8.0 Mt／a常減壓蒸餾裝置高溫腐蝕分析及材質(zhì)升級(jí)改造

于立秋，原棟文

（1.南京金凌石化工程設(shè)計(jì)有限公司，江蘇南京210042；2.中國(guó)石油化工股份有限公司金陵分公司，江蘇 南京210033）

8.0 Mt／a常減壓蒸餾裝置高溫腐蝕分析及材質(zhì)升級(jí)改造

于立秋1，原棟文2

（1.南京金凌石化工程設(shè)計(jì)有限公司，江蘇南京210042；2.中國(guó)石油化工股份有限公司金陵分公司，江蘇 南京210033）

某公司8.0 Mt／a常減壓蒸餾裝置第一周期原油中硫含量長(zhǎng)期超設(shè)防值，高溫設(shè)備和管線腐蝕問(wèn)題逐漸暴露，增加了維修成本，威脅安全生產(chǎn)，影響裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行。討論了高溫腐蝕機(jī)理及防護(hù)措施；為保證裝置平穩(wěn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備和管線材質(zhì)使用情況進(jìn)行了腐蝕評(píng)估，結(jié)果表明，部分設(shè)備和管線腐蝕速率超標(biāo)。根據(jù)評(píng)估結(jié)果結(jié)合材質(zhì)升級(jí)研究成果，給出了材質(zhì)升級(jí)方案，以保障裝置長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。

常減壓蒸餾裝置 高溫腐蝕 材質(zhì)升級(jí)

1 加工原油情況

某常減壓蒸餾裝置設(shè)計(jì)加工能力8.0 Mt／a，于2012年 4月建成投產(chǎn)，酸設(shè)防值為 0.37 mgKOH／g，硫設(shè)防質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.97%。裝置加工原油性質(zhì)見(jiàn)表1。由表1可知，加工原油硫含量長(zhǎng)期超出裝置設(shè)防值。常壓塔和減壓塔各側(cè)線硫含量和酸值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。從表2可以看出，常壓塔和減壓塔越往底部硫含量越高，減壓塔各側(cè)線的環(huán)烷酸主要集中在減二線至減四線。

表1 加工原油的性質(zhì)

表2 各側(cè)線硫含量和酸值統(tǒng)計(jì)

2 高溫腐蝕

2.1 腐蝕情況

由于加工原油硫含量超過(guò)設(shè)防值，原油中大多數(shù)硫殘留在減壓塔底渣油中，硫在高溫下對(duì)金屬的腐蝕會(huì)更強(qiáng)烈［1］，環(huán)烷酸也會(huì)在高溫部位參與腐蝕。高溫腐蝕最易發(fā)生部位為：常壓爐出口爐管及轉(zhuǎn)油線、常壓塔進(jìn)料部位上下塔盤(pán)、減壓爐至減壓塔的轉(zhuǎn)油線、減壓塔進(jìn)料段塔壁與內(nèi)部構(gòu)件及塔底、減壓渣油線和減壓渣油換熱器等［2］。腐蝕形態(tài)為均勻減薄及局部穿孔；彎頭、三通、大小頭、閥門和泵出口部位流速高、有湍流，這些部位腐蝕最嚴(yán)重［3］。

裝置運(yùn)行期間，裝置多個(gè)側(cè)線高溫部位出現(xiàn)鐵離子含量超標(biāo)現(xiàn)象，換熱器管束多次發(fā)生腐蝕穿孔造成裝置降量處理。部分高溫管線如常二中換熱器和重石腦油換熱器油側(cè)入口管線彎頭等部位均發(fā)生腐蝕減薄，特別是石腦油換熱器油側(cè)入口彎頭厚度已由8.5 mm減薄至5.2 mm；此外，減壓塔出口閥閥板減薄嚴(yán)重，閥板脫落而發(fā)生內(nèi)漏，其他高溫重油部位的閥門也發(fā)生過(guò)腐蝕內(nèi)漏，導(dǎo)致設(shè)備難以切出處理，給設(shè)備檢修工作帶來(lái)困難。

2.2 機(jī)理分析

高溫硫腐蝕和環(huán)烷酸腐蝕會(huì)相互作用，造成腐蝕加劇，是裝置嚴(yán)重腐蝕和內(nèi)漏的主要原因［4-5］。高溫硫腐蝕主要是由于有機(jī)硫化物轉(zhuǎn)化為硫化氫和單質(zhì)硫與鋼材表面直接作用而產(chǎn)生的化學(xué)腐蝕。環(huán)烷酸是原油中有機(jī)酸的總稱，具有普通有機(jī)酸的性質(zhì)［6］，在常壓蒸餾裝置中與原油一同被加熱后蒸餾，隨餾分冷凝。溶于餾分中的環(huán)烷酸與設(shè)備表層金屬反應(yīng)，生成可溶于油的環(huán)烷酸亞鐵，進(jìn)而暴露出更多的金屬參加反應(yīng)，環(huán)烷酸腐蝕表現(xiàn)為均勻腐蝕和局部沖刷腐蝕。

溫度升高促進(jìn)了硫、硫化氫及硫醇等與金屬的化學(xué)反應(yīng)而加速腐蝕，也促進(jìn)了原油中非活性硫的熱分解。環(huán)烷酸腐蝕的主要影響因素是溫度和流速，原油組成、介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)、氣液相狀態(tài)、操作壓力和設(shè)備材質(zhì)也會(huì)影響環(huán)烷酸腐蝕程度［7］。在流速大的部位FeS易被沖刷而脫落，使金屬表面不斷更新，金屬腐蝕進(jìn)一步加劇。管線內(nèi)部突出物，如焊瘤、錯(cuò)邊及熱電偶套管等處，在局部區(qū)域內(nèi)引起湍流而加劇腐蝕。

2.3 防護(hù)措施討論

2.3.1 材質(zhì)升級(jí)

解決高溫重油部位硫腐蝕和環(huán)烷酸腐蝕的最有效途徑是選用耐高溫硫腐蝕和環(huán)烷酸腐蝕的材料，對(duì)設(shè)備管線進(jìn)行材質(zhì)升級(jí)［8-10］。在鋼鐵材料中加入合金元素Cr，Ni和Mo可以提高鋼材的耐蝕性，合金元素生成的氧化物可以形成一層保護(hù)膜，能阻止金屬離子的擴(kuò)散，保護(hù)金屬不受進(jìn)一步腐蝕；Mo質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.5%的316L或317L不銹鋼耐環(huán)烷酸腐蝕效果較好［11］。

2.3.2 材質(zhì)表面處理

在設(shè)備和管道的某些部位，可以考慮對(duì)其進(jìn)行表面處理，合理使用表面防護(hù)隔離層，提高材料的表面耐腐蝕能力。冷凝器的冷凝管可以進(jìn)行滲鋁、鍍鎳磷鍍層或涂防腐蝕涂層；換熱管、型鋼、格柵填料及塔板等可以進(jìn)行滲鋁處理，這些方法的應(yīng)用可有效抑制硫腐蝕。在滲鋁技術(shù)基礎(chǔ)上還開(kāi)發(fā)出了滲鈦、多元共滲等技術(shù)，在抑制低溫硫腐蝕方面也取得了良好效果。

2.3.3 工藝防腐措施

在工藝防腐蝕方面，可以采取加注高溫緩蝕劑或進(jìn)行原油脫硫處理，加強(qiáng)高溫重油部位的設(shè)備及管線定點(diǎn)腐蝕監(jiān)測(cè)等措施。高酸、高硫原油可與低酸、低硫原油摻煉，以減輕高溫部位的腐蝕。9108號(hào)耐高溫緩蝕劑可用于減底泵部位，以抑制該高溫部位的硫和環(huán)烷酸腐蝕。

3 裝置材質(zhì)升級(jí)改造

3.1 設(shè)備主要選材情況

該常減壓蒸餾裝置的主要高溫設(shè)備及管道升級(jí)改造前選材情況見(jiàn)表3。

表3 設(shè)備和管線升級(jí)改造前用材

3.2 腐蝕情況評(píng)估

根據(jù)中石化《加工高含硫原油部分裝置在用設(shè)備及管道選材指導(dǎo)意見(jiàn)》、SH／T 3096—2012《高硫原油加工裝置設(shè)備和管道設(shè)計(jì)選材導(dǎo)則》和SH／T 3129—2012《高酸原油加工裝置設(shè)備和管道設(shè)計(jì)選材導(dǎo)則》的要求［12］，結(jié)合各側(cè)線硫含量分布情況，按照McConomy曲線、API 581標(biāo)準(zhǔn)對(duì)溫度大于220℃的設(shè)備管線材質(zhì)進(jìn)行腐蝕核算［13］。核算結(jié)果表明：部分位置材質(zhì)腐蝕速率超標(biāo)，壓力管道腐蝕速率大于0.275 mm／a；壓力容器腐蝕速率大于0.3 mm／a。盡管有些部位腐蝕核算結(jié)果未超標(biāo)，但考慮到本身結(jié)構(gòu)和介質(zhì)流速影響，仍然存在腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，建議對(duì)其材質(zhì)也進(jìn)行升級(jí)。

3.3 升級(jí)改造方案

根據(jù)在線腐蝕監(jiān)測(cè)情況及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)厚計(jì)算結(jié)果，制訂了材質(zhì)升級(jí)改造方案，見(jiàn)表4。

表4 設(shè)備管線材質(zhì)升級(jí)方案

3.4 材質(zhì)升級(jí)方案說(shuō)明

（1）常壓爐對(duì)流段和輻射段大部分爐管材質(zhì)采用ASTM A335（12Cr9Mo），對(duì)流段翅片管爐管材質(zhì)分別選用12Cr5Mo和12Cr9Mo，其中每段輻射室出口的5根爐管材質(zhì)為TP321；減壓爐對(duì)流段爐管材質(zhì)為12Cr9Mo，輻射段爐管為12Cr9Mo和TP321。根據(jù)腐蝕核算分析：爐管目前用材可在下一周期內(nèi)滿足使用要求，暫時(shí)不用升級(jí)；可根據(jù)本周期結(jié)束后腐蝕調(diào)查及測(cè)厚情況，決定下一周期材質(zhì)是否升級(jí)。

（2）初餾塔、常壓汽提塔、脫戊烷塔及內(nèi)構(gòu)件等材質(zhì)保持不變；常壓塔塔體下段高溫部位內(nèi)襯升級(jí)為316L，前5層塔盤(pán)材質(zhì)升級(jí)為雙相不銹鋼S32205，常壓塔其他部分材質(zhì)保持不變；減壓塔為填料塔，共5段規(guī)整填料，鑒于裝置運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，且填料本身較薄，需要將位于減二線抽出位置的第三段填料材質(zhì)升級(jí)為316L；減壓塔進(jìn)料段分配器材質(zhì)為304，目前加工原油品質(zhì)變化和裝置本身處理量大，參照同類裝置使用情況，需要將分配器材質(zhì)升級(jí)為316L，而減壓塔塔體及其他內(nèi)構(gòu)件材質(zhì)保持不變。

（3）一些高溫腐蝕較為明顯的部位，如減二中和減渣換熱器管束可以采取滲鋁處理；與常三線、減二線、減三線和減渣等換熱的高溫?fù)Q熱器管束材質(zhì)均升級(jí)為304L；原油-減二中換熱器和原油-減三中三線換熱器殼體升級(jí)為Q345R＋316L。針對(duì)三頂部位容易產(chǎn)生的低溫HCl-H2S-H2O腐蝕，裝置初頂和常頂換熱器管束材質(zhì)由雙相鋼升級(jí)為TA1鈦材；減頂抽真空冷凝器管束仍采用S32205雙相鋼；初頂和常頂空冷器管束材質(zhì)繼續(xù)選用09Cr2AlMoRE，必要時(shí)升級(jí)為雙相鋼；其他冷換設(shè)備用材保持不變。

（4）由于容器使用溫度均在220℃以下，因此不存在明顯的高溫硫腐蝕和環(huán)烷酸腐蝕。但部分容器如初頂回流罐、常頂回流罐及減頂回流罐等存在HCl-H2S-H2O低溫腐蝕環(huán)境，或者罐底易積垢從而產(chǎn)生垢下腐蝕，因此該部分容器需要做內(nèi)部噴鋁處理。

（5）對(duì)機(jī)泵腐蝕影響較大的主要是環(huán)烷酸腐蝕，流速越大腐蝕越嚴(yán)重。因此，應(yīng)對(duì)一些高溫油泵如初底油泵、常底油泵、減三線及三中泵、減四線泵和減壓渣油泵等加強(qiáng)腐蝕監(jiān)測(cè)，腐蝕嚴(yán)重時(shí)將機(jī)泵材質(zhì)由C-6升級(jí)為A-8。

（6）初底線、常二線、常三線、減三中三線、減四線和減底線等管線存在局部區(qū)域腐蝕速率超標(biāo)問(wèn)題。根據(jù)實(shí)際測(cè)厚分析和選材導(dǎo)則要求，建議將初底線、常二線、常三線、減三中三線、減四線及減底線合金鋼材質(zhì)管道的部分管段、閥門升級(jí)為不銹鋼，將碳鋼管道的部分管段、閥門升級(jí)為合金鋼。

（7）由于生產(chǎn)工藝參數(shù)經(jīng)常波動(dòng)，原油腐蝕性介質(zhì)含量難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，材質(zhì)升級(jí)后，在日常生產(chǎn)運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)高溫部位的定點(diǎn)測(cè)厚工作，在下周期檢修時(shí)重點(diǎn)檢查高溫易腐蝕部位。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著加工原油的劣質(zhì)化，原油中硫含量和酸值升高給常減壓蒸餾裝置帶來(lái)的腐蝕問(wèn)題將嚴(yán)重影響裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行。除了加強(qiáng)腐蝕監(jiān)測(cè)和作好工藝防腐蝕措施外，還需要通過(guò)腐蝕核算和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，查找薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)而提出相應(yīng)的材質(zhì)升級(jí)建議和方案，提高裝置加工劣質(zhì)原油的適應(yīng)性。

［1］ 王瑩，趙杰，劉正通.加工高硫高酸原油蒸餾裝置的腐蝕及防護(hù)［J］.石油化工腐蝕與防護(hù)，2016，33（1）：30-34.

［2］ 鐘書(shū)明.常減壓蒸餾裝置腐蝕分析及防護(hù)措施優(yōu)化［J］.石油化工設(shè)備技術(shù)，2012，33（5）：47-50.

［3］ 張中洋.常減壓裝置煉制劣質(zhì)原油的腐蝕分析與建議 ［J］.全面腐蝕控制，2015，29（9）：48-51.

［4］ 周永強(qiáng)，高向東.常減壓裝置加工高硫高酸原油腐蝕分析與對(duì)策［J］.全面腐蝕控制，2015，29（10）：48-52.

［5］ 孫達(dá)云，楊劍鋒，劉文彬.常減壓裝置腐蝕檢測(cè)、機(jī)理研究及防護(hù)分析［J］.全面腐蝕控制，2015，29（6）：64-69.

［6］ 裘蓓蓓.常減壓裝置腐蝕調(diào)查分析及對(duì)策［J］.全面腐蝕控制，2015，29（6）：59-63.

［7］ 張林.2號(hào)常減壓蒸餾裝置腐蝕調(diào)查及原因分析［J］.石油化工腐蝕與防護(hù)，2013，30（3）：23-26.

［8］ 劉藝.常減壓蒸餾裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的影響因素及對(duì)策［J］.石油化工腐蝕與防護(hù)，2015，32（2）：50-53.

［9］ 薛光亭.加工海洋高酸原油常減壓裝置的腐蝕與防護(hù)［J］.石油化工腐蝕與防護(hù)，2013，30（5）：50-53.

［10］梁春雷，王建軍，高俊峰，等.高酸原油加工中常用材質(zhì)的耐腐蝕性能［J］.腐蝕與防護(hù)，2013，34（8）：734-738.

［11］趙立福，董鳳龍.加工高酸原油常減壓裝置的腐蝕與防護(hù)［J］.腐蝕與防護(hù)，2016，37（6）：513-516.

［12］章建華，凌逸群，張海峰，等.煉油裝置防腐蝕策略［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2008：7-8.

［13］黃靖國(guó)，劉小輝.常減壓蒸餾裝置的硫腐蝕問(wèn)題及對(duì)策［J］.石油化工腐蝕與防護(hù)，2002，19（3）：1-5.

High-Temperature Corrosion Analysis and Material Promotion for 8.0 Mt／a Atmospheric-Vacuum Distillation Unit

Yu Liqiu1，Yuan Dongwen2
（1.Nanjing Jinling Petrochemical Engineering Co.，Ltd.，Nanjing 210042，China；2.SINOPEC Jinling Petrochemical Company，Nanjing 210033，China）

Sulfur content in crude oil has been higher than the fortification value for a long time in a 8.0 Mt／a atmosphericvacuum distillation unit，which resulted in the corrosion problem of high temperature equipment and pipeline.Mechanism of high temperature corrosion was analyzed and countermeasures were proposed.Corrosion evaluation of relevant equipment and pipeline material was conducted，and the results showed that corrosion rates of some equipment and pipeline were in excess of the standards.Material upgrading plan was put forward depending on the evaluation results，in order to ensure a long-term operation in the next cycle.

atmospheric-vacuum distillation unit，high temperature corrosion，material upgrading

2017-06-01；修改稿收到日期：2017-09-15。

于立秋（1979—），工程師，碩士，2006年畢業(yè)于大連理工大學(xué)精細(xì)化工專業(yè)，現(xiàn)從事石油化工設(shè)計(jì)工作。E-mail：yuliqiu.gy＠njpec.cn

（編輯 王維宗）