常減壓裝置腐蝕及應對措施

1、常減壓裝置腐蝕及應對措施曹東學(中國石化股份有限公司煉油事業(yè)部 北京 100029)摘要：隨著進口原油數量增加，常減壓裝置加工的原油品種和結構變化很大，裝置防腐面臨新的問題和挑戰(zhàn)。本文根據大量的現場調查數據，分析了裝置的腐蝕與防護現狀，找出了存在問題，提出了工藝與設備防腐密切配合、各有側重的防腐策略和強化“一脫三注”工藝防腐等一系列措施。關鍵詞：常減壓 腐蝕 防腐 措施1 前言近幾年受國內經濟快速增長的強勢拉動，中國石化原油加工量和原油進口量迅速增長，2004年原油進口量為93mt，2005年預計將超過109mt。為降低原油采購成本，煉廠采購硫含量12或酸值0.51.0mgkohl等高含硫含酸

2、原油的數量在增加。原油性質變劣帶來的新問題首當其沖反映在常減壓裝置上，使裝置的生產、安全、設備防腐受到嚴重影響，并對下游裝置也產生不良影響。這些影響客觀存在，需引起高度重視。本文根據近期到企業(yè)調研的情況，分析、歸納了常減壓裝置目前存在的腐蝕問題，提出了一些措施和建議，以期引起重視，并對常減壓裝置生產和管理有所幫助。2 腐蝕的危害據報導，在工業(yè)化國家，腐蝕破壞造成的經濟損失約占國民生產總值（gnp）的351。在美國，以1995年的價格水平計算，腐蝕造成的經濟損失約為3000億美元/年。1978年的一份研究報告使用一個精心設計的模型，綜合考慮了130多個經濟因素，指出1975年金屬腐蝕給美國造成的

3、經濟損失為820億美元，約占當期gnp的4.9。報告認為，其中有60的經濟損失是不可避免的，而其余的40，若采用當時最好的防腐措施，是“可以避免的”。盡管各煉油企業(yè)加工的原油性質、裝置設防和生產工況存在差異，然而2004年被調研的5家企業(yè)9套裝置多次出現三頂管線腐蝕穿孔，冷換和空冷設備內外泄漏，有的部位出現裂紋等較為嚴重的低溫腐蝕問題。某企業(yè)3#常減壓裝置，2003年11月發(fā)現有一重油高溫管線壓力表接管焊縫泄漏，進一步擴大檢查時發(fā)現大部分常壓重油高溫管線減薄非常嚴重，自開工運行18個月，平均減薄35mm，常壓爐輻射出口管線最薄處只有3mm。另一家企業(yè)500萬噸年常減壓檢修后運行一年多時間，常壓

4、爐出口管集合管腐蝕穿孔造成火災事故，采取包套處理維持運行，進行測厚普查發(fā)現高溫重油線減薄嚴重，平均減薄34mm。還有一家企業(yè)套常減壓裝置減壓塔內構件大梁、降液板、填料嚴重垮塌，給生產帶來極大威脅。3 腐蝕機理探討 常減壓裝置的腐蝕分為低溫腐蝕和高溫腐蝕兩種，分別探討如下：3.1 低溫腐蝕低溫腐蝕的腐蝕介質主要是hcl-h2s-h2o，腐蝕部位為常減壓裝置的初餾塔、常壓塔和減壓塔頂部及塔頂的冷凝冷卻系統(tǒng)。腐蝕的原因石原油中含有一定量的氯化物，即使經脫鹽后還含有微量的鎂鹽、鈣鹽甚至鈉鹽，mgcl2和cacl2在200以下開始水解，nacl在300時亦發(fā)生水解，生成氯化氫，遇有液相水的環(huán)境產生鹽酸，

5、并產生強烈的腐蝕作用： fe +2hcl fecl2 + h2 當有硫化氫存在時，發(fā)生如下反應： fecl2 + h2s fes+ hclfe + h2s fes + h2fes + 2hcl fecl2+h2s以上反應形成循環(huán)，腐蝕加劇。常減壓低溫部位的腐蝕主要是由原油中所含的無機鹽水解造成的，與原油中是否含酸含硫關系不大。研究表明：原油中含鹽量與設備的腐蝕速率基本成正比（圖1）。圖1 含鹽量與腐蝕率的關系可見，原油中含鹽是造成腐蝕的根本原因。3.2 高溫腐蝕 高溫腐蝕主要是活性硫和環(huán)烷酸導致的。高溫硫腐蝕主要是硫化氫、硫醇和單質硫腐蝕，這些物質在大約350400時能直接與金屬發(fā)生化學反應：

6、h2s + fe fes + h2rch2ch2sh + fe fes + rch=ch + h2 硫化氫在340400按下式分解h2s s + h2s + fe fes 硫醚和二硫化物等在240c左右發(fā)生分解，成為硫醇、硫和硫化氫等。 如：二硫醚高溫分解生成元素硫和硫化氫： rch2ch2s-sch2ch2 rch2ch2sh十rch-ch2十s rch2ch2s-sch2ch2r rch=ch-s-ch-chr十h2s+2h2而環(huán)烷酸酸值大于0.5mgkohg時，溫度在270280和350400，環(huán)烷酸的腐蝕最重。環(huán)烷酸在低溫不發(fā)生腐蝕，在其沸點附近特別是無水環(huán)境中腐蝕最為激烈。反應如下：

7、2rcooh+fe fe(rcoo)2十h2 fes十2rcooh fe(rcoo)2十h2s環(huán)烷酸與鐵發(fā)生反應生成油溶性的環(huán)烷酸鐵，物理吸附于金屬表面，隨油品流動使金屬活性表面暴露，特別是流速增大時油品中的雜質對金屬表面沖刷，從而出現了溝槽狀的腐蝕。環(huán)烷酸的腐蝕性能與分子量有關，低分子環(huán)烷酸腐蝕性最強。溫度在220以下時，環(huán)烷酸基本不腐蝕。隨著溫度的升高，腐蝕逐漸增加，到270280時腐蝕性最強。溫度再升高，環(huán)烷酸部分氣化但未冷凝，而液相中環(huán)烷酸濃度降低，故腐蝕性又下降。到350左右時，環(huán)烷酸氣化增加，氣相速度增加，腐蝕又加劇，直至425左右時，原油中環(huán)烷酸已基本全部氣化，對設備的高溫部位不

8、產生腐蝕。4、存在問題分析及措施4.1 低溫部位腐蝕與防護盡管大部分企業(yè)常減壓裝置脫后含鹽基本達到3mg/l以下，然而仍有部分企業(yè)脫后含鹽超高，甚至達到10mg/l以上；即使是脫后含鹽基本達到3mg/l以下要求，仍有許多裝置初、常、減頂冷凝水中鐵離子的含量達到5mg/l，甚至超過l0mg/l，說明腐蝕非常嚴重。因此，開好電脫鹽，搞好“一脫三注”非常必要。4.1.1 電脫鹽分析脫后含鹽較高的原因，主要有以下幾點：（1）原油性質波動大，破乳劑篩選和效果跟蹤不及時，監(jiān)控不到位，造成盡管破乳劑用量高達2070mg/l，但使用效果不理想，脫鹽效果差。（2）電脫鹽操作溫度偏低，一般只有110120，并且沒

9、有根據油品性質而調整。（3）注水質量差，個別企業(yè)電脫鹽注水使用雜質含量較高的新鮮水，或雖使用污水汽提凈化水，但水質差，有的nh3n含量高達400mg/l，h2s含量達200mg/l，ph值高達9。針對這些問題，建議采取以下措施：（1）從源頭抓起，穩(wěn)定原油品種和混合比例，以穩(wěn)定進常減壓裝置原油的性質，避免原油性質大幅度波動。認真篩選適應性好、破乳率高、注入劑量小的破乳劑，嚴格控制使用量。嚴把破乳劑進廠質量關，不使用技術質量性能不合格的破乳劑。（2）根據原油性質，調整電脫鹽的操作溫度至130140，并調整油水混合強度。（3）保證電脫鹽注水的質量。暫不能解決的，可用蒸汽凝結水或其他低鹽水，并把二級水

10、回注到一級。（4）間斷性加工性質差別較大原油的裝置，可根據不同原油的性質分別使用不同的破乳劑，選擇不同的操作條件，并形成制度。掐好油頭，及時調整操作。4.1.2 注氨、注水、注緩蝕劑 在分餾塔頂餾出線上注氨，是低溫部位防腐的有效措施，注氨中和hcl，h2s，調整冷凝冷卻系統(tǒng)的ph值，降低腐蝕的同時保證緩蝕劑的使用效果。緩蝕劑分子內帶有極性基團，能吸附在金屬表面上形成保護膜，使腐蝕介質不能與金屬表面接觸，因此具有保護作用。注水可以使露點前移，保護設備，還可以溶解洗滌nh4c1。目前裝置存在嚴重腐蝕的原因主要是“三注”設施和管理不到位造成的：（1）部分裝置注氨設施不完善，不能保證氨的均勻、適量注入

11、，導致塔頂凝結水ph值波動大，不能有效中和hcl，h2s，并影響到緩蝕劑的使用效果。（2）部分裝置塔頂注水運行不正常，或注水量偏?。ɑ驔]有），不能達到應有效果。（3）緩蝕劑選擇和使用不當。導致盡管使用量高達1520 mg/l，仍不能得到緩蝕率90的要求。部分緩蝕劑不適應含硫或高硫原油的防腐；部分緩蝕劑有效成份偏低，需大劑量使用；緩蝕劑性能不穩(wěn)定，造成同量不同效；注入量分配不盡合理，三頂緩蝕劑的分配量與三頂腐蝕不匹配等。 建議采取以下措施強化“三注”管理，改善效果：（1）完善注氨、注水、注緩蝕劑設施，滿足均勻、多點、可調節(jié)功能，使塔頂至冷凝冷卻完成的整個低溫系統(tǒng)處于堿性緩蝕環(huán)境。（2）健全脫后含

12、鹽、塔頂fe2、cl和ph值的分析監(jiān)測控制管理系統(tǒng)。脫后含鹽、塔頂fe2、cl分析建議1次/天， ph值1次/班，為優(yōu)化調整操作和對緩蝕劑的使用效果提供準確、完整、可塑的數據支持。（3）篩選合適的緩蝕劑，并嚴把進廠質量關。油相緩蝕劑經過頂回流可循環(huán)使用，所以損失較小，而水相緩蝕劑隨冷凝水排掉，因此使用油溶性緩蝕劑較經濟。（4）緩蝕劑應在多點、均勻分散條件下注入，保證緩蝕劑濃度穩(wěn)定,根據fe2含量調整注入量，防止保護膜反復破壞修補，影響使用效果。常減壓低溫腐蝕采用以“一脫三注”的工藝防腐為主，設備材料防腐為輔，經過“一脫三注”后控制的工藝指標建議為：原油脫鹽后含鹽量小于3 mg/l（無深加工的可

13、小于5.0 mg/l），冷凝水fe2含量小于1mg/l，冷凝水氯離子含量小于20 mg/l， ph值控制7.58.5。4.2 高溫部位腐蝕與防護影響高溫部位腐蝕的因素很多，腐蝕與溫度、活性硫的含量、介質流速、材質及環(huán)烷酸的含量等有關。在高溫部位腐蝕方面，存在以下問題：（1）有些企業(yè)加工原油的硫含量或酸含量超過了設計允許值。由于原油資源緊缺，不得不加工品質較差的原油，這些企業(yè)缺乏對高硫、高酸原油的加工和腐蝕嚴重性認識，也沒有采取相應的措施，從而造成裝置腐蝕加劇，前面提到的常壓爐出口管集合管腐蝕穿孔造成火災事故，屬于這一類。（2）對選材的技術評價不夠細致，特別是對工藝介質物性及可能產生的問題估計不

14、足，或選用材料的化學性能雖達到設計要求，但機械性能較差，以及塔內件設計的腐蝕裕量偏小等問題，前面提到的減壓塔內構件大梁、降液板、填料嚴重垮塌事故，屬于這一類。（3）出現了新的情況。某廠3#常減壓裝置，其高溫重油部位的腐蝕穿孔、減薄是由于該裝置在130多天連續(xù)加工酸值為0.30.5mgkoh/g左右、硫含量0.230.46的原油，所以腐蝕逐漸加重，腐蝕率23mm/a。通過對拆除的爐管、管線等觀察認為是以酸為主的腐蝕，腐蝕形貌為蝕坑和溝槽。初步分析原因如下：當原油酸值超過了0.3mgkoh/g，隨著硫含量增大超過酸值的數量時(硫含量大于0.3)，腐蝕產物主要為硫化亞鐵，而環(huán)烷酸鐵生成非常少，腐蝕較

15、輕。如果硫含量再增大時，則生成的硫化亞鐵保護膜厚但不致密，而且比較脆，容易脫落，腐蝕反而加重。當酸含量再增大而硫含量已低于酸值的數量時，則整個體系表現出非常嚴重的環(huán)烷酸腐蝕。（4）在設備監(jiān)控方面，存在著工藝管理與設備管理聯(lián)系和協(xié)調較少的問題。當原油性質發(fā)生了變化，造成腐蝕后才去監(jiān)控和查找原因；原因分析過程中專業(yè)間溝通不夠，對故障判斷不及時等。（5）在過程監(jiān)控方面，有些工作不夠扎實，數據的準確性、可比性較差。個別單位甚至無監(jiān)控手段，只憑經驗估算。主要應對措施：（1）提高對裝置腐蝕程度嚴重性的認識。企業(yè)高層管理人員、負責原油計劃人員必須清楚地了解本企業(yè)裝置對原油的適應性，從源頭抓起，盡最大可能地調

16、配適合裝置加工的原油進廠。受客觀條件的限制，一旦劣質原油進廠，也要充分利用廠內庫存進行調合，加強工藝、設備管理，并采取相應的措施，將腐蝕程度降低，并使其處于受控狀態(tài)。（2）加工低硫原油，材質未升級的裝置，可借鑒已出現問題的企業(yè)在監(jiān)控方面的做法：對比監(jiān)測、殘余壽命評估、調整生產負荷和原油進裝置的酸硫比；成立了工藝、設備管理人員組成的特護組加強監(jiān)控，使高腐蝕率的情況得到緩解。如果總部已經規(guī)劃原油品種劣質化，應根據實際情況，盡快完成材質升級，選材時注意避免上述問題。（3）對油種的配比做一些必要的研究，特別是對酸值、硫含量，介質流速等幾個因素起作用下所產生的腐蝕情況作深入研究，找出理論依據，指導原油調

17、配、生產和設備管理，并對已制定的高硫油加工選材導則進行完善和修訂。（4）強化計劃、工藝、設備管理的融合性，計劃采購的原油品種要得到工藝人員的認可，工藝管理的信息和資源與設備共享，設備管理部門應主動與工藝管理部門進行溝通，掌握原油性質的變化，及時提出相應的建議，并對可能出現的問題加以預測。（5）對由于原油劣質化而有可能導致出現腐蝕加劇的裝置、設備及輔助系統(tǒng)進行一次全面檢查，并制定相關的檢查規(guī)定和要求，以保證檢驗結果的可靠性、準確性和可比性。6 結論（1）隨著原油資源緊缺，原油性質變劣，常減壓裝置防腐出現了許多新的問題和困難，須引起高度重視。（2）低溫腐蝕應以“一脫三注”的工藝防腐為主，設備材料防

18、腐為輔。合適的破乳劑、緩蝕劑篩選對“一脫三注”效果作用明顯；注氨、注水、注緩蝕劑應考慮均勻、多點、可調節(jié)，根據總鐵含量調整注入量。經過“一脫三注”后控制的工藝指標建議為：原油脫鹽后含鹽量小于3 mg/l（無深加工的可小于5.0 mg/l），冷凝水fe2含量小于1mg/l，冷凝水氯離子含量小于20 mg/l， ph值為7.58.5。企業(yè)必須認真貫徹關于一脫三注的管理規(guī)定并在實際工作中落實各項要求。（3）高溫腐蝕應以材料防腐為主，工藝防腐為輔。選材要嚴格遵照加工高硫原油選材導則，不得已時可注高溫緩蝕劑。（4）加強計劃、工藝、設備管理的融合性，實現變更認可、信息共享、齊抓共管、互相促進和技術攻關相結

19、合，這些都是搞好防腐工作的重要環(huán)節(jié)。（5）由于原油劣質化而有可能導致出現腐蝕加劇的裝置、設備及輔助系統(tǒng)，有必要進行一次全面檢查，并制定相應措施。參考文獻：1. pierre r. roberge(加)，吳蔭順等譯，腐蝕工程手冊，第一版，北京：中國石化出版社，2004，p1several preventive measures for atmospheric and vacuum distillation unit corrosion abstract：with the increasing import amount of crude oil，atmospheric and vacuum distillation units processed more and more cont