180萬(wàn)噸/年汽油加氫精制裝置設(shè)備的腐蝕與防護(hù)

劉宏 黃季川（蘭州石化公司煉油廠，甘肅 蘭州 730060）

180萬(wàn)噸/年汽油加氫精制裝置設(shè)備的腐蝕與防護(hù)

劉宏 黃季川（蘭州石化公司煉油廠，甘肅 蘭州 730060）

介紹了蘭州石化煉油廠180萬(wàn)噸/年汽油加氫精制裝置存在的腐蝕介質(zhì)和腐蝕類型，指出了裝置中容易出現(xiàn)腐蝕的部位，針對(duì)這些腐蝕問(wèn)題提出了防護(hù)措施。

汽油加氫裝置；腐蝕；防護(hù)

1 裝置的主要腐蝕類型與腐蝕部位

該裝置中造成腐蝕危害的物質(zhì)主要有H2和H2S。原料中含有的硫化物、無(wú)機(jī)鹽、環(huán)烷酸、氮化合物等雜質(zhì)反應(yīng)后生成的NH3、HCl及HCN等物質(zhì)也會(huì)造成腐蝕。

1.1 裝置存在的腐蝕類型

結(jié)合裝置生產(chǎn)情況,存在的腐蝕主要有三大類:H2導(dǎo)致的腐蝕、H2S導(dǎo)致的腐蝕和銨鹽造成的垢下腐蝕。

1.1.1 H2導(dǎo)致的腐蝕

H2導(dǎo)致的腐蝕主要有：高溫氫腐蝕、氫脆、奧氏體不銹鋼的氫致剝離。

（1）高溫氫腐蝕

高溫氫腐蝕是溫度高于260℃時(shí)形成的腐蝕，主要表現(xiàn)為表面脫碳和內(nèi)部脫碳。其中后者對(duì)設(shè)備的破壞較大。H2在高溫情況下擴(kuò)散到鋼質(zhì)中，反應(yīng)生成的CH4被封存在晶間空穴和非金屬夾雜物微隙中，形成局部高壓，產(chǎn)生應(yīng)力集中。當(dāng)這一應(yīng)力克服晶格間微隙表面能后，就會(huì)產(chǎn)生鋼的龜裂、裂紋或鼓泡。

（2）氫脆

氫脆是溶于鋼中的氫聚合為氫分子，造成應(yīng)力集中，超過(guò)鋼的強(qiáng)度極限，在鋼內(nèi)部形成細(xì)小的裂紋。一般發(fā)生在-100℃～100℃的范圍內(nèi)，尤其以室溫時(shí)最嚴(yán)重。裝置正常運(yùn)行時(shí)，溫度較高，氫原子溶于臨氫設(shè)備的鋼材里，裝置停工時(shí)，設(shè)備溫度降低，氫原子在鋼材中溶解度急劇下降，并得不到釋放，就會(huì)產(chǎn)生氫脆。

實(shí)例1：遼寧某露天開(kāi)采膨潤(rùn)土礦，原礦用配礦控制原礦品質(zhì)，配后原礦按X射線衍射及吸藍(lán)量確定礦物組成為蒙脫石55%、石英30%、長(zhǎng)石15%，陽(yáng)離子交換總量(CEC)為0.48 mmol/g，膨潤(rùn)土含蒙脫石為低層電荷型，原礦采礦回采率為90%；原礦采用鈉化改性直接制備鑄造用膨潤(rùn)土產(chǎn)品，選礦回收率、綜合利用率均達(dá)97%，噸原礦加工按制造成本凈盈利為200元，其MEL=90%×25+97%×35+97%×40+2=95.25。

（3）奧氏體不銹鋼的氫致剝離

奧氏體不銹鋼有較好的耐腐蝕性，但價(jià)格比較貴，一般只是在設(shè)備內(nèi)層堆焊一層。如本裝置R-201A的外殼是貝氏體耐熱鋼14CrMoR鋼板，在內(nèi)部堆焊有OCr18Ni10Ti鋼。反應(yīng)器長(zhǎng)期處于高溫高壓富氫環(huán)境，氫原子會(huì)進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部。當(dāng)溫度和壓力降低時(shí)，氫會(huì)以氫氣的形式出現(xiàn)在堆焊的交界處，產(chǎn)生氣體內(nèi)壓，由于兩種材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)不同，在焊接處會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。當(dāng)氫氣內(nèi)壓力和殘余應(yīng)力總和超過(guò)堆焊層和反應(yīng)器外層結(jié)合應(yīng)力的強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生氫致剝離。

1.1.2 H2S導(dǎo)致的腐蝕

加氫反應(yīng)后會(huì)產(chǎn)生大量的H2S，由于本裝置物料成分多，設(shè)備管線內(nèi)的壓力、溫度復(fù)雜，在不同的條件下，H2S與不同的物質(zhì)會(huì)發(fā)生多種反應(yīng)，造成設(shè)備的腐蝕。其中低溫濕硫化氫腐蝕是危害性最大的一種腐蝕。

該種腐蝕危害性較大是因?yàn)槠涓g形態(tài)的多樣性和存在的普遍性。其腐蝕形式為：點(diǎn)蝕、坑蝕、均勻腐蝕，還有幾種比較嚴(yán)重的開(kāi)裂形式，如氫致開(kāi)裂、氫鼓泡、硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、應(yīng)力誘導(dǎo)氫致開(kāi)裂等。

1.1.3 銨鹽造成的垢下腐蝕

該裝置反應(yīng)后生成的NH3會(huì)和H2S、HCl發(fā)生反應(yīng)，生成NH4HS和NH4Cl。由于存在H2S、HCl，在垢下會(huì)溶解金屬，造成Fe2+聚集，導(dǎo)致局部正電荷過(guò)剩，在電泳作用下，HS-和Cl-移動(dòng)過(guò)來(lái)形成銨鹽，銨鹽水解后導(dǎo)致PH降低，同時(shí)腐蝕生成的具有一定保護(hù)作用的FeS膜會(huì)被HCl和NH4HS破壞掉。

FeS保護(hù)膜的破壞導(dǎo)致腐蝕進(jìn)一步加劇，這樣又生成Fe2+，然后重復(fù)上面的腐蝕循環(huán)，形成一個(gè)自催化過(guò)程。當(dāng)NH4HS含量大于35%時(shí)，會(huì)生成氨離子絡(luò)合物，剝離FeS保護(hù)膜，進(jìn)一步加速腐蝕。NH4HS和NH4Cl形成的沉積結(jié)垢，具有極高的腐蝕速率，最終導(dǎo)致穿孔。

1.2 裝置主要腐蝕部位

氫腐蝕主要發(fā)生在加熱爐、反應(yīng)器和塔器及相關(guān)管線中；低溫濕硫化氫腐蝕和銨鹽的垢下腐蝕主要發(fā)生在塔器、空冷器、水冷器、換熱器及相關(guān)管線中。

2 腐蝕的防護(hù)措施

2.1 防護(hù)H2造成的腐蝕

為預(yù)防高溫氫腐蝕，要注意：①檢修時(shí)，選材和焊接要遵循Nelson曲線，比如焊接結(jié)構(gòu)中適用穩(wěn)定型不銹鋼（1Cr18Ni9Ti或1Cr18Ni9Nb）而不用1Cr18Ni9鋼，而且焊后要進(jìn)行焊后熱處理。②日常操作中，嚴(yán)防超溫超壓。根據(jù)Nelson曲線，結(jié)合本裝置最高氫分壓，2.25Cr-1Mo鋼極限溫度不能超過(guò)454℃,1.25Cr-0.5Mo鋼極限溫度不能超過(guò)330℃。

預(yù)防氫脆主要在裝置開(kāi)停工時(shí)，要嚴(yán)格按照開(kāi)工方案中的升溫和降溫曲線進(jìn)行，使鋼中的氫盡量釋放出去。對(duì)于加熱爐所采用的TP347鋼在檢修焊接時(shí)要嚴(yán)格控制TP347不銹鋼堆焊層中δ-鐵素體的含量，根據(jù)API-582規(guī)定，要控制在5FN～10FN。

為防止奧氏體不銹鋼堆焊層氫致剝離，要注意：①盡量避免非計(jì)劃停車，②停工檢修前，盡量使設(shè)備里的氫氣釋放出去，③盡量避免在冬季停工檢修，④反應(yīng)系統(tǒng)停工不檢修時(shí)，可以采取熱態(tài)隔離保溫措施。

2.2 防護(hù)H2S造成的腐蝕

2.2.1 采用氨洗工藝吸收大部分H2S

在本裝置里，工藝方面設(shè)有一段循環(huán)氫脫硫塔和二段循環(huán)氫脫硫塔,在塔頂注入貧胺液，用來(lái)吸收硫化氫，減少硫化氫的腐蝕。

2.2.2 加注緩蝕劑

一、二段氨洗塔吸收了大部分H2S，但仍有一些H2S存在于部分容器管線里，發(fā)生低溫濕硫化氫腐蝕。所以車間采取了加注緩蝕劑的措施，采用油溶性緩蝕劑，加注點(diǎn)設(shè)在一段穩(wěn)定塔塔頂和二段穩(wěn)定塔塔頂。

2.3 防護(hù)銨鹽造成的垢下腐蝕

對(duì)垢下腐蝕的防護(hù)本裝置采取的是加注除鹽水的措施。除鹽水通過(guò)P-202和P-402進(jìn)行加注，分別在加氫脫硫反應(yīng)產(chǎn)物空冷器、穩(wěn)定塔頂空冷器、二段加氫脫硫反應(yīng)產(chǎn)物空冷器、二段穩(wěn)定塔頂空冷器前注入，防止銨鹽結(jié)晶，避免垢下腐蝕。