石油化工企業(yè)典型常減壓裝置腐蝕現(xiàn)狀與機(jī)理分析

摘 要：在石油化工行業(yè)中，常減壓裝置是原油加工的第一道加工程序，常減壓裝置的安全平穩(wěn)的生產(chǎn)運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)石化加油企業(yè)的企業(yè)效益。而我國的原油主要依賴進(jìn)口，隨著原油的酸值的升高，常減壓裝置設(shè)備的腐蝕也越來越嚴(yán)重，這種腐蝕對(duì)裝置設(shè)備的使用壽命和運(yùn)行安全具有非常大的危害，經(jīng)常造成設(shè)備容器出現(xiàn)腐蝕泄漏事故，嚴(yán)重威脅著裝置設(shè)備的安全生產(chǎn)。本文以山東某石油化工企業(yè)常減壓裝置日常生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)和存在的突出腐蝕問題為研究對(duì)象，結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行常減壓裝置腐蝕原理分析和腐蝕防護(hù)技術(shù)的研究。為提高我國石油化工行業(yè)常減壓裝置設(shè)備的防腐和可靠性分析提供理論和經(jīng)驗(yàn)方法，也為提高我國石化行業(yè)常減壓裝置設(shè)備的設(shè)計(jì)壽命，確保煉化企業(yè)的安全生產(chǎn)運(yùn)行，對(duì)提高煉化企業(yè)整體的經(jīng)濟(jì)效益具有非常重要的實(shí)際應(yīng)用和理論研究意義。

關(guān)鍵詞：石油化工;常減壓裝置;安全辨識(shí);腐蝕防護(hù);腐蝕;機(jī)理研究;防護(hù)措施

Abstract： In the petrochemical industry， atmospheric and vacuum device is the first processing procedure of crude oil processing， the safe and stable production operation of atmospheric and vacuum device is directly related to the enterprise benefit of the whole petrochemical refueling enterprise. And China's crude oil mainly rely on import， with the increase of acid value of crude oil， corrosion of atmospheric and vacuum devices are also more and more serious， the service life of the corrosion of devices and operational security has the very big harm， often cause equipment container corrosion leakage accident， a serious threat to the safety in production of devices. In this paper， the daily production and operation status of atmospheric and vacuum pressure unit in a petrochemical enterprise in Shandong province and the existing outstanding corrosion problems are taken as the research object.

Key words： petrochemical industry; Atmospheric and vacuum device; Safety identification; Corrosion protection; Corrosion; Mechanism study; Protective measures

在今年慶祝中國共產(chǎn)黨成立100周年活動(dòng)的新聞發(fā)布會(huì)上，中央財(cái)辦分管日常工作的副主任韓文秀在發(fā)布會(huì)上介紹，在中國共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)下，中國經(jīng)濟(jì)實(shí)力實(shí)現(xiàn)了大幅躍升。新中國成立70多年來，中國經(jīng)濟(jì)累計(jì)實(shí)際增長約189倍，目前中國經(jīng)濟(jì)總量已超過100萬億元，是世界第二大經(jīng)濟(jì)體，占全球經(jīng)濟(jì)的比重提高到17%以上[1]。其中，石油化工行業(yè)占到我國經(jīng)濟(jì)總量的15%，我國是全球最大的原油進(jìn)口國和石油消費(fèi)國，目前我國石油已探明儲(chǔ)量還處于較低水平，截止2020年底，我國石油儲(chǔ)量約為41億噸，約占全球石油總儲(chǔ)量的1.5%，且資源分布區(qū)域較為分散，開采成本偏大，我國原油高度依賴進(jìn)口。根據(jù)國家海關(guān)總數(shù)和國家統(tǒng)計(jì)局公布的數(shù)據(jù)顯示，2015年-2020年之間我國原油進(jìn)口量持續(xù)增長，2020年我國的原油進(jìn)口量已達(dá)到55834萬噸，同比增長12.5%，原油進(jìn)口創(chuàng)下歷史最高水平[2]。

一、當(dāng)前形勢下我國原油質(zhì)量進(jìn)口現(xiàn)狀

根據(jù)國家海關(guān)總數(shù)和國家統(tǒng)計(jì)局公布的數(shù)據(jù)顯示，統(tǒng)計(jì)2020年我國原油進(jìn)口國家和地區(qū)情況[3]。通過統(tǒng)計(jì)的分布情況分析來看，我國主要從沙特阿拉伯、中南美洲瑞內(nèi)維拉、俄羅斯、西非、伊拉克、伊朗等國家進(jìn)口原油，這些國家都是原油探明儲(chǔ)量的非常豐富，石油資源具有開采成本低和容易容易的特點(diǎn)，是全球主要的原油凈出口國。

原油的進(jìn)口來源不一和石油市場消費(fèi)量大的形勢下，煉化企業(yè)面臨原油來源呈現(xiàn)多元化，不同國家原油進(jìn)口不法保障原油的品質(zhì)，高質(zhì)量的輕質(zhì)原油供不應(yīng)求，以及經(jīng)濟(jì)價(jià)格問題，大量低質(zhì)量的高硫含酸值原油的加工量與日俱增。其中高硫重油密度高、粘度大、重金屬含量高，由于重質(zhì)油的特殊性，高硫高鈣，對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，加工難度大，相比其他普通輕質(zhì)原油更容易發(fā)生安全事故。在煉化設(shè)備發(fā)生腐蝕破壞的情況下，難以保障煉化裝置的安全生產(chǎn)運(yùn)行，經(jīng)常會(huì)造成設(shè)備事故的發(fā)生，如塔盤、閥門腐蝕、爐管彎頭穿孔、進(jìn)料線焊口開裂和空冷器泄漏等[4]。特別是環(huán)烷在減壓塔中下部位對(duì)高溫機(jī)泵、閥門、塔盤、受液槽、換熱器和工藝管線等設(shè)備部位的腐蝕較為嚴(yán)重，直接威脅到煉化裝置的正常運(yùn)行，每年發(fā)生的腐蝕穿孔少則幾次多則幾十次，因此造成的裝置局部或全部停車，給煉化企業(yè)造成巨大的安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。

隨著科技技術(shù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也在石油煉化領(lǐng)域得到應(yīng)用和發(fā)展，國內(nèi)不少石油煉化企業(yè)也引入煉化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，這也為裝置腐蝕監(jiān)測提供了數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，大數(shù)據(jù)技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了對(duì)海量生產(chǎn)數(shù)據(jù)的專業(yè)化和高效化獲取及管理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行腐蝕監(jiān)測正成為腐蝕研究的一個(gè)重要方向[5～7]。借助現(xiàn)有的腐蝕預(yù)測設(shè)備未來某時(shí)間段的腐蝕情況，進(jìn)而指導(dǎo)現(xiàn)階段防腐和安全管理工作，進(jìn)行有預(yù)測性和針對(duì)性的設(shè)備維修或工藝調(diào)整，對(duì)改善煉化設(shè)備運(yùn)行、提高設(shè)備的可靠性和預(yù)防重特大事故的發(fā)生，以及保障企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益都具有重要的研究意義。

二、化工工藝管道整體質(zhì)量要求

本文所研究的常減壓裝置為50萬噸/年高等級(jí)道路瀝青裝置，其工藝部分采用電脫鹽、常壓塔、減壓塔的工藝路線。即：原料油經(jīng)電脫鹽、加熱、閃蒸后進(jìn)入常壓塔，分離出瓦斯氣、石腦油，瓦斯氣去加熱爐作為燃料，石腦油經(jīng)換熱后打入成品罐，常壓塔出來的常壓渣油進(jìn)入減壓塔，在減壓塔中分離出輕蠟油、基礎(chǔ)油，輕蠟油、基礎(chǔ)油作為成品打入成品儲(chǔ)罐，減壓渣油經(jīng)換熱冷卻后作為成品外送罐區(qū)。

三、 常減壓裝置設(shè)備腐蝕狀況分析

在裝置全面停車檢維修期間，對(duì)高等級(jí)道路瀝青裝置的各類設(shè)備和易發(fā)生腐蝕的管線進(jìn)行了全面的檢測和檢查，對(duì)裝置設(shè)備和管線的易腐蝕部位進(jìn)行重點(diǎn)的檢查和隱患排查，依據(jù)現(xiàn)階段專家學(xué)者對(duì)設(shè)備腐蝕等級(jí)的劃分，將設(shè)備腐蝕劃分為輕微腐蝕、一般腐蝕、中度腐蝕和嚴(yán)重腐蝕四個(gè)等級(jí)。

在2018年的裝置設(shè)備停車大修中，對(duì)高等級(jí)道路瀝青裝置進(jìn)行設(shè)備檢維修和隱患排查，共檢查管線94條，塔類設(shè)備6個(gè)，空冷器類設(shè)備23個(gè)，換熱器類設(shè)備64個(gè)，容器類設(shè)備27個(gè)，爐類設(shè)備6個(gè)。從設(shè)備腐蝕檢查和排查情況來看，設(shè)備腐蝕情況普遍存在，裝置設(shè)備腐蝕情況屬于中度腐蝕。在空冷器和換熱器類設(shè)備以及配套設(shè)備管線來看腐蝕情況較為明顯，一共發(fā)現(xiàn)5處腐蝕狀況較為嚴(yán)重的情況，裝置設(shè)備各腐蝕等下的設(shè)備類型和數(shù)量統(tǒng)計(jì)情況具體見表1所示。

參照高酸原油加工裝置設(shè)備和配套管線的設(shè)計(jì)選材標(biāo)準(zhǔn)（SH/T3096-2010）要求，結(jié)合高等級(jí)道路瀝青裝置常減壓裝置的設(shè)備材質(zhì)選擇整體上良好，裝置的主要設(shè)備材質(zhì)選擇較為合適，但是個(gè)別設(shè)備和配套管線材質(zhì)的等級(jí)選擇上較低，也較為不合理和不符合要求，通過檢查設(shè)備的腐蝕狀況發(fā)現(xiàn)減一線和減一中水冷水器類管束腐蝕減薄較為嚴(yán)重。

四、設(shè)備腐蝕回路機(jī)理分析

1.環(huán)烷酸腐蝕

原油中含有的酸性化合物主要為環(huán)烷酸，其化學(xué)式為RCH2COOH，分子質(zhì)量大約為180～700之間，分子質(zhì)量在300～400之間較為集中，屬于具有飽和環(huán)狀結(jié)構(gòu)的有機(jī)酸混合物，其沸點(diǎn)大約在169～344℃。環(huán)烷酸腐蝕屬于一種高溫腐蝕，主要存在環(huán)烷酸油品的下游裝置設(shè)備和常減壓裝置中，其腐蝕的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理如下所示：

Fe（RCOO）2屬于油溶性產(chǎn)物，再加上介質(zhì)的流動(dòng)，所以造成的環(huán)烷酸腐蝕一般設(shè)備表面較為光滑、干凈且一部不會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢。減壓塔底器壁腐蝕減薄，分餾塔T-1004塔底器壁出現(xiàn)較為嚴(yán)重的腐蝕，其在設(shè)計(jì)階段的原始厚度為18mm，但是在實(shí)際的檢測中，設(shè)備的最薄處為6.6mm。

2. HCL-H2S-O2-H2O機(jī)理腐蝕

由于原料油中含有氯化鈣、氯化鎂等氯化鹽，在加熱過程中會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)生成HCL，其反應(yīng)原理公式如下所示：

塔頂冷凝冷卻系統(tǒng)由于冷凝結(jié)露現(xiàn)象造成大量的水滴的生產(chǎn)，使得初凝區(qū)位置較低的部位的水中溶解的HCL濃縮，進(jìn)而形成酸性腐蝕環(huán)境狀態(tài)，并且這種狀態(tài)下腐蝕較為強(qiáng)烈，而硫化氫具有促進(jìn)設(shè)備腐蝕現(xiàn)場的發(fā)生，其腐蝕過程的化學(xué)反應(yīng)原理如下所示：

氯離子（CL-）含量可以直接影響到鹽酸（HCL）的含量，其中鹽酸含量越高對(duì)設(shè)備的腐蝕就越強(qiáng)烈。設(shè)備HCL-H2S-O2-H2O機(jī)理腐蝕主要存在常減壓設(shè)備的低溫部位，比如常壓塔、減壓塔和常壓塔體部分揮發(fā)線、減壓塔冷凝冷卻系統(tǒng)和常壓塔頂。

五、目前國內(nèi)外環(huán)烷酸腐蝕控制措施

預(yù)防環(huán)烷酸對(duì)設(shè)備的腐蝕國內(nèi)外開展的大量的研究工作，主要有降低原油酸值、改變和優(yōu)化裝置的操作條件，改進(jìn)原油加工設(shè)備的材質(zhì)、加注緩蝕劑等。

1.降低原油酸值：目前技術(shù)主要集中在堿性溶劑萃取脫酸、催化脫酸、酯化脫酸等方面，但這些研究都是在實(shí)驗(yàn)室中成功進(jìn)行，距離工業(yè)應(yīng)用還有很大差距。而原油混煉，通過將腐蝕性較弱的原油加入腐蝕性較強(qiáng)的原油中，減少環(huán)烷酸在原油中的含量，達(dá)到降低原油酸值的目的，目前我公司也采用此加工方式，但受罐容、原料周轉(zhuǎn)、原料采購影響，酸值仍偏高。

2.控制流速和流態(tài)：在可能的條件下通過擴(kuò)大管徑、減少部位結(jié)合處的縫隙和流體流向的死角和盲腸、減少管線振動(dòng)、進(jìn)料去直線走向，減少彎頭變向，此方案需大修期間方可實(shí)施。

3.材質(zhì)升級(jí)與表面改性：通過改進(jìn)材料的耐腐蝕性能如材質(zhì)升級(jí)、表面改性等加以控制，這是全球煉廠在抗環(huán)烷酸腐蝕方面最常用的方法。研究表明耐環(huán)烷酸腐蝕由弱到強(qiáng)的選材順序是：碳鋼

4.加注緩蝕劑：目前針對(duì)環(huán)烷酸的腐蝕還有加注緩蝕劑的措施，高溫緩蝕劑是一種相對(duì)分子質(zhì)量較高、高沸點(diǎn)的化合物，它可與金屬鐵生產(chǎn)不溶于油的物質(zhì)，吸附在金屬表面形成一層保護(hù)膜，隔絕金屬與環(huán)烷酸等的接觸，或者與環(huán)烷酸發(fā)生反應(yīng)，生成不具腐蝕性的油溶性產(chǎn)物，達(dá)到抑制環(huán)烷酸腐蝕，保護(hù)設(shè)備的目的。

5.嚴(yán)格控制進(jìn)裝置原油的含酸值≯3mgKOH/g，保證裝置長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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作者簡介：蘇鵬（1985-），男，山東濱州人，一級(jí)建筑工程師，從事化工工藝技術(shù)管理和項(xiàng)目安全管理方面的研究;

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