蠟油加氫裝置硫化氫汽提塔的腐蝕與防護

孫 昱

(中國石油化工股份有限公司天津分公司，天津300271)

中國石油化工股份有限公司天津分公司煉油部1.3 Mt/a蠟油加氫裝置于2009年12月投產(chǎn)使用，該裝置加工減壓蠟油和焦化蠟油的混合原料，開工時數(shù)8 400 h。主要由反應部分、分餾部分、低分氣脫硫及膜分離部分和公用工程及輔助系統(tǒng)等部分組成。裝置中高溫高壓設備較多，另外，有部分設備在濕硫化氫環(huán)境中工作，容易引起濕硫化氫的應力腐蝕和化學腐蝕。在2012年大修中，在對硫化氫汽提塔C-201進行檢查后發(fā)現(xiàn)該塔頂部低分油進料口的塔盤、進料管等部件腐蝕較為嚴重，直接威脅了該裝置的安全生產(chǎn)，為了確保裝置的長期運行，必須解決腐蝕問題。

1 C-201汽提塔的工藝流程概況

C-201是蠟油加氫裝置中分餾部分的重要設備，從冷低壓分離器D-106分離出來的液體冷低分油進入C-201，低分油在塔中經(jīng)過蒸汽汽提除去H2S氣體和輕烴［1］。汽提塔頂氣體送至焦化裝置脫硫后回收輕烴，塔底油與加氫蠟油在E-202換熱后，經(jīng)分餾塔進料加熱爐F-201加熱至380℃進入分餾塔C-202，工藝流程見圖1。

2 C-201腐蝕情況

塔筒體內(nèi)壁總體狀況良好，第3人孔下部筒體內(nèi)襯有局部腐蝕麻坑，其余部位未見明顯局部腐蝕;自上而下第2和3人孔短接內(nèi)襯及法蘭堆焊層均有局部腐蝕麻坑(見圖2～4)。

圖1 C-201的工藝流程Fig.1 Process flow diagram of C-201

圖2 第3人孔下筒體內(nèi)襯麻坑腐蝕局部Fig.2 Pockmark corrosion of cylinder lining under the 3rd manhole(local)

圖3 第2人孔法蘭堆焊層麻坑腐蝕Fig.3 Pockmark corrosion of the 2nd manhole flange surfacing layer

圖4 第3人孔短接襯板麻坑腐蝕穿孔Fig.4 Perforated pockmark corrosion of the 3rd manhole short connected liner

自上而下第7～9層塔盤腐蝕嚴重，局部腐蝕穿透、浮閥脫落(見圖5～7)。

圖5 第7層塔盤腐蝕穿透狀況Fig.5 Penetrating corrosion status of the 7th layer tray

圖6 第8層塔盤腐蝕穿透狀況Fig.6 Penetrating corrosion status of the 8th layer tray

圖7 第9層塔盤腐蝕穿透狀況Fig.7 Penetrating corrosion status of the 9th layer tray

第2人孔段低分油進料分配管表面有大量腐蝕麻坑與溝槽，管件焊縫腐蝕嚴重。塔體腐蝕最為嚴重的部位為自上而下第2人孔(低分油進料管)至第3人孔段(見圖8)。

圖8 低分油進料分配管腐蝕溝槽狀況Fig.8 Corrosion groove status of the low oil feed distributing pipe

3 腐蝕原因分析

3.1 H2S-HCl-H2O腐蝕體系

C-201 是將冷低分油中的 H2S，H2O，NH3，HCl和輕烴組分等通過汽提予以脫除的設備，低分油的進料溫度為264℃，塔頂溫度130℃，塔頂壓力0.8 MPa。在實際操作中，汽提塔頂?shù)腍2S體積分數(shù)一般為6.73%，F(xiàn)e3+質(zhì)量濃度為3 mg/L，pH值為6～9，H2S的沸點為－60.2℃，在0.8 MPa的條件下，水蒸氣的凝點165℃，換言之，在C-201塔頂發(fā)生露點腐蝕溫度為160～170℃，就本裝置看，輕餾分以130℃自塔頂蒸出，塔頂溫度為130℃，此時水蒸氣主要以氣體形態(tài)存在，發(fā)生腐蝕的可能性不大，但是，隨著溫度的降低，有部分H2S和水蒸氣冷凝，加上少量HCl的冷凝，從而形成H2S-HCl-H2O腐蝕體系，其腐蝕過程如下所示(金屬元素假定2價，用字母M表示)

陽極 M－2e→M2+M2++S2－→MS陰極 2 H++2e→H2

MS+2H++2Cl－→MCl2+H2S

MCl2+2H2O → M(OH)2+2 H++2Cl－

3.2 點蝕

C-201塔板出現(xiàn)多處腐蝕穿孔，其腐蝕機理在于蝕孔的陽極溶解是一種自催化過程，由于塔板在制造過程中可能存在金屬或者非金屬夾雜物，致使表面有微孔存在，鋼材在微孔內(nèi)溶解后生成金屬離子M2+造成微孔內(nèi)正電荷過剩，結(jié)果使介質(zhì)中的Cl－遷移到微孔中維持溶液的電中性，而MCl2水解生成高濃度的H－和Cl－，從而使微孔內(nèi)pH值下降，介質(zhì)酸性增強，加劇了鋼材的溶解，如此惡性循環(huán)，導致腐蝕穿孔。

3.3 沖刷腐蝕

腐蝕性流體和金屬表面的相對運動時，會引起金屬加速腐蝕與破壞。低分油在C-201經(jīng)過蒸汽汽提后，塔頂部的氣相負荷很大，加之塔板低分油流速過快，從而加快了沖刷腐蝕的速率。

4 防護對策

防范腐蝕應該從腐蝕源頭采取措施，即從工藝過程、選材和改善腐蝕環(huán)境等方面著手，減少引發(fā)腐蝕的誘因，一定會取得較為經(jīng)濟合理的效果，為裝置的安全穩(wěn)定運行提供保證［2］。

4.1 工藝方面

盡量降低油中酸性氣體H2S和HCl含量，在汽提塔頂注入緩蝕劑和堿性物質(zhì)使介質(zhì)的pH值不至過低，有效降低酸性氣體對設備的腐蝕。

防止塔內(nèi)氣相負荷過大、局部液體流速過快及溶液中酸氣負荷過大，嚴格執(zhí)行設計標準，否則會加劇腐蝕。

4.2 改善腐蝕環(huán)境

重視塔外壁及塔頂管線的保溫效果，外部保溫效果對塔內(nèi)壁的溫度影響很大，保溫效果不好，水蒸氣冷凝容易形成腐蝕體系，會加劇腐蝕。如果冷凝介質(zhì)中沒有H2O，則H2S氣體本身所造成的化學腐蝕是極弱的。

C-201塔頂溫度控制在130℃，就目前塔盤腐蝕的嚴重程度看，應該進一步計算或調(diào)整塔頂溫度，因為濕H2S溶液中的腐蝕和溫度關(guān)系比較復雜，一方面，溫度升高，H2S在水中的溶解度降低，可以減弱腐蝕;但另一方面，溫度升高，金屬與H2S的反應速度變大，又加速了腐蝕，綜合的結(jié)果是存在一個臨界溫度范圍，金屬在這個溫度范圍內(nèi)的敏感性最大。

4.3 選材方面

C-201選材主要是不銹鋼:上部20R+0Cr13復合板，下部16MnR，塔盤板0Cr13。這種選材方式相比其他石化公司選用碳鋼已經(jīng)進步很大，尤其是與鐵素體0Cr13不銹鋼與碳鋼相比耐蝕性提高了4倍以上，但是仍然不如抗H2S腐蝕的新鋼種—低合金鋼08Cr2AlMo。各種鋼材的抗腐蝕性能依次為1Cr18Ni9Ti﹥09Cr2AlMo﹥0Cr13﹥ND20號﹥12AlMoV，該排序可供更換材質(zhì)時參考。

4.4 使用方面

定期對C-201進行探傷檢查和定點測厚，進行在線腐蝕檢測，腐蝕嚴重部位及時返修、更換并進行材質(zhì)分析，增加易腐蝕部位的測厚點和檢查，以消除隱患。

5 結(jié)語

C-201雖然存在較嚴重的濕硫化氫腐蝕、點腐蝕和沖刷腐蝕，但只要認真對待，找出腐蝕原因，改進工藝，改善腐蝕環(huán)境，正確選材，合理設計結(jié)構(gòu)，及時監(jiān)測，便能有效防止設備的腐蝕，保證裝置的平穩(wěn)安全運行。

［1］ 鄭明光.加氫精制裝置汽提塔腐蝕開裂原因分析［J］.石油化工腐蝕與防護，2005，22(6):53-55.

［2］ 陳洪剛.加氫精制裝置濕硫化氫腐蝕與防護［J］.石油化工腐蝕與防護，2009，26(4):19-21.