石油煉化常減壓裝置防腐控制技術實踐與應用分析

馬斌，李斌

（蘭州石化公司研究院，甘肅 蘭州 730000）

隨著我國工業的不斷發展，目前優質原油已不能滿足市場發展需求，為了應對生產生活對多元化原油產品的需要，通過擴充煉油裝置的方式實現原油提煉加工，生成眾多衍生產品。但煉化裝置在生產過程中，尤其是常減壓裝置長期處于高硫高酸和高溫高壓環境條件下，容易造成內壁腐蝕，產生大量雜質影響正常煉化反應，甚至存在泄漏安全風險。因此，如何采取有效手段定期加強對內壁腐蝕情況的檢查監測，控制清除腐蝕物，或者減緩腐蝕物的生成速度等，是現階段亟待解決的安全問題。

1 常減壓裝置的腐蝕化學原理

1.1 鹽類物分解腐蝕

常減壓裝置容易發生腐蝕的部位經常出現在塔頂，在提煉加注過程中冷卻冷凝系統衍生化學產品為HCl 和H2S，與其他鹽類產品反應后產生對應硫酸和鹽酸，具有較強腐蝕作用。比如原油經過脫鹽處理后，仍然存在CaCl2、NaCl 和MgCl2等鹽類雜質，其中在200℃的低溫條件下，CaCl2、MgCl2會相繼發生水解，NaCl 在300℃以上條件下發生水解轉化生成鹽酸等酸類產品。鹽類化學反應過程如式（1）、式（2）所示：

根據上述化學反應式，MgCl2在120℃條件下開始發生水解反應，當溫度達到343℃時，水解率可高達92%；而CaCl2在175℃條件下才發生水解反應，當溫度達到343℃時，水解率僅有10%。反應過程中均產生了HCl 氣體，其密度小，且在反應容器內相對高溫條件下向上流動，在冷凝系統中發生冷卻生成鹽酸，并與塔頂和輸油管道內的鐵元素反應生成可溶性產物FeCl2。而H2S 氣體在升華冷凝中直接與鐵元素反應生成不可溶性產物FeS，并附著在管道內壁形成侵蝕型結節，由于不可溶性減緩了腐蝕反應進程；當FeS 與不斷釋放的HCl 接觸發生化學反應后，會加速溶解產生FeCl2和H2S，2 種產物會不斷分解釋放，對管壁進行循環溶融腐蝕，其酸性物質最終導致管壁變薄、出現開裂，影響正常的耐高溫高壓反應。化學反應如式（3）、式（4）所示。

1.2 硫化物腐蝕

常壓裝置內在240℃高溫環境下，鐵與H2S、S 等活性物直接發生化學反應產生FeS 和H2等，反應式如下：

1.3 環烷酸物腐蝕

環烷酸的產生主要在與其沸點相近的原油蒸餾后的汽化冷凝過程中得到，存在于餾分中的環烷酸不需要水解參與，可直接與管道內壁的鐵發生反應，產生環烷酸鐵，而該種雜質僅溶于油，在水中不能分解，且低分子的環烷酸具有更強腐蝕性。一般在270 ～280℃、350 ～400℃溫度條件下，在酸值較高的重油餾分中，含有的環烷酸量較大，腐蝕性也更強。環烷酸與鐵發生的化學反應如式（6）、式（7）所示：

1.4 氯化物腐蝕

與酸化鹽類物質的腐蝕原理相同，原油中大量鹽類雜質多為氯化物，如CaCl2、NaCl 和MgCl2等，經過高溫受熱分解，產生HCl 氣體，在溶于水后方可形成具有強腐蝕性的氯酸，進一步溶解腐蝕常壓煉化容器的管道內壁，與金屬物發生化學反應，造成侵蝕性溶解。此外，鹽類物質分解后產生的可溶性氯離子具有分子結構小、可游離和吸附的結構特性，可以輕易穿透滲入原本用于起保護作用的殼體內壁金屬表面鈍化膜，在溶于水的條件下發生腐蝕反應，當鈍化膜被破壞后，游離態的氯離子會依附在侵蝕后的金屬表面，從而影響了氧化膜的重新生成，降低了防護作用。

2 設備防腐基本原理

煉化設備防腐是根據原油提煉加工的全流程實施過程監控管理，對設備運行數據、歷史記錄和基礎資料等進行詳細分析，依據腐蝕周期和腐蝕物生成要素分析，繪制腐蝕流程圖，從而制定腐蝕狀況評估報告，并制定針對性防腐措施，逐漸形成“腐蝕周期監控—狀態監測—原料管控—防腐工藝升級—回路控制—技術培訓—定期檢驗—效果評估—問題整改”等全域控制思路。設備防腐技術控制流程如圖1 所示。

圖1 設備防腐技術控制流程

（1）總結繪制腐蝕流程圖。針對煉化裝置不同提煉環節的反應容器加工材質、原料類型、化學反應種類、生成物的腐蝕機理、易腐蝕部位和其他設備參數信息等進行詳細分類梳理，總結出不同材質反應容器的腐蝕類型、容易造成腐蝕現象的主要因素、設備腐蝕后導致的可能后果及防腐措施等，將所有關聯信息繪制成專欄索引表和腐蝕流程圖，建立整體管控的系統框架。

（2）設備腐蝕現狀危險性評估。結合煉化裝置腐蝕流程圖的要素分析，定期開展對壓力容器、反應容器和加工流通管道等設備部件的內外壁、操作閥、焊接點等易被腐蝕的點進行腐蝕程度的定量定性評估，根據危險性評級結果，采取必要措施對容器加工材料進行升級替換，選用更加耐腐蝕材料加工容器，同時對腐蝕衍生物進行合理管控，降低腐蝕程度，或者延緩容器使用壽命等，避免設備腐蝕后出現泄漏安全風險。

（3）制定監測方案，劃分易腐蝕檢測點。在繪制好的腐蝕流程圖和腐蝕現狀危險性評估的基礎上，明確了設備腐蝕類型、腐化物和易被腐蝕的地點環節等，將易腐蝕檢測點制定詳細列表，通過日常檢修加強設備監測，按照清單開展地毯式摸排，實施重點防控。

（4）設定標準化管控清單與工藝操作流程。針對常壓裝置的腐蝕化學原理分析，容易對設備造成腐蝕的主體因素包括：鹽類物分解腐蝕、硫化物腐蝕、環烷酸物腐蝕和氯化物腐蝕等，通過進一步完善原油煉制的操作工藝流程，實施標準化、精細化管理，引入生產工藝智能化監控系統，經過合理調控反應裝置內的煉化溫度、壓力、酸堿度和腐蝕性氣體、液體的分離排出，有效控制或減緩腐蝕進度，實現對腐化物及腐化程度的定量監測。根據腐蝕狀態危險性評估設置定量指標的預警上限，一旦超限能夠觸發自動報警，所有監測信息必須集成顯示在同一監控屏幕上，以確保實時監控條件下設備的正常運行。

（5）建立隱患排查與整改反饋制度。煉化設備防腐的關鍵技術在于發現隱患后及時排除，避免化工事故的發生，因此，建立完善的隱患排查和整改反饋制度更為重要。

3 常壓裝置腐蝕檢測技術應用分析

為了能夠直觀反應常壓裝置容器內部的腐蝕程度，達到定量定性安全評估，避免人工操作檢測時的不規范動作導致結果誤差，或者檢測過程對檢測人員造成人身傷害事故等，隨著檢測技術的研究發展，常用手段包括脈沖渦流檢測技術、電磁無損檢測技術、貼片無源測厚技術、熱成像測厚技術、電磁超聲導波檢測技術等，其中前3 類具有更加精準的檢測結果，便于現場操作施工，靈活簡便，有更高適用性。

3.1 脈沖渦流檢測技術

脈沖渦流檢測技術的基本工作原理依靠電磁探頭激射出具有一定穿透力的快速衰減脈沖信號，該信號周圍產生一次磁場，在穿過被檢查構件時表面會激蕩形成渦流，自上而下進行擴散；在探頭內徑纏繞布置2 層線圈，分別為激勵線圈和接收線圈，激勵線圈產生的磁場與渦流衰減方向相反，當二者磁場疊加時會產生二次磁場，此時的脈沖渦流信號會被探頭內置的接收線圈感應，產生感應電壓，其工作原理如圖2 所示。

圖2 脈沖渦流檢測技術工作原理

當脈沖渦流產生的磁場發生變化時，可直觀表現在感應電壓上，通常感應電壓可體現反應容器內壁厚度、裂痕、耐壓性和電磁特性等參數信息。經過對容器內壁的無損掃描，可快速定位出異常檢測點，此外，脈沖渦流對金屬表面的檢測不受容器內溫度、壓力和儲存物等影響，在容器內正常發生煉化反應時也可正常操作，因此，該技術普遍適用于運行期間的容器腐蝕在線檢測或者存在一定安全風險的煉化容器檢測。受限于腐蝕金屬表面積，以及脈沖磁場的擴散范圍影響，當煉化常減壓裝置的內部反應空間大于可檢測范圍時，會降低檢測結果精度，影響腐蝕狀況的準確評價。

3.2 電磁無損檢測技術

電磁無損檢測技術主要采用交變電流在金屬表面探傷過程中引起的磁場畸變，以非接觸性手段探查單一金屬制品容器表面的裂痕、腐蝕情況等，利用磁場信號傳感器接收交變電流磁場回傳信號的波動信息，若信號波穩定，則金屬表面完好無損；當產生磁場擾動時，說明存在裂痕和腐蝕點，需要進一步對容器進行拆解檢驗，工作原理如圖3 所示。

圖3 電磁無損檢測技術工作原理

電磁無損檢測技術可實現不接觸探傷，不依賴任何接觸媒介，適用于高溫高濕和水下作業等特殊環境，無需剝離金屬表面涂層、漆層、保護膜和氧化膜等，在距離待檢容器表面不超過10mm 范圍均可實施檢測，具有較高的探測精度。但對于由復合材料加工的反應容器和金屬構件內部裂痕、腐蝕點較難進行檢測，一般裂痕深度檢測范圍小于3mm，有一定局限性。

3.3 貼片無源測厚技術

貼片無源測厚技術主要利用超聲波超導技術對管道壁厚實施定點檢測，依靠手持式檢測儀發出的電磁耦合產生電流提供探測電源，將貼片傳感器置于待檢測金屬管道表面，貼片內置線圈和超導芯片，可發射接收超聲波信號進行采集分析，外緣延伸檢測線與手持檢測儀連接，將讀取信號傳輸至解析軟件，經過數據分析在檢測儀顯示屏呈現波狀曲線圖譜，凡出現腐蝕點和管壁裂痕部位，圖譜呈現的曲線出現分布不均現象，根據峰值與正常頻段曲線讀數差值可得出管壁厚度變化情況，而異常區段的曲線范圍則客觀反映了管壁被侵蝕或產生裂痕的影響區間。該技術的探測精度可達到0.05mm，可適用于多種檢測環境，具有攜帶方便、無源供電、操作簡易、便于維護和使用壽命長等技術優勢。

4 常減壓裝置防腐控制技術路徑

根據常減壓裝置易被腐蝕的化學原理分析，主要在于原油中含有的鹽類物質受熱分解后經過一系列水解作用產生的酸性溶液和酸性氣體，當與裝置容器表面的金屬發生反應后，表面鈍化保護膜被滲透破壞，從而腐蝕金屬形成游離態水解離子。因此，可通過控制酸性氣體和液體的生成速度，調控好重油中的酸度，合理配置反應容器中的金屬成分，尋求合適替代品，并加強管道內壁腐蝕程度檢測與評估，優化反應過程和加注系統結構等方法，提高防腐技術效果。

4.1 耐腐蝕材料的優化配置

參與常減壓裝置反應容器中酸性物質生成的主要為HCl 和H2S 成分，不同金屬構件與其發生反應后形成的腐蝕效果也不同，比如碳鋼材料呈現出金屬表面均勻腐蝕，奧氏不銹鋼表面呈現腐蝕裂痕，0Cr13 材質呈現點狀腐蝕，這些均為普遍常用加工金屬材料。金屬鈦和雙相不銹鋼材料雖然具有更強耐腐蝕性，但是生產成本高昂，作為反應容器的加工原料經濟性價比較低。根據其不同耐腐蝕特性，為了滿足煉化需求，可優化加工材料配置，選用鈦材加工油氣換熱部件和塔頂冷凝主要構件，輸油管和其他反應管道選用碳鋼材料加工，提高加工金屬源頭的防腐性能。

4.2 塔頂化學反應工藝優化

為了及時分離電解鹽類物質產生的酸性液體和氣體，在原油經過初餾塔初步分離后，初餾原油作為下一步提煉的底油原料，高溫加熱后輸送至常壓塔，煉化油氣經過專用管線與無機氨和有機氨充分混合后，進入鈦材束管常壓塔內實施油氣換熱，加熱后再經過空冷系統冷卻冷凝，最終進入回流裝置，部分常頂油提煉完全進行儲存，部分不凝氣和塔頂未凝油氣則隨裝置卸壓口外排，避免酸性氣體冷凝后造成塔頂腐蝕。

4.3 智能檢測技術與加注系統結構優化

通過引進智能化防腐監測系統，對原油提煉全過程中油氣生成量、塔頂氣體初凝酸堿度、油氣換熱裝置和冷卻器溫度控制、電解鹽氣體生成量、冷卻水與氨類物質加注量等實施自動在線監控，采取腐蝕檢測技術加強對常減壓裝置反應容器和輸油管道的腐蝕狀況安全評估，定期清理塔頂冷卻系統的腐蝕殘留物，以及加注過程中反應產生的氯化銨鹽附著結痂，對新增的腐蝕裂痕及時探傷修補，避免裂痕范圍擴大，造成容器存在卸壓、泄漏風險。對加注系統實施結構優化，每一步反應環節精確冷卻水加注量和液體PH 值數據監測，實現反應過程的定量可控。

5 結語

（1）對常減壓裝置的腐蝕化學原理進行系統分析，明確了腐蝕物的類別以及產生機理，進一步確定易發生腐蝕的反應容器具體位置，便于采取探傷手段加強腐蝕點的日常檢測與修護。

（2）通過智能檢測技術的引進應用，對加注工藝實施精準量化控制，有效避免了煉化反應過程中多余腐蝕性氣體和液體的產生，減輕了對常減壓裝置和輸油管道的腐蝕。

（3）經過對常減壓裝置防腐技術和腐蝕檢測技術的探索分析，強化日常檢查維護工作的重要性，有效避免了因設備裂痕和腐蝕造成的容器卸壓泄漏發生的化工安全事故。