鞍鋼大型煤焦油加工裝置設備防腐蝕對策

王政強，張欣，王曉楠，邊志達，龐慶益

（鞍鋼化學科技有限公司，遼寧 鞍山 114021）

鞍鋼化學科技有限公司（以下簡稱“鞍鋼”）30萬t煤焦油加工裝置引進的是法國LITWIN公司技術，主要包括蒸餾、改質瀝青、精萘、酚精制、喹啉精制等五大工序，應用的是工藝先進、產品質量好、技術成熟、能耗低、操作環境好的焦油精制技術。該套裝置自2013年2月投產以來，多次出現設備腐蝕泄漏情況，需停機檢修，影響正常生產。為了解決此問題，分析了設備腐蝕原因，并探討了設備防腐蝕對策，本文對此做一介紹。

1 工藝流程簡介

鞍鋼30萬t煤焦油加工工藝為常減壓流程，其以煤焦油為原料，采取常壓脫水、脫瀝青，餾分減壓下分餾，脫出瀝青后餾分加堿洗滌等工藝處理，分餾得到的產品主要有輕油、酚油、萘油、洗油、蒽油、重油、中溫瀝青和改質瀝青。具體工藝流程[1]如圖1所示。按工藝流程劃分：脫水塔至中和塔這段流程簡稱01-04段，分為脫水、初餾、急冷、中和、導熱油5個單元；預蒸餾塔至蒽蒸餾塔這段流程簡稱05段，分為預蒸餾、萘塔蒸餾、蒽塔蒸餾（負壓蒸餾）3個單元。

圖1 鞍鋼30萬t煤焦油加工工藝流程Fig.1 Process Flow of Processing 300 000 t Coal Tar in Ansteel

2 設備腐蝕原因分析

2.1 設備腐蝕原理

煤焦油深加工過程中的腐蝕主要表現為電化學腐蝕、化學腐蝕、沖刷腐蝕和晶間腐蝕。傳統的焦油加工工藝是先加碳酸鈉，但是由于炭黑市場對炭黑油中鈉離子的要求，鞍鋼采用了后加堿工藝，導致脫水塔后續設備和管道的腐蝕比較嚴重，容易發生泄漏，在焦油蒸餾系統中存在下列腐蝕[2]。

2.1.1 電化學腐蝕

焦油中含有固定銨鹽（NH4Cl、NH4CN、（NH4）2SO4等），其中主要是 NH4Cl，這些成分進入焦油蒸餾系統，經升溫后與焦油中夾帶的水分接觸轉化成 H3O+、NH4+、OH-、CN-等離子，成為電化學腐蝕過程中陰極反應的氧化劑和陽極反應的活化劑，進行電化學腐蝕。在焦油蒸餾系統中，只要有水存在的地方就有電化學腐蝕，可以說電化學腐蝕貫穿于整個系統中。

2.1.2 化學腐蝕

焦油經過脫水塔后，銨鹽仍然存在于焦油中，當加熱至220～250℃時，固定銨鹽分解成游離酸和氨氣，產生的酸存在于焦油中，當焦油中有水存在時就會腐蝕管道和設備，具體反應過程如下列方程式所示：

2.1.3 沖刷腐蝕

在管道彎頭和三通部位，由于介質的運動速度急劇增大形成湍流，導致構件的局部表面遭受嚴重的沖刷腐蝕，不僅增加了電化學腐蝕的速度，而且形成了流體對表面的切應力，同時，切應力能夠把已經腐蝕的產物剝離、帶走，加劇腐蝕。

2.1.4 晶間腐蝕

不銹鋼對晶間腐蝕敏感性高，在焊接受熱不當時，會發生組織改變，造成晶粒與晶界存在一定的電位差，并以此為起源，在晶粒和高溫物料的作用下，誘發晶間腐蝕。法蘭及彎頭的焊口處是晶間腐蝕的主要部位，受熱或焊接缺陷都會造成晶間腐蝕問題。

2.2 設備腐蝕原因分析

統計2013年11月至2015年4月設備腐蝕泄漏情況。設備腐蝕泄漏情況及原因見表1。

表1 設備腐蝕泄漏情況統計Table 1 Leakage Situation on Equipment Due to Corrosion and Leakage Causes

由表1可以看出，在01-04段，初餾塔、脫水塔到初餾塔管道、初餾塔循環管道的腐蝕主要是電化學腐蝕和化學腐蝕；在05段，由于鞍鋼的煤焦油加工工藝是經過一次加熱后，冷卻下來再進行加堿，然后進行加熱升溫蒸餾，寬餾分油里含水，因此4種腐蝕都存在。但主要是高速流體和焦粉導致的沖刷腐蝕，使三通、彎頭、萘塔、萘塔提鎦段塔盤、閃蒸閥及節能器H0537的減薄，從而導致泄漏。

3 設備防腐蝕對策

3.1 強化設備防腐管理

3.1.1 設備分級管理

根據可在線檢查、檢修和必須停產檢查檢修設備的區分及設備在工藝中的重要程度，將設備、管道、閥門和電氣儀表分為A、B、C三類。A類為直接導致全線停產的設備，B類為重要但不會導致全線停產的設備，C類為對生產過程無影響的設備，具體情況見表2。通過分級管理，確定停產時重點檢查內容，做到設備防腐蝕檢查有的放矢。

表2 不同類別設備分級管理Table 2 Management at Different Grades for Different Types of Equipment

3.1.2 建立設備和管道檢測制度

明確設備和管道檢測項目，掌握設備劣化規律。

（1）以超聲波測厚儀為儀器，建立以各類設備設施為檢測點的設備和管道檢測制度，對檢測點進行檢測并形成記錄。設備和管道主要檢測點如表3所示。

表3 設備和管道主要檢測點Table 3 Main Inspection Points of Equipment and Pipelines

（2）對比歷次停產檢修檢測數據，形成設備、管道劣化趨勢圖，通過趨勢圖，掌握其腐蝕規律，有計劃地對裝置進行檢修、檢查，在設備或管道泄漏前，提前進行檢修或更換。前塔向萘塔撥料管道腐蝕趨勢如圖2所示。由圖2可以看出，管道平均壁厚不斷減小，腐蝕速率也在發生變化，生產中可根據此趨勢圖預測管道壁厚，在泄漏前提前更換。

圖2 前塔向萘塔撥料管道腐蝕趨勢Fig.2 Corrosion Trend of Material Allocation Pipeline from Front Tower to Naphthalene Tower

3.1.3 設備防腐蝕模型和周期

制定30萬t煤焦油加工裝置設備防腐蝕檢查、檢修模型，確定設備防腐蝕模型周期。

（1）設備防腐蝕模型是以A類設備為主線，以2013年開工以來設備產生腐蝕問題為重點，以設備及管道檢測、檢查為基礎。

（2）設備防腐蝕模型周期：每年檢修2次，每次25～30天。檢修時，設備、工藝系統常規檢查項目56項，電氣、儀表系統常規檢查項目38項。

3.2 改進設備易腐蝕部位材質和結構

根據對設備腐蝕部位的分析，提高最容易腐蝕部位的材質等級，改進部分設備的結構形式，從而實現設備防治腐蝕的目標。

3.2.1 提高設備材質等級

針對關鍵設備的最容易腐蝕部位，使用高等級的材質替代原來的材質，此方法投資不是很大。在本套焦油加工裝置中，初餾塔是關鍵設備，在2014年至2016年間發生過多次腐蝕泄漏，且均為局部腐蝕，處理難度大，危險性高。將初鎦塔頻繁泄漏的最上部塔體及各部短節由15CrMo材質更換為304材質，解決設備腐蝕泄漏問題。高溫焦油的各換熱器列管易產生腐蝕泄漏，用304材質列管替換原碳鋼材質列管，效果較好，改進后未發生腐蝕泄漏現象。如果投資允許，將容易腐蝕的部位用哈氏合金材質代替，效果會更好[3]。

3.2.2 改進設備腐蝕部位結構型式

主要針對05段設備腐蝕的部位和嚴重程度，在易腐蝕的部位進行結構改進，提高其抗腐蝕的能力。節能器（H0537）在2014年12月發生泄漏，經檢查是大面積沖刷腐蝕導致的，將盤管壁厚由3 mm改為6 mm，提高盤管的腐蝕余量和使用周期。萘塔是本套加工裝置的高溫設備，溫度達330℃，而且是本套裝置最先發生泄漏的設備。針對萘塔循環閃蒸入口易發生腐蝕問題，對萘塔閃蒸入口管結構形式進行改進，在萘塔入口短節增加套管，防止高溫介質直接沖刷萘塔短節，在萘塔閃蒸入口內部增加防沖刷導流管，使高溫介質不再直接沖刷萘塔本體。

3.3 加強焦油原料預處理

焦油中所含的腐蝕因子如氯化銨、硫氫化銨、硫酸銨等都是可溶性鹽類，要減少焦油中固定銨鹽的含量，最直接的辦法就是降低焦油中水的含量。一般采用機械式超級離心機脫出大部分水分和焦油渣，并輔以加熱靜置脫水的方法，將焦油水分控制在1.5%以內，可以使腐蝕因子總量大大降低[4]。

鞍鋼化學科技有限公司自2015年采取以上設備防腐蝕對策后，實現了焦油年處理量30萬t的設計目標，設備腐蝕泄漏次數在檢修周期內降為零，年檢修時間由3個月延長至6個月，效果較好，為其他焦油類加工裝置的設備維修、防腐蝕提供了借鑒。

4 結論

鞍鋼化學科技有限公司基于設備腐蝕泄漏跟蹤實踐，探討了大型焦油加工裝置設備的防腐蝕對策：

（1）對設備及管道、閥門等進行分級管理，按照對生產影響的嚴重程度進行檢查、檢修，做到防腐蝕檢查有的放矢。

（2）通過測量設備、管道厚度等手段，建立設備、管道等腐蝕劣化圖，逐步掌握設備腐蝕劣化規律，做到定期檢修和安全生產。

（3）制定設備及管道防腐蝕停機檢查、檢修模型，以此模型探討設備及管道腐蝕的規律和周期，逐步判定設備及管道檢修周期，在設備及管道腐蝕泄漏前有計劃組織檢修或更換。

（4）在現有條件不增加投資的情況下，對設備及管道易腐蝕關鍵部位進行材質升級和結構改進，提高其耐腐蝕性能。

（5）從源頭抓起，降低原料焦中水分含量，用機械式超級離心機脫出水分，進入焦油加工裝置的原料水分盡量控制在1.5%以內。