煉油裝置防腐蝕設(shè)防值研究

劉小輝，李貴軍，蘭正貴，黃賢濱，張艷玲

(中國(guó)石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，山東青島 266071)

煉油裝置防腐蝕設(shè)防值研究

劉小輝，李貴軍，蘭正貴，黃賢濱，張艷玲

(中國(guó)石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，山東青島 266071)

設(shè)防值的概念是一個(gè)安全的概念，而設(shè)防值的目標(biāo)是確定裝置必須達(dá)到抗腐蝕的能力，保障裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行。加工劣質(zhì)原油容易對(duì)裝置的安全生產(chǎn)造成沖擊，尤其對(duì)常減壓蒸餾裝置和二次加工裝置造成嚴(yán)重腐蝕，并造成了一系列的安全問題，因此為裝置設(shè)置一道安全警戒線即設(shè)防值顯得尤為重要。確定裝置設(shè)防值可以幫助企業(yè)合理安排生產(chǎn)，合理采購(gòu)原油，合理地進(jìn)行原油混兌，保證裝置不因腐蝕發(fā)生事故造成停車。文章還就原油劣質(zhì)化程度加重;裝置設(shè)備和管道的改變;裝置長(zhǎng)周期安全運(yùn)行的壓力增大;裝置本身存在缺陷;原油的合理采購(gòu)與優(yōu)化排產(chǎn)需要以及企業(yè)效益的變化等方面闡述了設(shè)防值研究的必要性，并對(duì)設(shè)防值的研究情況進(jìn)行了分析。

劣質(zhì)原油 腐蝕 設(shè)防值 硫含量 酸值 安全

設(shè)防值的概念是一個(gè)安全的概念，正如抗震設(shè)計(jì)中，根據(jù)使用功能的重要性把建筑物分為甲、乙、丙、丁四個(gè)抗震設(shè)防類別一樣。而設(shè)防值的目標(biāo)是確定裝置必須達(dá)到的抗腐蝕的能力，保障裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行。

最初的設(shè)防值研究是2008年中國(guó)石油化工股份有限公司青島安全工程研究院(以下簡(jiǎn)稱青島安全工程研究院)針對(duì)某企業(yè)改煉高酸原油后為確保裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行而研發(fā)的，是由裝置的腐蝕適應(yīng)性評(píng)估技術(shù)延伸出來(lái)的，腐蝕適應(yīng)性評(píng)估技術(shù)是青島安全工程研究院隨著國(guó)內(nèi)的石化企業(yè)加工原油不斷劣質(zhì)化，借鑒國(guó)外先進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)石化設(shè)備定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)。

1 裝置設(shè)防值研究的必要性

裝置是針對(duì)特定的原料進(jìn)行設(shè)計(jì)和建造的，對(duì)于新建裝置，以設(shè)計(jì)的硫、酸含量作為設(shè)防值較為合理。但裝置建成投產(chǎn)后，由于原料的變化以及隨著生產(chǎn)時(shí)間的推移，情況將發(fā)生變化。

1.1原油劣質(zhì)化程度加重

世界上含硫和高含硫原油的產(chǎn)量已占世界總產(chǎn)量的75%，其中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2%的高含硫原油約占30%;2007年全球高酸原油(原油酸值＞1.0 mgKOH/g)產(chǎn)量為127 m3/d，占全球原油總產(chǎn)量的10%左右。不少煉油企業(yè)由于原油種類繁多，原油調(diào)合設(shè)施不完善，原油質(zhì)量監(jiān)控不及時(shí)，給裝置帶來(lái)了較為嚴(yán)重的腐蝕問題。確定裝置設(shè)防值可以幫助企業(yè)合理排產(chǎn)，合理采購(gòu)原油，合理地進(jìn)行原料混兌，保證裝置不因腐蝕發(fā)生事故造成停車。

1.2 裝置設(shè)備和管道的改變

裝置在生產(chǎn)運(yùn)行期間或停工檢修期間，會(huì)發(fā)生局部變化，如對(duì)部分設(shè)備管道進(jìn)行更換、升級(jí)或改擴(kuò)建等，裝置材質(zhì)和操作條件的變化也將影響到裝置對(duì)腐蝕介質(zhì)的耐受能力，發(fā)生改變后其設(shè)防值的合理性也需要進(jìn)一步研究。

1.3 裝置長(zhǎng)周期安全運(yùn)行的壓力增大

近年來(lái)，中國(guó)石化進(jìn)口高酸原油的數(shù)量和加工能力大幅度增長(zhǎng)，2007年同比增長(zhǎng)23.4%，2008年比上年又增長(zhǎng)了44.4%，2010年比2008年又增長(zhǎng)了49%。

為了提高經(jīng)濟(jì)效益而不失安全，挖掘裝置加工劣質(zhì)原料的潛力，則應(yīng)根據(jù)裝置的設(shè)計(jì)硫、酸含量，裝置施工中關(guān)鍵部位的實(shí)際用材情況，腐蝕適應(yīng)性評(píng)價(jià)結(jié)果，以及裝置生產(chǎn)管理、腐蝕檢測(cè)的實(shí)際水平和經(jīng)驗(yàn)來(lái)推算設(shè)防值。

煉制高酸和高硫等劣質(zhì)原油的利潤(rùn)較高，但不能犧牲安全獲取效益。

1.4 裝置本身存在缺陷

由于裝置本身存在缺陷，長(zhǎng)期超設(shè)防值運(yùn)行極易產(chǎn)生異常腐蝕，并造成設(shè)備跑、冒、滴、漏以及裝置的非計(jì)劃停工。

造成裝置長(zhǎng)期超設(shè)防值運(yùn)行的情況歸結(jié)起來(lái)有以下幾個(gè)方面:

(1)一些早期設(shè)計(jì)的裝置，設(shè)防值較低，只能靠“吃精糧”，“吃不了粗糧”，但裝置已經(jīng)找不到“精糧吃”，只能靠“吃粗糧”，造成了裝置長(zhǎng)期超設(shè)防值運(yùn)行。

(2)有的裝置由于加工原油種類的變化，造成了裝置長(zhǎng)期超設(shè)防值運(yùn)行。

(3)有的企業(yè)由于效益任務(wù)壓力大，就在原油采購(gòu)上盡量節(jié)省費(fèi)用，以此降低加工成本，獲取效益最大化，從而不顧裝置設(shè)備和管道的腐蝕承受力，大量采購(gòu)劣質(zhì)原油，因而造成長(zhǎng)期的超設(shè)防值運(yùn)行，最終釀成了安全事故。

1.5 原油的合理采購(gòu)與優(yōu)化排產(chǎn)需要

作為煉油裝置生產(chǎn)的組織并不只是一個(gè)部門的事情，而應(yīng)從原料、排產(chǎn)、設(shè)備、生產(chǎn)、計(jì)劃、技術(shù)和安全等方面齊抓共管，按照裝置的設(shè)防值要求組織生產(chǎn)，才能最大限度避免安全事故的發(fā)生。

1.6 企業(yè)效益的變化

隨著原油價(jià)格的變化，加工劣質(zhì)原油的相對(duì)優(yōu)勢(shì)程度也會(huì)發(fā)生變化，企業(yè)的意愿也會(huì)隨之發(fā)生改變。為了提高經(jīng)濟(jì)效益，挖掘裝置加工劣質(zhì)原料的潛力，企業(yè)希望了解裝置各環(huán)節(jié)對(duì)于物料腐蝕介質(zhì)的耐受能力，以期通過少量的材質(zhì)升級(jí)或有針對(duì)性的加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)的監(jiān)檢測(cè)，來(lái)提高裝置腐蝕介質(zhì)耐受能力，獲得最大化的經(jīng)濟(jì)效益。

2 設(shè)防值的研究

硫和酸等腐蝕性雜質(zhì)在高溫下對(duì)材質(zhì)造成高溫硫和環(huán)烷酸腐蝕，隨著溫度升高腐蝕加劇;裝置低溫部位也會(huì)產(chǎn)生濕硫化氫等引起的腐蝕，低溫部位的腐蝕可以通過工藝防腐蝕等措施來(lái)控制，從而減緩腐蝕。高溫硫和環(huán)烷酸對(duì)裝置造成的腐蝕只在裝置某些部位發(fā)生，設(shè)防值的研究就是針對(duì)這些部位的設(shè)備、管道考慮的。比如說(shuō)，各套煉油裝置都有它的重點(diǎn)部位，對(duì)這些重點(diǎn)部位的設(shè)防，實(shí)質(zhì)上就是裝置的設(shè)防。

設(shè)防值評(píng)估首先是根據(jù)原油評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)、硫分布和酸分布數(shù)據(jù)確定裝置關(guān)鍵部位腐蝕介質(zhì)含量;其次是結(jié)合高溫部位進(jìn)行理論腐蝕速率計(jì)算;然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算實(shí)際腐蝕速率并與理論腐蝕速率對(duì)比。綜合考慮以上三方面因素給出裝置腐蝕薄弱部位清單，核算這些薄弱部位所能承受的腐蝕介質(zhì)最大含量，推算原料中允許的最大硫含量和酸值，評(píng)價(jià)裝置當(dāng)前設(shè)防值的合理性。同時(shí)給出目前裝置薄弱部位的材質(zhì)升級(jí)、腐蝕監(jiān)檢測(cè)等應(yīng)對(duì)措施。

有些企業(yè)已確定了裝置的設(shè)防值，對(duì)這些設(shè)防值要進(jìn)行評(píng)價(jià)，首先要了解其確定設(shè)防值的依據(jù)，再根據(jù)上述確定裝置設(shè)防值方法進(jìn)行重新確定，從而可以知道已有的設(shè)防值是否合理。

3 案例

目前中國(guó)石化各企業(yè)常減壓蒸餾裝置大都制定了針對(duì)原油性質(zhì)的防腐蝕設(shè)防值，而對(duì)其它煉油裝置原料性質(zhì)的防腐蝕設(shè)防值的制定有的企業(yè)還未開展，以下案例有助于這類企業(yè)有針對(duì)性的開展這項(xiàng)工作。

某企業(yè)委托青島安全工程研究院對(duì)該公司的13套主要煉油裝置進(jìn)行了設(shè)防值研究，各裝置需重點(diǎn)研究的部位是:

(1)常減壓蒸餾裝置重點(diǎn)部位:常三線、常四線、常壓塔底、減二線、減三線、減四線、減壓塔底、轉(zhuǎn)油線(包括高速段和低速段)、加熱爐及各側(cè)線中高溫設(shè)備;

(2)催化裂化裝置重點(diǎn)部位:原料油線、回?zé)捰途€和油漿線等管道及相應(yīng)的高溫設(shè)備;

(3)延遲焦化裝置重點(diǎn)部位:原料油線、蠟油線、柴油線、循環(huán)油線和加熱爐等230℃以上管道及設(shè)備;

(4)加氫裂化裝置重點(diǎn)部位:進(jìn)料線、分餾塔底線、分餾塔底重沸爐、脫丁烷塔底和反應(yīng)流出物高壓換熱器等部位;

(5)渣油加氫裝置重點(diǎn)部位:進(jìn)料線等部位;

(6)加氫精制裝置重點(diǎn)部位:進(jìn)料線、加氫分餾爐進(jìn)出口管道等部位。

3.1 研究結(jié)果

通過對(duì)以上重點(diǎn)部位的研究得出結(jié)果是:

(1)按照企業(yè)預(yù)測(cè)的設(shè)防值要求，通過詳細(xì)的核算對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，絕大部分裝置仍存在有腐蝕薄弱部位;

(2)企業(yè)所提供的預(yù)期設(shè)防值偏高，不能完全滿足裝置腐蝕適應(yīng)性要求，但只要采取局部材質(zhì)升級(jí)并加強(qiáng)腐蝕監(jiān)檢測(cè)工作，還是可行的;

(3)從滿足企業(yè)提出的需求考慮，對(duì)硫含量或酸值單項(xiàng)調(diào)低后再進(jìn)行設(shè)防值的核算，結(jié)果行不通;也就是說(shuō)，如果硫含量不變，將酸值降低，核算結(jié)果表明裝置不適應(yīng);相反也不適應(yīng);

(4)主要針對(duì)高溫部位工藝設(shè)備和管道，對(duì)設(shè)備接管和管道上小支管無(wú)法作全面的評(píng)估，需要企業(yè)核實(shí)這些部位的材質(zhì)等級(jí)不低于設(shè)備本體或主管道材質(zhì);

(5)高溫泵的核算僅考慮了對(duì)泵殼體的核算，雖然部分泵材質(zhì)偏低，但這些泵大都有備用泵，可以切出來(lái)進(jìn)行維修，所以對(duì)裝置設(shè)防值影響較小;

(6)設(shè)防值研究結(jié)果已作為企業(yè)實(shí)際運(yùn)行控制指標(biāo)，企業(yè)為此下達(dá)了生產(chǎn)管理文件，要求生產(chǎn)、技術(shù)、安全、設(shè)備管理部門及各生產(chǎn)裝置在組織生產(chǎn)中嚴(yán)格控制進(jìn)裝置原料的硫、酸值，做到不超設(shè)防值。

3.2 幾點(diǎn)說(shuō)明

(1)由于裝置的腐蝕介質(zhì)相當(dāng)復(fù)雜，影響因素非常多，因此，決定了設(shè)防值只能是一個(gè)相對(duì)參數(shù)，找不到一個(gè)絕對(duì)準(zhǔn)確數(shù);

(2)裝置核算的每個(gè)部位的硫、酸分布值是核算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，非常重要;

(3)核算需用專業(yè)軟件進(jìn)行;

(4)核算的腐蝕速率數(shù)據(jù)修正難度大，有的偏保守，要根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正;

(5)核算的各參數(shù)大多數(shù)來(lái)自本企業(yè)，同時(shí)也參照了其它企業(yè)的分析數(shù)據(jù)，但不完全反映現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際腐蝕分析數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

(1)煉油裝置設(shè)防值不應(yīng)當(dāng)只考慮原油中的硫和酸，還要考慮其他腐蝕性介質(zhì)的影響(如鹽含量、有機(jī)氯含量、氮化物含量和重金屬含量)。

(2)煉油裝置防腐蝕設(shè)防值的確定不應(yīng)只以常減壓蒸餾裝置的設(shè)防能力來(lái)確定，而是一個(gè)全廠性的對(duì)一次、二次加工裝置防腐蝕能力的綜合評(píng)估的結(jié)果。

(3)合理的確定設(shè)防值是一項(xiàng)相當(dāng)復(fù)雜的工作，不同原油中，硫和酸種類和在各餾程中分布不同，所以要想針對(duì)裝置所加工的各種原油統(tǒng)一制定一個(gè)設(shè)防值不是很合理。

針對(duì)以上問題只能本著化繁為簡(jiǎn)，抓主要矛盾的原則，對(duì)裝置先以原油中的硫含量、酸值作為設(shè)防指標(biāo)，其它指標(biāo)還需通過加強(qiáng)劣質(zhì)原油加工的防腐蝕技術(shù)研究工作，尋求進(jìn)一步確定的方法，最終實(shí)現(xiàn)裝置的安全長(zhǎng)周期運(yùn)行。目前中國(guó)石化安全工程研究院已為多家企業(yè)開展了設(shè)防值研究，設(shè)防值研究這項(xiàng)安全保障技術(shù)已得到了許多企業(yè)的認(rèn)可。

(4)為將設(shè)防值列為考核指標(biāo)，中國(guó)石化提出了以下要求:要根據(jù)裝置實(shí)際情況，科學(xué)合理確定原油中硫、酸的設(shè)防值;由于原油中酸只對(duì)一次裝置和少數(shù)二次裝置及潤(rùn)滑油質(zhì)量產(chǎn)生影響，硫?qū)⒇灤┱麄€(gè)煉制過程并對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響;因此，要對(duì)已經(jīng)材質(zhì)升級(jí)完成的企業(yè)，根據(jù)裝置設(shè)備材質(zhì)實(shí)際情況，以及全廠脫硫設(shè)施和脫硫能力、產(chǎn)品質(zhì)量要求等因素，合理確定出各裝置的硫、酸設(shè)防值，以指導(dǎo)企業(yè)組織原油資源及做好設(shè)備防腐蝕工作。

Study on Corrosion Prevention Threshold of Refinery Process Unit

Liu Xiaohui，Li Guijun，Lan Zhenggui，Huang Xianbin，Zhang Yanling
(SINOPEC Qingdao Safety Engineering Institute，Qingdao，Shandong 266071)

The threshold is a safety concept.The objective of specifying threshold is to determine the anti－ corrosion capability the units must have to ensure the safe operation of the units.Serious corrosion will occur in the process units when low －quality crude oils are processed，especially in the atmospheric－ vacuum distillation units and downstream process units，leading to a series of safety problems.Therefore，it is very important to specify a safety alarm line－threshold.The determination of threshold can help the refiners to appropriately arrange the production，purchase proper crude oils and have a good crude oil blending to prevent corrosion－related accidents and associated unscheduled unit shutdowns.The necessity of determination of threshold is discussed in respect of deteriorating crude oil quality，，changes of units and piping，increased requirement on long－term safe operation of units，existing defects of units，purchase of appropriate crude oils，requirement of optimized arrangement of refinery operation and changes of company＇s benefits，etc.

low － quality crude oil，corrosion，threshold，sulfur content，acid value，safety

TG991.9

A

1007－015X(2012)01－0027－03

2011－07－ 25;修改稿收到日期:2011－11－30。

劉小輝(1958－)，教授級(jí)高級(jí)工程師。中國(guó)石油大學(xué)(華東)化工設(shè)備與機(jī)械專業(yè)畢業(yè)，現(xiàn)從事設(shè)備安全技術(shù)研究工作。E-mail:liuxh.qday@sinopec.com。

(編輯 寇岱清)