石油煉制設(shè)備腐蝕與防護(hù)綜述

劉小輝，胡安定

（1.中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，山東 青島 266071；2.中國石油化工集團(tuán)公司，北京 100728）

設(shè)備腐蝕一直是圍繞石油煉制企業(yè)裝置安全生產(chǎn)和長周期運(yùn)行的一個重要課題。隨著近年來我國煉制高硫、高酸原油加工量的不斷增加，裝置設(shè)備的腐蝕越來越呈加劇的趨勢。在不同企業(yè)不同的裝置上，腐蝕的形態(tài)和發(fā)生的部位也越來越復(fù)雜多樣化。設(shè)備腐蝕對于操作連續(xù)性強(qiáng)、自動化水平高、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且具有高溫、高壓、易燃、易爆、易腐蝕、易中毒特點(diǎn)的石油煉制企業(yè)會造成嚴(yán)重后果：設(shè)備腐蝕泄漏會污染環(huán)境，損害人體健康，增加損耗，造成非計劃停工，甚至?xí)?dǎo)致火災(zāi)、爆炸、人身傷亡等重大事故的發(fā)生，直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。積極采取措施加強(qiáng)腐蝕的控制和防護(hù)，以確保企業(yè)裝置安全生產(chǎn)和長周期運(yùn)行，就成為石油煉制企業(yè)必須常抓不懈的一項重要工作，也給石油煉制企業(yè)的設(shè)備管理、安全管理、裝置安全運(yùn)行等方面提出了更高的要求。

因此，針對我國石油煉制企業(yè)的自身特點(diǎn)，分析石油煉制企業(yè)設(shè)備的典型腐蝕環(huán)境，找出制約裝置長周期運(yùn)行的關(guān)鍵要素，做好加工高硫、高酸原油過程的腐蝕控制和防護(hù)，對企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益顯得尤為重要。

一、石油煉制企業(yè)典型的腐蝕環(huán)境

1.電化學(xué)腐蝕環(huán)境

電化學(xué)腐蝕是金屬腐蝕的一種最普遍的形式，其實質(zhì)是金屬材料與電解質(zhì)溶液接觸形成腐蝕原電池，較活潑金屬失去電子而被氧化。在石油煉制企業(yè)，電化學(xué)腐蝕環(huán)境有常減壓蒸餾裝置塔頂及其冷凝冷卻系統(tǒng)、溫度低于120℃的HCl+H2S+H2O腐蝕環(huán)境；催化裂化裝置吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的溫度（40～50℃）和水存在的條件下形成的HCN+H2S+H2O腐蝕環(huán)境；加氫精制和加氫裂化裝置中反應(yīng)餾出物換熱設(shè)備及空冷器中的NH4Cl+NH4HS腐蝕環(huán)境；廣泛存在于二次加工裝置的輕油部位，如催化裂化裝置的吸收穩(wěn)定部分、產(chǎn)品精制裝置中的干氣及液化石油氣脫硫部分、酸性水汽提裝置的汽提塔、加氫裂化裝置和加氫脫硫裝置冷卻器、高壓分離器及其下游的過程設(shè)備的濕硫化氫腐蝕環(huán)境；干氣及液化石油氣脫硫的再生塔底部系統(tǒng)及富液管線系統(tǒng)（溫度高于90℃，壓力約0.2MPa） 的RNH2(乙醇胺)+CO2+H2S+H2O腐蝕環(huán)境；發(fā)生在石油煉制系統(tǒng)中由敏化不銹鋼制造的設(shè)備上的連多硫酸腐蝕環(huán)境；發(fā)生在加熱爐的低溫部位如空氣預(yù)熱器和煙道、廢熱鍋爐的省煤器及管道、圓筒加熱爐爐壁等位置的酸露點(diǎn)腐蝕環(huán)境；發(fā)生在烷基化裝置內(nèi)與介質(zhì)接觸的碳鋼及蒙乃爾合金設(shè)備及管道上的氫氟酸烷基化腐蝕環(huán)境；發(fā)生在輕質(zhì)油儲罐內(nèi)，特別是內(nèi)浮頂罐的罐內(nèi)壁及罐頂內(nèi)側(cè)，如直餾中間汽油罐、重整原料罐、焦化汽油罐等的硫化氫腐蝕環(huán)境等。此外，循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕、埋地管線和設(shè)備的土壤腐蝕、蒸汽系統(tǒng)的腐蝕、臨海煉油廠的大氣腐蝕也屬電化學(xué)腐蝕的范疇。

由于石油煉制工藝的特殊性，原油的劣質(zhì)化，造成電化學(xué)腐蝕的腐蝕介質(zhì)復(fù)雜多變，原油中S、N、Cl等非烴化合物在原油加工過程中轉(zhuǎn)變?yōu)镠Cl、H2S、NH3、HCN、H2SXO6(連多硫酸)等，同時在原油加工過程中人為加入RNH2(乙醇胺)、糠醛、氫氣、H2O等腐蝕性介質(zhì)。這些腐蝕性介質(zhì)可能單獨(dú)存在，也可能兩種或數(shù)種并存。應(yīng)用于石油煉制企業(yè)的低溫環(huán)境的金屬材料種類繁多，主要包括碳鋼、0Cr13、304L、316L、鈦材等。復(fù)雜多變的腐蝕介質(zhì)和種類繁多的金屬材料造成多種電化學(xué)腐蝕類型存在于裝置的低溫部位，主要包括均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕開裂、氫致開裂、氫腐蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、晶間腐蝕、腐蝕疲勞、腐蝕磨損、酸露點(diǎn)腐蝕等。

2.化學(xué)腐蝕環(huán)境

化學(xué)腐蝕是材料與非導(dǎo)電性介質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起材料的破壞。在化學(xué)腐蝕過程中，電子的傳遞是在材料與介質(zhì)之間直接進(jìn)行的，因而沒有電流產(chǎn)生。化學(xué)腐蝕主要包括在干燥或高溫氣體中和非電解質(zhì)溶液中的腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕環(huán)境有240℃以上的重油部位硫、硫化氫和硫醇形成的高溫硫腐蝕環(huán)境；主要集中在減壓系統(tǒng)的環(huán)烷酸的腐蝕環(huán)境，特別是減壓塔減二線、減三線、減四線填料及其抽出側(cè)線的管道、換熱器、機(jī)泵等，同時常壓轉(zhuǎn)油線、減壓轉(zhuǎn)油線由于流速高，腐蝕嚴(yán)重；高溫氫腐蝕環(huán)境主要發(fā)生于加氫精制、加氫裂化及催化重整裝置中高溫高壓臨氫設(shè)備及管線中，腐蝕形態(tài)為表面脫碳及內(nèi)部脫碳（氫腐蝕）；高溫H2-H2S腐蝕環(huán)境，主要存在于加氫精制及加氫裂化裝置高溫（300～420℃）的反應(yīng)器容器、加熱爐管及工藝管線；高溫爐管的高溫氧化與滲碳等。

二、腐蝕是制約石油煉制企業(yè)裝置長周期運(yùn)行的關(guān)鍵要素

從當(dāng)前情況看，設(shè)備腐蝕是制約石油煉制企業(yè)裝置長周期運(yùn)行的關(guān)鍵要素。長期以來，我國石油煉制企業(yè)緊緊圍繞裝置安全生產(chǎn)和長周期運(yùn)行，開展了多方面、有針對性的防腐蝕科研和技術(shù)攻關(guān)，采取了各種對策，從材質(zhì)選擇、工藝防腐、監(jiān)測技術(shù)等方面進(jìn)行了大量的腐蝕防護(hù)工作，從而積累了許多成熟的經(jīng)驗，使得企業(yè)的腐蝕防護(hù)工作水平有了較大提高，不斷適應(yīng)和保證了裝置的安全和長周期運(yùn)行。

但是，近幾年隨著原油品種、含硫、含酸量發(fā)生較大的變化，設(shè)備腐蝕方式、腐蝕速度、腐蝕機(jī)理都出現(xiàn)了新情況，如常減壓蒸餾塔頂系統(tǒng)設(shè)備和加熱爐出口轉(zhuǎn)油線的腐蝕速度、催化裂化裝置反再系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕開裂、煙機(jī)轉(zhuǎn)子的沖刷腐蝕等，都有了不同變化。

從中國石化、中國石油、中國海油調(diào)研的情況看，近年來由于加工原油性質(zhì)不斷劣質(zhì)化，設(shè)備、管線材質(zhì)不到位等多方面的原因，造成設(shè)備腐蝕泄漏、非計劃停工時有發(fā)生。

2008年調(diào)研了中國石化8家企業(yè)中，除一家投產(chǎn)不久的企業(yè)外，2006、2007兩年共發(fā)生腐蝕泄漏1 449次，造成裝置非計劃停工或局部停工12次；2008年共發(fā)生腐蝕泄漏739次，造成裝置非計劃停工或局部停工4次。

從圖1（按生產(chǎn)裝置分腐蝕泄漏情況）可看出，輔助生產(chǎn)裝置公用工程腐蝕泄漏要比主要生產(chǎn)裝置多。

從圖2（按不同設(shè)備類型分腐蝕泄漏情況）可看出，管道腐蝕泄漏占61%，其次是冷換設(shè)備占16%，因此今后防治腐蝕的重點(diǎn)部位管道和冷換設(shè)備不容忽視。

圖1 生產(chǎn)裝置腐蝕泄漏情況分析

圖2 不同設(shè)備類型腐蝕泄漏情況分析

2010年3、4月間，中國石油為了全面了解、掌握煉化裝置的設(shè)備腐蝕與防護(hù)情況，開展了煉化分公司全系統(tǒng)腐蝕與防護(hù)調(diào)研。調(diào)研的結(jié)果是：加工高（含）硫的進(jìn)口原油（如俄羅斯原油、哈薩克斯坦原油、中東原油）及高酸值的稠油（如遼河原油、克拉瑪依九區(qū)稠油）的煉油裝置設(shè)備腐蝕比加工其他原油的腐蝕嚴(yán)重得多。

中國海油2009年3月建成投產(chǎn)的某煉油企業(yè)，由于實際加工原油性質(zhì)比原設(shè)計的蓬萊-193原油性質(zhì)差別較大，輕組分多，硫含量相對較高，常頂負(fù)荷大、線速高，大大超出設(shè)計允許的線速度，導(dǎo)致設(shè)備腐蝕，尤其是常頂、減頂系統(tǒng)腐蝕加劇，目前已有3臺常頂循換熱器因為腐蝕發(fā)生泄漏。

腐蝕已成為裝置安全、長周期運(yùn)行的主要問題。另外，許多傳統(tǒng)的防腐技術(shù)，由于在實際操作中，執(zhí)行不嚴(yán)，也頻繁出現(xiàn)問題。像鍋爐水、余熱爐水的控制。還有“一脫三注”的質(zhì)量，循環(huán)水質(zhì)的質(zhì)量都需要在執(zhí)行中嚴(yán)格把關(guān)。這樣才能保障設(shè)備的正常運(yùn)行，保障裝置長周期生產(chǎn)。

三、搞好腐蝕控制和防護(hù)必須抓好的幾項工作

1.轉(zhuǎn)變生產(chǎn)組織者觀念，切實重視腐蝕防護(hù)工作

腐蝕只能控制不能杜絕是一條自然規(guī)律。無論是國外還是國內(nèi)，都把腐蝕防護(hù)事業(yè)當(dāng)成國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的服務(wù)業(yè)。石油煉制企業(yè)盡管處于高危環(huán)境，客觀地說，也只有當(dāng)腐蝕問題制約到裝置安全運(yùn)行，腐蝕防護(hù)工作才被提到議事日程，才有可能被重視并加以解決。所以腐蝕防護(hù)總是落后于腐蝕的發(fā)生。正是由于這種認(rèn)識定位上的滯后性，使得安全生產(chǎn)常常處于被動局面。因此，要轉(zhuǎn)變生產(chǎn)組織者的固有觀念，切實重視腐蝕防護(hù)工作。

2.開展在役裝置加工劣質(zhì)原油的腐蝕適應(yīng)性評估工作

煉油裝置的腐蝕風(fēng)險與壽命評估技術(shù)，從無到有，近幾年有了很好的發(fā)展，在生產(chǎn)中已經(jīng)得到推廣應(yīng)用，不僅可以及時了解生產(chǎn)裝置的腐蝕狀況，預(yù)測裝置的使用壽命，而且為裝置的有計劃檢修、保證裝置平穩(wěn)運(yùn)行、減少非計劃停工、延長裝置開工周期提供了保證。

3.根據(jù)全流程實際情況，科學(xué)合理確定原油中硫、酸的設(shè)防值

應(yīng)對已經(jīng)材質(zhì)升級完成的裝置，根據(jù)裝置設(shè)備材質(zhì)實際情況，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)備防腐工作。

4.加強(qiáng)工藝防腐與設(shè)備防腐的有效配合

材料防腐及工藝防腐措施應(yīng)雙管齊下，才能緩解腐蝕。在管理上應(yīng)促進(jìn)這兩方面的有效配合。

5.進(jìn)一步加大生產(chǎn)裝置材質(zhì)升級的力度

在原油劣質(zhì)化不斷加大的情況下，對生產(chǎn)裝置進(jìn)行材質(zhì)升級很有必要。應(yīng)改變當(dāng)前零打碎敲式的升級做法，系統(tǒng)、全面、徹底的進(jìn)行升級、選擇有經(jīng)驗的腐蝕評估部門與設(shè)計部門，避免出現(xiàn)漏洞，為設(shè)備本質(zhì)安全打下堅實的基礎(chǔ)。

6.加強(qiáng)定點(diǎn)測厚工作，規(guī)范布點(diǎn)的合理性

根據(jù)不同裝置的腐蝕特點(diǎn)，規(guī)范裝置的測厚布點(diǎn)及監(jiān)測方法；對于新建裝置，在設(shè)計時就應(yīng)考慮裝置的定點(diǎn)測厚，在建設(shè)期布好測厚點(diǎn)，采用活動保溫套，避免管線保溫重復(fù)建設(shè)等。

7.加強(qiáng)防腐蝕監(jiān)管力度

監(jiān)管不力是影響腐蝕防護(hù)發(fā)展的重要外因，腐蝕防護(hù)是以現(xiàn)場制造為主的行業(yè)，其質(zhì)量的好壞很大程度取決于施工制造質(zhì)量。

四、結(jié)語

石油煉制企業(yè)是發(fā)生設(shè)備腐蝕的“重災(zāi)區(qū)”。搞好設(shè)備腐蝕控制和防護(hù)是企業(yè)安全穩(wěn)定長周期生產(chǎn)的重要保證之一，也是延長裝置設(shè)備使用壽命、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。隨著中國三大石油公司加工劣質(zhì)原油總量的增加，以及國家對安全問責(zé)和環(huán)境保護(hù)要求越來越嚴(yán)，今后對腐蝕防護(hù)技術(shù)要求將更高。為此，要扭轉(zhuǎn)生產(chǎn)被動局面，必須克服腐蝕防護(hù)在認(rèn)識定位上的滯后性。石油煉制企業(yè)還應(yīng)繼續(xù)加大對腐蝕防護(hù)領(lǐng)域的科研投入，開發(fā)新工藝、新設(shè)備，推廣新技術(shù)、新成果，提高防腐蝕技術(shù)水平和生產(chǎn)管理水平，加強(qiáng)國內(nèi)外的技術(shù)交流與合作，使腐蝕防護(hù)技術(shù)成套化、系列化，以適應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)不斷發(fā)展的要求。