加工含硫含酸原油的常減壓蒸餾裝置設(shè)備材質(zhì)升級

(北京華福工程有限公司，北京 100015)

國內(nèi)某煉油廠常減壓蒸餾裝置，于1969年9月建成投產(chǎn)，是中國煉油史上最早的煉油裝置，加工能力為3 Mt/a。按低硫低酸石蠟基大慶原油設(shè)計(jì)，主要設(shè)備的材質(zhì)均為碳鋼。2004年以來,大慶原油供應(yīng)緊張，需不斷摻混一定比例俄羅斯原油和冀東原油。由于進(jìn)口原油和冀東原油高硫高酸，使混輸大慶原油中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和酸值大幅提高，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高達(dá)到0.26%，酸值最高達(dá)到0.62 mgKOH/g，設(shè)備和管線腐蝕加劇。為此決定利用裝置停工檢修期間完成50臺設(shè)備和超過3 800 m高溫管線材質(zhì)升級改造。

1 含硫含酸原油腐蝕分析

1.1 含硫含酸原油的腐蝕機(jī)理

原油中存在的無機(jī)鹽、有機(jī)氯化物、硫化物和環(huán)烷酸，在加工過程中會(huì)對設(shè)備及管道產(chǎn)生腐蝕[1]。低溫部位主要是H2S-HCl-H2O型腐蝕。高溫部位主要是硫和環(huán)烷酸腐蝕。

1.2 常減壓蒸餾裝置硫和酸腐蝕分布和分析

經(jīng)可行性研究及專家評審，項(xiàng)目確定以加工原油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%，酸值0.7 mgKOH/g為材質(zhì)升級設(shè)防值。詳細(xì)設(shè)計(jì)用Aspen模擬軟件對裝置硫和酸分布進(jìn)行了模擬計(jì)算，根據(jù)含硫含酸原油腐蝕機(jī)理對實(shí)測和模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

1.2.1 硫腐蝕分析

從裝置硫分布實(shí)測和模擬計(jì)算值可見，原油中的硫化物經(jīng)蒸餾后各餾分主要分布在重質(zhì)餾分中，隨著餾分的變重，其中的硫含量相應(yīng)增加。常一線和減一線由于硫含量較低，溫度不高，硫腐蝕會(huì)較輕；而常二線、減二線、減三線、減四線及減渣線硫含量較高，而且溫度較高，所以高溫硫腐蝕較重，特別是減渣線的高溫硫腐蝕更重。但對于常頂和減頂，盡管其中硫含量不高，但屬于低溫輕油部位的腐蝕，其中的H2S溶解于水中，與水中的HCl共同引起設(shè)備的腐蝕，腐蝕也會(huì)非常嚴(yán)重。

1.2.2 酸腐蝕分析

從裝置酸分布實(shí)測和模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，原油在蒸餾過程中有機(jī)酸主要分布在：初底重油系統(tǒng)、常減壓爐爐管、常減壓轉(zhuǎn)油線、常三線以下塔體、塔盤和內(nèi)構(gòu)件，常四線的設(shè)備和管線，減二線到減四線間的塔體、填料和內(nèi)構(gòu)件，減二線、減三線、減四線的管線和設(shè)備。尤其是減三線和減四線，有機(jī)酸含量較高，腐蝕最為嚴(yán)重。

2 設(shè)備材質(zhì)升級內(nèi)容

依據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果及分析，結(jié)合常減壓蒸餾裝置最新定點(diǎn)測厚數(shù)據(jù)，參照相關(guān)裝置材質(zhì)升級經(jīng)驗(yàn)[2]，確定對常減壓蒸餾裝置240 ℃ 以上設(shè)備、管道進(jìn)行材質(zhì)升級改造。材質(zhì)升級的范圍包括加熱爐、塔器、冷換設(shè)備和管道等。材料選用按設(shè)計(jì)導(dǎo)則確定。

2.1 加熱爐

常壓爐為立式立管方箱爐，其中大部分對流段管材由碳鋼升級為A335 P5,但每路倒數(shù)第2根采用TP321；大部分輻射段管材升級為TP321，但每路輻射管倒數(shù)第2根采用TP316L。

減壓爐為對流輻射型圓筒爐，對流段爐管部分管材升級為TP321，蒸汽部分高溫段(最后一排)材質(zhì)升級為A335 P5；輻射段爐管全部采用TP316L。

2.2 塔

常壓塔、減壓塔封頭部位更換為復(fù)合板(Q245R+0Cr13Al)，其他部位貼襯不銹鋼板(316L)。常壓汽提塔、減壓汽提塔采用貼襯不銹鋼板(304L)。常壓塔操作溫度240 ℃以上部位塔盤升級(304)。減壓塔及減壓汽提塔填料全部更換(317)。減壓塔及常壓汽提塔、減壓汽提塔塔內(nèi)件全部升級，塔內(nèi)支撐件整體更換(304)。塔類設(shè)備管口更換，按內(nèi)貼襯板材質(zhì)升級。

2.3 冷換設(shè)備

換128/1-8進(jìn)行整體更換，封頭和殼體選用復(fù)合板(Q345R+00Cr17Ni14Mo2)，管束選用00Cr17Ni14Mo2。其他操作溫度240 ℃以上的13臺換熱設(shè)備，管束采用10號碳鋼滲鋁，零件采用碳鋼噴鋁防腐蝕，管箱和殼體利舊。5臺冷換設(shè)備管束升級為09Cr2AlMoRe。

2.4 工藝管道

低溫部位以工藝防腐蝕為主，不考慮管線材質(zhì)升級;操作溫度為260 ℃以上重點(diǎn)部位高溫管線材質(zhì)全部升級;操作溫度為240 ℃上下，重點(diǎn)部位部分管線材質(zhì)升級;管徑大于DN500直管段選擇復(fù)合板管材，管件選用合金鋼材質(zhì)。

2.5 機(jī) 泵

減三線、減四線以及減壓渣油泵體材質(zhì)升級，由原來的Ⅱ類材質(zhì)更換為Ⅲ類材質(zhì)。機(jī)泵材質(zhì)升級匯總見表1。

2.6 儀 表

常壓塔、常壓汽提塔、減壓塔、減壓汽提塔及其相關(guān)材質(zhì)升級的工藝管線配套的儀表系統(tǒng)升級，更換減四汽提液位的電浮球液位變送器(LT-204)，減壓塔上增加一套減底液位指示。

相應(yīng)設(shè)備及管線上的接液部分遠(yuǎn)傳儀表及其部件需要提升材質(zhì)等級。

3 配套工藝防腐蝕及腐蝕檢測

設(shè)置了必要的工藝防腐蝕藥劑注點(diǎn)以及定點(diǎn)監(jiān)測位置，使裝置在重新運(yùn)行中能實(shí)時(shí)監(jiān)測重點(diǎn)部位的設(shè)備腐蝕狀況，識別裝置隱患部位，為安全加工高硫高酸劣質(zhì)原油提供技術(shù)保障。

4 設(shè)計(jì)難點(diǎn)問題的解決

該次材質(zhì)升級重點(diǎn)為4臺塔器的材質(zhì)升級，由于升級改造時(shí)間短、資金有限、不能進(jìn)行整體更換，所以，業(yè)主要求采用塔內(nèi)襯不銹鋼板的材質(zhì)升級方案。

塔內(nèi)襯不銹鋼的難點(diǎn)是溫差應(yīng)力常會(huì)使襯里產(chǎn)生拉裂、鼓包等破壞。設(shè)計(jì)組通過走訪國內(nèi)多家煉油廠,對成功和失敗的案例進(jìn)行細(xì)致分析,成功選用出熱膨脹系數(shù)接近的基材和襯里材料，確定了恰當(dāng)?shù)乃?nèi)襯板分塊尺寸,最終解決了塔內(nèi)襯不銹鋼板材質(zhì)升級的設(shè)計(jì)難題，使4臺塔的防腐升級得以順利實(shí)施，運(yùn)行多年未出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。

5 運(yùn)行效果

材質(zhì)升級前和材質(zhì)升級后腐蝕速率對比見表2。

表2 腐蝕在線檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)對比

由表2可以看出，材質(zhì)升級后的管道腐蝕速率大幅下降,其中減底渣油控制閥處探針腐蝕速率由0.157 4 mm/a下降為0.000 7 mm/a。

常減壓蒸餾裝置設(shè)備材質(zhì)升級改造后，塔內(nèi)所襯不銹鋼板復(fù)合層沒有出現(xiàn)鼓包和脫落現(xiàn)象，管線沒有再出現(xiàn)因腐蝕泄漏而著火等安全事故。定點(diǎn)測試顯示腐蝕速率大幅降低。

6 結(jié)論和建議

(1)通過對某廠常減壓蒸餾裝置腐蝕狀況分析，模擬計(jì)算原油硫和酸分布，借鑒國內(nèi)同類設(shè)備材質(zhì)升級的成功經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，確定了裝置設(shè)備材質(zhì)升級范圍和材質(zhì)選擇。成功實(shí)施了技術(shù)難度高、風(fēng)險(xiǎn)大的內(nèi)襯不銹鋼板防腐蝕升級設(shè)計(jì)和施工。

(2)常減壓蒸餾裝置設(shè)備材質(zhì)升級后，不僅滿足了加工含硫高酸原油要求，大幅提高經(jīng)濟(jì)效益，也使設(shè)備腐蝕隱患得以根治，延長了生產(chǎn)裝置使用壽命。設(shè)置恰當(dāng)腐蝕監(jiān)測點(diǎn)，使裝置在運(yùn)行中能及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝置存在的腐蝕薄弱環(huán)節(jié)，有效保障設(shè)備長周期安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

(3)裝置穩(wěn)定運(yùn)行多年，無重大事故發(fā)生。腐蝕在線分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示，裝置材質(zhì)升級后設(shè)備和管道腐蝕速率大幅下降，防腐蝕效果明顯。

(4)建議裝置在1至2個(gè)運(yùn)行周期后，適時(shí)對包括常減壓塔在內(nèi)的4臺塔塔體和減三線、減四線、減底泵整體更換。對操作溫度240 ℃ 以上管線全部進(jìn)行材質(zhì)升級，以確保裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 崔新安,寧朝輝.石油加工中的硫腐蝕與防護(hù)[J]. 煉油設(shè)計(jì),1999,29(8):61-67.

[2] 陳志平，張劍,欽峰,等.管線的高溫環(huán)烷酸腐蝕與控制技術(shù)綜述[J]. 管道技術(shù)與設(shè)備,2009(1):1-3,15.