常減壓裝置加工高硫高酸原油設備及管道腐蝕

朱立軍，劉尚銘

（中國石油玉門油田煉化總廠，甘肅酒泉 735200）

0 引言

原油是煉化產業不可或缺的生產原料，由于原油中的成分比較復雜，包含氯化物、硫化物、酸等帶有腐蝕性的物質，在使用常減壓裝置對原油進行蒸餾時，這些物質經過不斷的加熱、蒸發及分解過程，逐步分解成為氯化氫、硫化氫、環烷酸等，但這些物質的腐蝕性較強，會對常減壓裝置及管道造成不同程度的腐蝕。如果腐蝕問題得不到重視，會對常減壓裝置造成嚴重損壞，降低常減壓裝置及管道的使用壽命，增加設備維護成本，給企業帶來巨大的經濟損失。為了有效應對常減壓裝置在處理高硫高酸原油中的腐蝕問題，一般可以通過電脫鹽及化學藥劑的方式加以處置，提升常減壓裝置及管道的抗腐蝕能力，保障原油加工的正常開展。

1 設備及管道腐蝕

在使用常減壓裝置加工高硫高酸原油的過程中，最容易發生腐蝕問題的部位包括初餾塔、常壓塔、長頂氣分液罐、加熱爐和減壓塔等部位，造成常減壓裝置設備及管道腐蝕問題的原因比較復雜。對常減壓裝置及管道內的腐蝕物分析后發現，在腐蝕物中包含大量的鐵元素，說明鐵元素的銹蝕問題是造成常減壓裝置設備及管道腐蝕的重要因素；其次，在常減壓裝置處理高硫高酸原油的過程中，由于塔頂冷回流管處于液相內部，因此也容易在塔頂位置造成一定的腐蝕；此外，常減壓裝置的換熱器在氣側區域作業時也容易產生腐蝕的問題，繼而在換熱器內部形成大量的腐蝕坑洞。

2 腐蝕原因

2.1 高溫硫及環烷酸腐蝕的原因

高溫硫和環烷酸的腐蝕都屬于高溫腐蝕范疇，一般發生于常減壓裝置在240～400 ℃進行原油加工的情況下，在這個溫度區間中，常減壓裝置設備及管道的腐蝕與酸的分子量具有十分密切的關系。一般情況下，常減壓裝置設備及管道發生高溫硫及環烷酸腐蝕的部位主要集中在初餾塔的底部到換熱系統之間的空間范圍內，這是由于在常減壓裝置換熱期間初餾塔到換熱系統中的活性硫及金屬物質會發生一定的化學反應，而生成的硫化物最終以硫化鐵等物質形態殘留于初餾塔到換熱系統之間，繼而對常減壓裝置造成了不同程度的腐蝕。從數據分析的結果來看，當常減壓裝置處于350～400 ℃的高溫區間的情況下所發生的高溫硫及環烷酸的腐蝕現象最為嚴重；隨著常減壓裝置設備及管道流速的不斷升高，也會使腐蝕的情況進一步加劇。

2.2 保溫層下腐蝕的原因

一般情況下，發生于常減壓裝置保溫層下的腐蝕屬于低溫腐蝕，是一種容易被忽視的腐蝕問題。發生保溫層下低溫腐蝕的情況一般是在常減壓裝置處于150 ℃以下的溫度區間中發生的腐蝕，尤其是在-10～120 ℃中最容易發生腐蝕現象。當使用常減壓裝置加工高硫高酸原油時，原油中包含的氯化物及硫化物在低溫環境下容易發生化學反應，造成氯化氫（鹽酸）腐蝕和硫化氫腐蝕[1]。

氯化氫和硫化氫腐蝕是在原油加工的傳統工藝中最容易發生的腐蝕現象，造成氯化氫和硫化氫腐蝕的原因主要是氯化氫和硫化氫的沸點較低，在使用常減壓裝置加工高硫高酸原油時，氯化氫和硫化氫物質很容易發生聚合反應，在冷凝水的環境下形成濃度較高的酸性物質，這種強酸會對常減壓裝置造成較為嚴重的腐蝕，給常減壓裝置的運行帶來嚴重影響。

保溫層下低溫腐蝕的位置主要集中在常減壓裝置初餾塔頂部的塔頂到塔板、頂油氣管道、空冷器管道等位置，以塔頂部位的腐蝕最為嚴重。

3 低溫部位腐蝕的應對措施

針對常減壓裝置低溫部位常見的腐蝕問題，主要通過對高硫高酸原油采取深度脫鹽的方式進行防腐，深度脫鹽可以有效減少在分餾塔頂部的冷卻系統中形成氯化氫的量，從而達到改善腐蝕問題的作用。通過在常減壓裝置的初餾塔、常壓塔、減壓塔的頂部分別注入氨、緩蝕劑和水，也可以達到減少腐蝕的目的，這也就是常減壓裝置防腐蝕中常用的“一脫三注”處理措施。

3.1 “一脫”

“一脫三注”處理措施中的“一脫”就是采取深度脫鹽的方式應對常減壓裝置低溫部位的腐蝕，目前最常用的手段是電脫鹽。對高硫高酸原油采取電脫鹽手段是利用乳化液中破乳劑的沉降分離過程進行深度脫鹽，通過在高硫高酸原油中加入破乳劑，對乳化過程進行干擾，而后利用電場作用促使水油分離，達到對高硫高酸原油進行脫鹽脫水的目的。在采用電脫鹽的處理手段時，需要合理選擇破乳劑，嚴格遵循破乳劑的操作規范，精確把控破乳劑的用量和濃度，以達到最佳的脫水脫鹽效果。操作過程嚴格把控電脫鹽操作的溫度、注水量、水油混合濃度及電場強度等。在具體的電脫鹽過程中，需要注意以下問題[2]。

（1）脫鹽溫度。通過提高操作溫度可以有效降低原油的黏稠度，降低水滴流動所遇到的阻力，從而提高破乳劑的作用，實現油水的有效分離，達到更好的脫鹽效果。

（2）注水量。對高硫高酸原油進行注水可以增加水滴的凝結效果，在脫鹽的同時達到脫水的目的。隨著原油中注水量的不斷增加，也會帶動脫鹽效果的提升。并且，在高硫高酸原油中注入的水分中的含鹽量越低，所得到的脫鹽效果也會相對更好。

（3）油水混合的強度。油水混合的強度需要借助混合設備的壓降進行衡量。一般而言，壓降越大就會使注入原油中的水分子越細越分散，在電場作用下更容易凝結，所產生的脫鹽效果也會越好；但如果壓降過高也容易出現過度乳化的情況，反而會影響脫鹽的效果。因此，在進行電脫鹽操作前需要提前進行試驗，通過反復測試掌握最為精確的油水混合強度，保障電脫鹽的效果。

（4）電場強度。電場的強度與水分子凝結的能力息息相關，提高電場強度會提升電脫鹽的效果。目前，我國大部分煉油廠在對低溫部位腐蝕進行電脫鹽處理的過程中都會使用全阻抗可調節的變送器，通過多擋位調節模式靈活調節電場強度，保障電脫鹽的效果。

3.2 “三注”

“三注”是通過注入中和劑、緩蝕劑和水的方式達到防腐的效果，是用于常減壓裝置低溫部位防腐的有效手段?！叭ⅰ辈僮鲬斪⒁庖韵聠栴}。

（1）注入中和劑。中和劑的注入對于緩解中和塔頂部的氯化氫等酸性物質具有較好的效果。在進行中和劑的注入時，需要確保冷凝水的pH 值處于7.5～8.5，在塔頂的餾出管道進行注入。注入的方式包括兩類：①注入10%～20%濃度的氨水進行防腐，這種方式的成本低，但氨水易揮發，防腐效果不穩定；②注入有機胺中和劑的方式進行防腐，這種方式成本較高但防腐效果較好。

（2）注入緩蝕劑。緩蝕劑可以抑制腐蝕成分對常減壓裝置設備和管道造成的腐蝕，還可以起到清潔設備和管道的作用。緩蝕劑分為水溶性緩蝕劑和油溶性緩蝕劑，水溶性緩蝕劑一部位在塔頂管道注入中和劑后注入，起到保護塔頂冷凝系統的作用，另一部分則注入塔頂的回流管道內，起到塔頂防腐的作用，而油溶性緩蝕劑則全部在塔頂注入中和劑后注入。一般的常規緩蝕劑具有性狀不穩定的問題，在注入過程中容易造成堵塞，目前常用的有機胺型緩蝕劑可以解決常規緩蝕劑的問題，起到良好的防腐效果。

（3）注水。在上述操作中，由于塔頂管道注入的胺容易與氯化氫發生化學反應，所形成的氯化銨鹽會沉積在管道內部，從而形成腐蝕，而注水的目的就是為了解決這一問題，增強常減壓裝置的防腐效果。注水的位置一般位于塔頂的冷凝系統，注水量為塔頂餾出物總量的5%～10%。

3.3 腐蝕監測與pH 值監測

針對常減壓裝置在加工高硫高酸原油過程中產生的腐蝕問題，為了達到更好的防腐效果，避免腐蝕問題的進一步發展，需要在常減壓裝置中設置腐蝕監測與pH 值監測系統，對常減壓裝置設備及管道的腐蝕情況進行監測，根據具體的腐蝕情況采取相應的“一脫三注”處理措施，減少腐蝕問題的嚴重影響[3]。

4 高溫部位腐蝕的應對措施

目前，針對常減壓裝置加工高硫高酸原油過程中設備及管道高溫部位的防腐，主要通過對設備和管道進行升級的方式加以解決。具體而言，就是在一些長期處理重質油、渣油的高溫部位使用抗腐蝕能力更強的合金鋼材來替代傳統材料，以達到更好的抗腐蝕效果。例如，在常減壓裝置的加熱爐中，通過將轉油線的材料替換為S31603 或S31703 來提高抗腐蝕性能，在換熱器中使用不銹鋼管道來提升抗腐蝕性能等。在常減壓裝置的設計當中，還可以通過分散應力的方式避免應力過于集中所造成的腐蝕問題，通過技術改造優化常減壓裝置的結構，避免湍流問題，減少腐蝕的發生。

5 結論

在使用常減壓裝置處理高硫高酸原油的過程中，由于高硫高酸原油中的成分比較復雜，腐蝕性較強，容易對常減壓裝置的設備和管道造成較強的腐蝕，嚴重影響常減壓裝置的正常運行，給生產加工造成不利的影響。為了應對常減壓裝置設備及管道的腐蝕問題，需要明確造成腐蝕的原因，再針對性地采取措施，提高常減壓裝置的抗腐蝕性能，解決設備及管道的腐蝕問題。