常減壓蒸餾裝置減三線管道腐蝕原因分析

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(中國(guó)石油化工股份有限公司安慶分公司,安徽 安慶 246001)

安慶石化煉油一部Ⅰ套4 Mt/a常減壓蒸餾裝置以加工魯寧管輸油為主，摻煉進(jìn)口輕質(zhì)原油。減三線管線和凈洗油管線材質(zhì)均為Cr5Mo，管線規(guī)格分別為φ325 mm×10 mm和φ159 mm×7 mm，減三線抽出口管線從減壓塔至泵P114-1/2，然后至初底油減三線換熱器E118-1/2/3/4全長(zhǎng)150 m，凈洗油線從泵P114-2出口至減壓塔全長(zhǎng)105 m。此兩條管線從2006年1月材質(zhì)由20號(hào)碳鋼升級(jí)為Cr5Mo，使用至今已有12年4個(gè)月，P114-1/2葉輪材質(zhì)為0Cr13。檢修腐蝕調(diào)查發(fā)現(xiàn)減三線抽出泵的葉輪局部出現(xiàn)溝槽狀腐蝕, 減三線管線和凈洗油管線均出現(xiàn)明顯的腐蝕,有必要對(duì)這些腐蝕進(jìn)行深入分析研究。

1 腐蝕機(jī)理分析

減三線管線和凈洗油線主要腐蝕為環(huán)烷酸腐蝕和高溫硫腐蝕，兩者同時(shí)存在。環(huán)烷酸腐蝕溫度區(qū)間為240～425 ℃，尤其在270～280 ℃和350～400 ℃腐蝕更劇烈。高溫硫腐蝕在溫度超過(guò)240 ℃時(shí)就會(huì)產(chǎn)生。環(huán)烷酸和硫腐蝕機(jī)理如下：

金屬表面生成的FeS不溶于油，覆蓋在金屬表面形成保護(hù)膜，在一定意義上能夠阻止基底金屬繼續(xù)腐蝕。但是如果有環(huán)烷酸存在，情況則有很大的不同，因?yàn)榄h(huán)烷酸和硫化亞鐵能發(fā)生反應(yīng)生成環(huán)烷酸鐵和硫化氫，破壞防護(hù)膜，通過(guò)介質(zhì)的沖刷，流體帶走腐蝕產(chǎn)物，使金屬裸露出新的表面，同時(shí)帶來(lái)腐蝕介質(zhì)，于是腐蝕反應(yīng)十分劇烈。

2 腐蝕原因分析

2.1 減三線管線溫度

減三線管線和凈洗油管線均稱為減三線，前者是減三線抽出管線，后者是減三線返塔線，最高操作壓力分別為1.3 MPa和1.09 MPa。截止到2016年9月，減三線抽出溫度為320 ℃,從2016年9月至今，為了生產(chǎn)工藝上節(jié)能的需要，不需要對(duì)渣油進(jìn)行深拔，所以減三線抽出口溫度有所降低，在290 ℃左右。由于沿路管線有熱損，溫度會(huì)慢慢下降，之后的大部分管線正好就落在270～280 ℃環(huán)烷酸腐蝕最劇烈的溫度。此次更換的凈洗油線全長(zhǎng)105 m，前20 m左右管線測(cè)厚數(shù)據(jù)最薄是5.0 mm，此后的管線最薄是2.6 mm；且減三線抽出泵P114-2的葉輪局部出現(xiàn)溝槽狀腐蝕形態(tài)(見圖1)，這可以說(shuō)明是環(huán)烷酸腐蝕類型。

圖1 減三線泵P114-2葉輪腐蝕形貌

2.2 減三線管線流速和湍流

環(huán)烷酸的腐蝕還跟介質(zhì)的流速有關(guān)，隨著流速的增加，腐蝕也會(huì)加劇。研究表明當(dāng)流速低于4 m/s時(shí)，流速對(duì)于腐蝕的影響相當(dāng)小；當(dāng)流速增加到12 m/s時(shí)，氣相部位就會(huì)形成冷凝液膜，氣相腐蝕嚴(yán)重；隨著流速的進(jìn)一步增加，高速流體所產(chǎn)生的離心力阻止了冷凝液膜的形成，氣相腐蝕基本不存在。減三線返塔流量為100 t/h，出裝置流量為23 t/h,凈洗油線流量為36 t/h,密度按0.73 g/cm3計(jì)算，據(jù)有關(guān)公式計(jì)算得出流速均不到1 m/s，流速對(duì)于腐蝕影響較小。這說(shuō)明主要為液相部位腐蝕，腐蝕部位的形態(tài)一般為順著流向出現(xiàn)溝槽狀或者是凹凸?fàn)?見圖2)，而且在流速較高的湍流區(qū)域(比如彎頭，三通和泵葉輪)，環(huán)烷酸腐蝕更嚴(yán)重。例如在泵P114-2的出口管線有3個(gè)彎頭外彎處腐蝕減薄嚴(yán)重，只有4 mm厚左右。環(huán)烷酸的腐蝕主要在液相中產(chǎn)生，氣相中的腐蝕是由環(huán)烷酸冷凝引起的，所以在這里氣相腐蝕不存在。此兩條管線經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，基本都是底部減薄嚴(yán)重(見圖3)。

2.3 原油酸值變化

2個(gè)周期原油硫含量和酸值的變化情況見表1。原油中硫含量自2015年后明顯升高。原油酸值大于0.5 mgKOH/g時(shí)就稱為高酸原油，原油酸值越高，減三線環(huán)烷酸的腐蝕就越嚴(yán)重;在原油酸值小于0.5 mgKOH/g時(shí)，減三線環(huán)烷酸腐蝕仍然存在。

圖2 減三線抽出線內(nèi)部腐蝕形貌

圖3 凈洗油線底部液相腐蝕形貌

表1 原油中硫和酸值的變化

3 腐蝕防護(hù)措施

3.1 管線材質(zhì)升級(jí)

目前管線材質(zhì)為Cr5Mo，Cr5Mo鋼對(duì)環(huán)烷酸有很好的抵抗力，能在較高流速下使用。但含Mo的奧氏體不銹鋼是適宜的耐環(huán)烷酸腐蝕材料，在環(huán)烷酸腐蝕環(huán)境中，抗腐蝕能力從高到低的順序是316>304>Cr-Mo。Mo元素的加入明顯改善了材料的耐環(huán)烷酸腐蝕的性能，隨著Mo含量的增加，不銹鋼的環(huán)烷酸腐蝕速率和沖刷腐蝕速率明顯減小，一般Mo質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于2.5%。在提硫改造計(jì)劃中擬將減三線及凈洗油線升級(jí)為316L，待2019年裝置大修時(shí)施工。

3.2 加注緩蝕劑

目前減三線未注入緩蝕劑，聯(lián)系高溫緩蝕劑廠家，能否改變配劑稀釋油(由常一線油改為常三線油稀釋)或注純劑，在滿足減三線泵(正常操作時(shí)溫度為300 ℃)不抽空的前提下，減三線泵入口管線處增加高溫緩蝕劑加注點(diǎn)。

3.3 控制工藝條件

自常減壓蒸餾裝置由減壓深拔改為不深拔后，減三線抽出溫度有所降低，致使介質(zhì)溫度在270～280 ℃環(huán)烷酸腐蝕最劇烈的溫度，導(dǎo)致管線腐蝕加劇。在可能的情況下，提高減三線抽出溫度，避開環(huán)烷酸腐蝕嚴(yán)重溫度，減二線抽出溫度會(huì)落在環(huán)烷酸腐蝕嚴(yán)重溫度，建議減二線增加高溫緩蝕劑注入點(diǎn)。

3.4 設(shè)置在線定點(diǎn)測(cè)厚

在減三線泵出入口直管和彎頭處增加在線定點(diǎn)測(cè)厚點(diǎn)數(shù)，這樣就可以實(shí)時(shí)監(jiān)控管線壁厚的安全運(yùn)行狀態(tài)。

4 結(jié) 語(yǔ)

從腐蝕調(diào)查情況看，減三線環(huán)烷酸腐蝕減薄的主要原因在于減三線溫度的降低和煉制高酸原油導(dǎo)致的。下次大檢修應(yīng)重點(diǎn)檢查這些部位,同時(shí)日常生產(chǎn)中做好腐蝕監(jiān)控，確保裝置長(zhǎng)周期安全平穩(wěn)運(yùn)行。