煉油廠加氫裝置設備的腐蝕與防護

張 平

（中國石油四川石化有限責任公司，四川成都 611930）

0 引言

隨著社會經濟的不斷發展，對石油資源的需求量也在逐漸增加，因此提高石油開采和冶煉的質量，是目前改善我國石油資源短缺問題的重要措施。現階段我國石油冶煉使用的原材料主要是進口的高硫原油。高硫原油在加工過程中必須要保證能夠通過加氫裝置才能夠改善其使用效果，但目前加氫裝置設備在實際使用過程中經常會出現腐蝕問題，不僅影響加氫裝置設備的使用效率，也會對煉油廠的經濟效益造成影響。目前我國針對加氫裝置設備采取的防腐措施，主要是通過對加氫裝置應用的相關流程進行優化，并且明確后期在加氫裝置過程中可能造成的腐蝕原因。但是現階段很多煉油廠對加氫裝置設備的防護無法滿足相關要求，導致很多加氫裝置設備出現了嚴重的腐蝕現象，這樣不僅會影響加氫裝置設備的使用年限，還會對煉油廠的生產效率和生產質量造成影響，因此必須要保證能夠通過合理的措施，改善加氫裝置設備的使用效果，進而避免加氫裝置設備出現爆炸等嚴重的安全事故。

1 加氫裝置設備腐蝕分析

1.1 高溫氫損傷分析

目前加氫裝置設備的腐蝕主要是高溫氫損傷，在常溫狀態下氫氣不會對碳鋼元素產生腐蝕，但是如果其條件發生改變，在高溫高壓的狀態下則會出現嚴重的腐蝕現象，尤其是在溫度相對較高的狀態下，氫氣會穩定地存在于加氫裝置設備中，并且會在加氫反應系統和管道中大量留存，不僅會導致在高溫狀態下出現氫損傷問題，還會導致在高壓高溫的狀態下氫原子和鋼材中的碳化物發生相應的化學反應，造成嚴重的腐蝕現象。其主要原理是氫元素會和鋼材中的碳元素發生化學反應，生成甲烷氣體，甲烷氣體又會全部聚集在鋼物質的夾縫處，在局部應力相對較為集中時，整個鋼材的機械性能嚴重下降，使鋼材的強度無法滿足后期的使用要求，甚至出現斷裂問題。目前出現氫損傷主要分為表面脫碳損傷，氫鼓包損傷，氫腐蝕損傷以及氫脆損傷等不同的氫損傷，腐蝕現象所需要采取的防護措施也會有所差別。

在不同氫損傷類型的影響下，因為采取的防護措施有所區別，所以必須要針對不同類型的損傷進行腐蝕現象的分析。

（1）氫脆現象分析。其主要原理是氫原子會和鋼材中的相關物質發生反應形成氫分子，形成氫分子的過程中，可能會導致鋼材中的結合能力下降，使整個鋼材的延展性能和穩固性能下降。氫脆的反應屬于可逆化學反應，當氫氣從鋼材材料中出來以后，其材料的力學性能還能夠得到相應的恢復，氫脆的發生階段主要是在裝置的停運階段，在此階段中整個系統的壓力下降，導致氫氣在鋼材中的溶解能力下降，所以，導致很多氫氣在鋼材中出現飽和現象。而溫度降低的過程中，很多飽和的氫氣會聚集在鋼材的裂縫處，使裂縫出現擴展問題。

（2）表面脫碳高溫氫損傷分析。表面脫碳的主要原理是在溫度相對較高，并且分壓的狀態下表面脫碳現象總會發生在表面。脫碳現象發生的過程中不會導致鋼材出現裂紋現象，但是因為表面脫碳，可能會導致鋼材中的碳元素損失，使鋼材出現局部的硬度及強度下降的問題。表面脫碳的主要原理是碳元素可能會從鋼材的里面遷移到鋼材的表面，導致在表面出現相應的化學反應，進而生成甲烷氣體。

（3）氫鼓包現象分析。其主要原因是氫原子可能會在外力的作用下不斷擴散到鋼材的內部，因為鋼材內部夾雜了過多的非金屬物質，導致鋼材出現分層或不連續的問題，進而使聚集的位置，溢出過多的氫分子。因為氫分子的體積相對較大，無法像氫原子一樣擴散到鋼材的內部，導致鋼材內部形成較大的內部壓力，使鋼材表面出現鼓包現象，嚴重時還可能出現破裂問題。

（4）氫腐蝕現象分析。在外界環境為高溫高壓時，氫元素可能會進入到金屬物質中，和其中的某些金屬元素發生化學反應，導致金屬元素的相關性質遭到破壞。此相關原理為氫腐蝕原理，在溫度大于200 ℃時，氫元素會進入到鋼材的內部，并且在壓強相對較低的情況下會和鋼材內部的碳元素發生化學反應，生成甲烷氣體。因為甲烷氣體所占體積相對較大，會導致整個鋼材金屬內部出現較多的空穴或小裂縫，使鋼材強度和硬度性能都有所改變，在形變較大的情況下還可能會出現破裂問題。

1.2 高溫硫化氫物質的腐蝕分析

除了氫元素會對加氫裝置設備產生一定的腐蝕以外，高溫硫化氫物質也會產生一定的腐蝕現象。硫化氫的腐蝕主要發生在整個反應系統中溫度較高的部分，在高于240 ℃的情況下氫氣和硫化氫物質會形成相應的腐蝕環境而導致鋼材產生嚴重的腐蝕現象，同時硫化氫會和金屬發生相應的反應而生成硫化鐵保護膜。因為溫度較高，所以很多活性較強的硫化物質也可以和鋼材中的金屬物質發生化學反應，進而生成硫化鐵保護膜。在氫元素濃度相對較大的外界環境中，越來越多的氫原子會隨著間隙不斷進入硫化物的腐蝕層，使硫化鐵保護膜出現分解現象，產生過多的疏松孔隙，導致金屬原子和硫化氫介質之間出現相互擴散和滲透問題，使腐蝕速度加快。

1.3 銨鹽物質腐蝕分析

銨鹽物質也會導致加氫裝置設備出現腐蝕現象，在煉油過程中會產生一定的氯化氨物質和硫化氨物質，這兩種物質在一定的條件下會發生結晶現象，在結晶以后因為變成固體，會導致高壓空冷器和高壓換熱器出現堵塞現象，尤其是氯化氨物質在空冷器前發生結晶問題時，會使整個換熱器和空冷器的使用效率下降。目前，在反應過程中生成的氯化氨物質和硫化氨物質造成的影響相對較大，所以必須保證能夠通過注水清洗等方式，避免其堵塞高壓空冷器和高壓換熱器。同時因為硫化氨物質的腐蝕性能相對較強，所以在進行沖洗的過程中只能緩解氯化胺物質帶來的腐蝕問題，但是因為氯化氨物質的吸水性較強，在沖洗過程中還會形成水垢，導致高壓換熱器和高壓空冷器的使用效率下降、使用壽命縮短，所以必須要針對氯化氨物質和硫化氨物質等采取合理的防腐措施。

1.4 低溫硫化氫物質的腐蝕分析

不僅在高溫的狀態下硫化氫物質會造成一定的腐蝕現象，在溫度相對較低的情況下硫化氫物質也會造成一定的腐蝕，因為含水部位較多的硫化氫物質會對高壓空冷器，硫化氫氣體塔以及高壓分離器等產生一定的影響，所以還應該探究低溫狀態下硫化氫物質的腐蝕形態，因為其在低溫狀態下可能發生電化學腐蝕，導致鋼材的表面出現腐蝕，所以必須要明確硫化氫物質在低溫狀態下的腐蝕流程，了解氫物質在發生腐蝕化學反應以后形成的氫脆以及腐蝕問題的具體原因。另外，其他含有硫元素的物質也會產生一定的腐蝕現象，例如，在煉油廠煉油的過程中會產生硫酸物質，因為硫酸物質具有較強的腐蝕性，并且其酸性也較強，所以在常溫下可以和鋼材中的鐵元素及其他活性較強的金屬元素發生反應，在高溫狀態下形成硫化鐵物質，導致鋼材出現嚴重的腐蝕現象。而當整個裝置停止運行時，溫度會隨之降低，這時硫化鐵物質會和水分及空氣充分接觸形成連多硫酸，導致整個加氫裝置設備出現晶間型的腐蝕破裂問題。

2 加氫裝置設備防腐蝕措施分析

目前針對加氫裝置設備采取的防腐蝕措施主要有以下4 種。

（1）設計階段采取合理措施。需要在選材的過程中進行明確的分析，并且保證在加氫裝置設備選材的過程中嚴格根據管道設備的相關標準和規范進行選擇，同時還要在前期的設計過程中嚴格按照相應的計算流程，對參數進行合理的計算和掌控。

（2）工藝設計過程中明確反應物的具體類型，并且要了解其整個換熱過程。需要在參數設定的過程中明確其壓力和溫度的具體數值，同時要在換熱器運行之前，對其參數進行合理的設置，防止兩臺不同的換熱器都被氯化氨鹽的結晶現象影響。

（3）在設備的安裝過程中明確其具體的安裝流程，并且嚴格按照換熱管道的焊接質量標準進行焊接，還要在安裝完成以后對其氣密性進行檢查。為了防止硫化氫物質造成嚴重的腐蝕現象，在進行焊縫檢查的過程中，要保證能夠全面并且對其硬度進行相應的控制，既要保證焊接材料更加優質，又要保證整個焊接過程符合相關要求，在焊接之前必須要保證對管道材料進行穩定化的熱處理，并且要采取固溶的措施，保障管道在焊接完成以后能夠通過熱處理，使其焊縫的硬度達到相關標準。

（4）對原材料質量進行合理控制，從根本上提高其防腐蝕效果。在進行加氫裝置設備應用的過程中，不僅要加強對其使用效果的監督，還要通過實時監控的措施，提高換熱器及空冷器的使用效果，既要防止結晶物質造成堵塞問題，又要保證其使用效率。

3 結束語

綜上所述，為提高煉油廠在煉油過程中加氫裝置設備的使用效率，必須要不斷加強相應的監督和管控，尤其是在開停工的過程中也應該做好管理工作，并且要保證能夠對已經腐蝕的加氫裝置設備采取合理的檢修和應急搶修措施，這樣才能提高加氫裝置設備的使用效率，為煉油廠的經濟效益提升奠定基礎。