃的鹽酸，對系統管線設備造成嚴重腐蝕。

HCl還能與金屬表面上具有保護作用的硫化亞鐵發生反應。

反應生成的氯化亞鐵溶于水，使金屬失去保護膜，同時生成具有腐蝕性的H2S，使金屬再次受到H2S的腐蝕。

3.1 原油水含量高

從2016年開始，裝置脫后原油中水含量超標(見圖2)，主要原因為原油種類多，性質差距大，部分原油較重且含水率高。原油罐罐容有限，采取邊收邊付的方式進入裝置，脫水不及時，導致油水界面高且難以分離，脫后原油中水含量高。

圖2 脫后原油水質量分數

通常規定脫后原油水質量分數為不大于 0.3%，從圖2可以看出，2016年至2020年4月，脫后原油水含量經常超標。

一般正常情況下常壓裝置電脫鹽后原油中氯離子質量濃度不大于3.0 mg/L，初頂污水中氯離子含量與脫后原油中氯離子含量基本相同，但現在常壓塔頂污水中氯離子比初頂污水超出10倍。原因是原油通過常壓爐升溫至360 ℃后，原油中所含氯鹽高溫水解，導致常壓塔頂污水中氯離子含量超高。常壓塔頂污水中鐵離子超標(見圖3)，且常頂污水中含有黑色雜質。

圖3 常頂鐵離子超標情況

正常生產情況下，常壓塔頂鐵離子質量濃度為不大于3.0 mg/L，從圖3可以看出，2018年至2020年，鐵離子質量濃度經常超標。

3.2 助劑使用不合理

破乳劑通過破壞原油乳化液中油與水間的液膜起破乳作用，使水滴聚集。破乳劑不僅影響原油脫鹽率，而且還影響脫鹽排水中的油含量。目前使用的水溶性破乳劑與原油適應性不好，破乳作用不理想，不能完全使水滴聚集。

注入電脫鹽裝置的洗滌水，與原油密切接觸，達到洗滌效果，洗滌水水質要求不含大量的鹽，氨氮質量分數不大于40 μg/g。

該裝置中和劑主要成分為氨，不僅增加了硫化氫的溶解度，而且提高系統中凝結水的pH值，中和溶解在水中的HCl和H2S等酸性物質，pH值一般控制在5.5～7.5。緩蝕劑具有表面活性，在金屬表面形成一層抗水性保護膜，阻擋金屬與腐蝕介質的接觸，pH值對緩蝕劑的使用效果有較大影響。

助劑注入順序為先注中和劑，控制pH值，后注入緩蝕劑。目前緩蝕中和一體劑在同一注入點加入，中和劑無法預先調節冷凝水中pH值，導致緩蝕劑使用效果變差。再者，緩蝕中和一體劑已經連續使用6 a，期間原油的品種及性質均發生較大變化，緩蝕中和劑未進行原油適應性調整，對目前的原油適應性差，雖然加大注入量，但減緩腐蝕的效果不明顯。

3.3 電脫鹽效果變差

自投產以來，常壓裝置電脫鹽罐連續使用 6 a，從未檢修。2018年摻煉外購油，外購油重組分多，硫含量較高，電脫鹽罐電極板和電極棒未進行檢查和更換，電解質雜質附著增加，降低了電脫鹽效果。

3.4 原油罐區使用阻降劑

該公司常壓蒸餾裝置以加工潿洲、陸豐、西江等海洋油為主，原油中重質組分易在原油罐底部沉降，導致罐存減少。2019年初,原油罐底油渣高度已達到3 m，且隨著原油罐運行重質雜質有逐漸增多趨勢。

2020年3月罐區添加原油阻降劑，將罐底重質雜質溶解，進入裝置加工。在2020年5月后，發現電脫鹽罐界位逐漸升高，電脫鹽罐變壓器電流經常增大。常壓塔頂污水中出現黑色雜質，污水中鐵離子含量也超標。

4 采取優化措施及效果

4.1 優化措施

4.1.1 罐區原油加強脫水、停注阻降劑

原油接收時，采取空罐接收，盡量減少罐混。罐混造成的原油乳化加劇，油水不分，將水分帶至裝置內。分離接收完畢后靜置一天進行脫水，靜置可利用水與油的密度差，讓水自然沉降至原油罐底，減少原油帶水。

停止注入原油阻降劑。原油阻降劑可將原油罐區沉積的大部分重質雜質溶解并隨原油進入裝置中。重質雜質主要由瀝青質、泥沙和各類雜質組成，其進入裝置在低溫相變過程中再次凝結，沉積為黑色物質。停止注入原油阻降劑，可以減少電脫鹽罐底油泥沉積，減緩界位升高。

4.1.2 使用適應性好的破乳劑

目前原油性質與設計原油性質變化較大，選擇適應性好的破乳劑并進行原油適應性評選，新購破乳劑對目前原油組分起到很好的破乳作用，使得原油中水含量明顯降低，數據見表2。

表2 脫后原油水質量分數

重新采購中和劑和緩蝕劑，先注入中和劑，后注入緩蝕劑，并增加緩蝕劑加注量。通過優化三劑注入順序，將常壓污水中鐵離子降至合格水平。

4.1.3 檢修電脫鹽罐

2020年8月，對裝置電脫鹽罐電極板及電極棒進行檢查，更換被擊穿的電極棒。清理電脫鹽罐底污泥，保證電脫鹽罐容，避免界位過高，破乳沉降分離效果差;檢測電極板和電極棒性能，將電脫鹽檢修列于2021年檢修計劃中。

4.1.4 常壓塔頂注新鮮水

常壓塔頂注水由凈化水改為新鮮水，新鮮水中不含有氨氮，可以溶解中和劑生成的銨鹽，可有效避免低溫相變過程鹽類在冷凝系統中結垢。

4.2 優化調整后的效果

經過以上措施的實施，常壓塔于2020年8月至9月運行期間塔頂污水中未出現黑色雜質，鐵離子質量濃度不大于3.0 mg/L，達到指標要求，設備腐蝕速率控制在0.02 mm/a，保證了設備安全，提高生產平穩率，常頂污水數據見表3。

表3 常頂污水水質分析結果

5 結 論

(1)加大原油罐區脫水，能減少進入裝置的液態水，可以有效提高電脫鹽工作效率，減少鹽類進入裝置。

(2)原油罐區停止加注阻降劑，不將油渣溶解帶入裝置，可有效減少裝置鹽類數量。

(3)使用經過原油適應性評估的破乳劑，能有效提高電脫鹽罐破乳效果，可減少鹽類隨著水分進入常壓塔及后續裝置。先注中和劑，有效調整系統pH值，對緩蝕劑發揮作用效果明顯。

(4)更換電脫鹽罐被擊穿的電極絕緣棒，能避免電脫鹽罐出現電流異常升高甚至變壓器跳閘的現象。