腐蝕保運(yùn)技術(shù)在加氫裂化裝置上的應(yīng)用*

張宏飛，于鳳昌，陳崇剛，段永鋒

(1.中石化煉化工程集團(tuán)洛陽(yáng)技術(shù)研發(fā)中心，河南 洛陽(yáng) 471003；2.中石化洛陽(yáng)工程有限公司，河南 洛陽(yáng) 471003)

隨著劣質(zhì)原油產(chǎn)量增加，高硫、高酸、高氯原油的腐蝕問題越發(fā)突顯。煉油企業(yè)為追求經(jīng)濟(jì)效益最大化，經(jīng)常需要更換加工原油的品種，使得裝置面臨多變的腐蝕環(huán)境，且往往偏離設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行；而裝置運(yùn)行周期的延長(zhǎng)，導(dǎo)致腐蝕因時(shí)間累積的風(fēng)險(xiǎn)顯著增加，成為影響裝置安全運(yùn)行的主要原因，也使防腐蝕管理面臨的形勢(shì)更加嚴(yán)峻[1-3]。在線監(jiān)測(cè)、定點(diǎn)測(cè)厚、化學(xué)分析、工藝操作等技術(shù)措施作為掌控靜設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、預(yù)警靜設(shè)備腐蝕失效的重要手段，已成為煉化企業(yè)靜設(shè)備狀態(tài)分析及維護(hù)的重要組成部分，在煉化企業(yè)得到了廣泛應(yīng)用[4-6]；但是，各種監(jiān)檢測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)較多且往往分散在不同的管理體系中，缺少系統(tǒng)規(guī)劃以及有效的綜合分析手段，在整體層面上無(wú)法充分發(fā)揮作用，其綜合性及準(zhǔn)確性不高，難以及時(shí)指導(dǎo)企業(yè)調(diào)整防腐蝕措施，也使得腐蝕管理變得盲目而被動(dòng)[7]，腐蝕保運(yùn)技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用有效解決了上述難題[7-8]。該文主要介紹腐蝕保運(yùn)技術(shù)在加氫裂化裝置上的應(yīng)用情況。

1 腐蝕保運(yùn)技術(shù)簡(jiǎn)介

煉油廠腐蝕保運(yùn)技術(shù)是基于主動(dòng)防腐蝕理念形成的新技術(shù)。其核心是依據(jù)企業(yè)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)煉油廠設(shè)備和管道進(jìn)行實(shí)時(shí)腐蝕狀態(tài)評(píng)估，輸出腐蝕評(píng)估結(jié)果和相關(guān)建議，指導(dǎo)企業(yè)開展防腐蝕工作。煉油廠腐蝕保運(yùn)技術(shù)主要功能和特點(diǎn)如下：

(1)可動(dòng)態(tài)評(píng)估企業(yè)設(shè)備和管道的腐蝕狀況，量化腐蝕風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，定期生成腐蝕月報(bào)；

(2)可自動(dòng)讀取實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、化學(xué)分析系統(tǒng)、在線腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等數(shù)據(jù)，自動(dòng)分析預(yù)警；

(3)具有圖形化顯示與查詢功能，可基于流程圖查詢?cè)O(shè)備腐蝕相關(guān)信息。

其系統(tǒng)平臺(tái)的基本原理如圖1所示。腐蝕評(píng)估是保運(yùn)技術(shù)的關(guān)鍵，主要基于API RP581風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估原理，在評(píng)估數(shù)據(jù)源上做了深度挖掘；參考了國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并可以根據(jù)監(jiān)檢測(cè)及檢維修結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)校正。

圖1 腐蝕保運(yùn)系統(tǒng)平臺(tái)基本原理

2 加氫裂化裝置應(yīng)用實(shí)踐

腐蝕保運(yùn)技術(shù)在多家企業(yè)煉油生產(chǎn)裝置得到應(yīng)用，該文以該技術(shù)在某企業(yè)加氫裂化裝置的應(yīng)用為例，介紹其具體實(shí)施過(guò)程和應(yīng)用情況。該加氫裂化裝置加工原料為常減壓蒸餾裝置的直餾蠟油，操作溫度360～510 ℃，直餾蠟油的密度為0.918 1 g/cm3，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.88%，設(shè)計(jì)加工規(guī)模為1.80 Mt/a。

2.1 實(shí)施步驟

2.1.1 裝置腐蝕分析

裝置腐蝕分析是后續(xù)工作開展的基礎(chǔ)。根據(jù)工藝流程、設(shè)備基礎(chǔ)信息及調(diào)研情況對(duì)裝置進(jìn)行腐蝕分析，繪制腐蝕流程圖，其中加氫裂化反應(yīng)部分腐蝕流程如圖2所示。由圖2可知，重點(diǎn)腐蝕區(qū)域及腐蝕類型包括：加氫裂化進(jìn)料系統(tǒng)的高溫硫/環(huán)烷酸腐蝕，加氫裂化反應(yīng)器的高溫硫/硫化氫腐蝕，反應(yīng)流出物系統(tǒng)的氯化銨及硫氫化銨腐蝕等。

圖2 加氫裂化反應(yīng)單元腐蝕流程示意

2.1.2 腐蝕評(píng)估模塊配置

根據(jù)加氫裂化裝置特點(diǎn)和腐蝕分析情況，選取相應(yīng)的腐蝕評(píng)估模塊(見圖3)。模塊中損傷類型主要涉及高溫硫/環(huán)烷酸腐蝕、高溫氫/硫化氫腐蝕、NH4Cl腐蝕、NH4HS(堿式酸性水)腐蝕、高溫氧化和濕硫化氫損傷等。

圖3 加氫裂化裝置腐蝕評(píng)估模塊配置

2.1.3 防腐蝕方案優(yōu)化

依據(jù)腐蝕分析結(jié)果，針對(duì)工藝防腐蝕與腐蝕監(jiān)檢測(cè)方案進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后部署腐蝕探針4個(gè)、腐蝕掛片點(diǎn)12個(gè)、化學(xué)分析取樣點(diǎn)13個(gè)、測(cè)厚點(diǎn)688個(gè)。

2.1.4 系統(tǒng)安裝及調(diào)試

在服務(wù)器上安裝系統(tǒng)平臺(tái)，導(dǎo)入裝置基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)。安裝現(xiàn)有數(shù)據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)通信接口，然后調(diào)試運(yùn)行，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果優(yōu)化完善。

2.1.5 系統(tǒng)應(yīng)用

在運(yùn)行過(guò)程中及時(shí)錄入相關(guān)離線數(shù)據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)生成的腐蝕評(píng)估、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)預(yù)警結(jié)果，開展裝置腐蝕監(jiān)控日常工作，及時(shí)調(diào)整工藝防腐蝕及腐蝕監(jiān)檢測(cè)參數(shù)，開展預(yù)防性維修。

2.2 加氫裂化裝置應(yīng)用分析

2.2.1 腐蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及管理

針對(duì)設(shè)備管線腐蝕類型、腐蝕機(jī)理、估算腐蝕速率、實(shí)測(cè)腐蝕速率、減薄損傷風(fēng)險(xiǎn)、脆性斷裂腐蝕風(fēng)險(xiǎn)、應(yīng)力腐蝕類型及風(fēng)險(xiǎn)、外部腐蝕類型及風(fēng)險(xiǎn)、高溫氫腐蝕(HTHA)風(fēng)險(xiǎn)和襯里腐蝕風(fēng)險(xiǎn)等各類風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)定期進(jìn)行分析評(píng)估并匯總，對(duì)于總損傷因子較高的部位分類統(tǒng)計(jì)預(yù)警。加氫裂化裝置高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備部位如圖4所示，某一設(shè)備部位的具體評(píng)估結(jié)果可見相應(yīng)的腐蝕狀態(tài)分析表。表1為熱高壓分離器腐蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果。這些結(jié)果均由系統(tǒng)自動(dòng)生成，用戶可設(shè)置報(bào)告模板，根據(jù)報(bào)告開展腐蝕管理工作。

圖4 裝置總損傷因子大于100的部位

從表1可以看出，熱高壓分離器的總腐蝕風(fēng)險(xiǎn)較低，其原因?yàn)椋簾岣邏悍蛛x器材質(zhì)是2.25Cr1Mo+309S +347，在高溫H2/H2S腐蝕環(huán)境下腐蝕速率低。但由于在高溫H2/H2S腐蝕環(huán)境中會(huì)形成硫化物，當(dāng)停工時(shí)硫化物遇空氣能夠轉(zhuǎn)化生成連多硫酸，會(huì)使不銹鋼應(yīng)力腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)增加，停工時(shí)需要采用相應(yīng)的清洗保護(hù)措施。另外2.25Cr1Mo鋼在343～593 ℃長(zhǎng)期服役，回火脆性也會(huì)逐漸增加，因此需要在開停工時(shí)遵循相關(guān)溫度、壓力控制規(guī)范，防止設(shè)備部件發(fā)生脆性斷裂[8]。

表1 熱高壓分離器腐蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果

續(xù)表1

2.2.2 腐蝕監(jiān)檢測(cè)管理

系統(tǒng)對(duì)在線腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總分析及預(yù)警，加氫裂化裝置探針的腐蝕情況統(tǒng)計(jì)如圖5所示(圖中橫線為預(yù)警值)。由圖5可以看出，探針507-TZ-001監(jiān)測(cè)腐蝕速率超過(guò)預(yù)警上限。該探針安裝在加氫裂化反應(yīng)流出物空冷器入口總管，用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)流出物系統(tǒng)工藝防腐蝕效果。點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的柱狀圖進(jìn)入實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頁(yè)面(見圖6)，為腐蝕探針507-TZ-001腐蝕速率曲線，可實(shí)時(shí)獲得腐蝕速率數(shù)據(jù)，可據(jù)此調(diào)整加氫裂化反應(yīng)流出物系統(tǒng)注水量及緩蝕劑用量等工藝防腐蝕參數(shù)。另外還能夠監(jiān)測(cè)pH值、剩余壁厚數(shù)據(jù)等。

圖5 在線腐蝕探針的腐蝕速率

圖6 501-TZ-001的腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

2.2.3 化學(xué)分析管理

與腐蝕監(jiān)檢測(cè)管理類似，系統(tǒng)同樣可分析及預(yù)警化學(xué)分析數(shù)據(jù)，主要包括原料及產(chǎn)品性質(zhì)、腐蝕性物質(zhì)含量、注水及排水物性參數(shù)等。加氫裂化裝置各部位酸性水pH值統(tǒng)計(jì)如圖7所示?？梢罁?jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)示出檢測(cè)項(xiàng)目的合格率[19-20]。由圖7可以看出，該裝置酸性水控制滿足工藝防腐蝕實(shí)施細(xì)則要求。原料油硫含量曲線見圖8。監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)硫含量不高于預(yù)警值(質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.60%)。

圖7 各位置酸性水pH值

圖8 原料油硫含量監(jiān)測(cè)

2.2.4 腐蝕評(píng)估驗(yàn)證

分析加氫裂化裝置腐蝕評(píng)估報(bào)表可知：系統(tǒng)每月可對(duì)該裝置1 007個(gè)設(shè)備部位進(jìn)行腐蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，僅有12個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子大于100的部位，整體腐蝕風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低，與該周期腐蝕檢查結(jié)果一致。其中加氫裂化反應(yīng)器腐蝕評(píng)估結(jié)果與腐蝕調(diào)查結(jié)果對(duì)比見表2。

表2 加氫反應(yīng)器評(píng)估結(jié)果與腐蝕調(diào)查對(duì)比

加氫裂化反應(yīng)器主要腐蝕減薄機(jī)理為高溫氫/硫化氫腐蝕，估算腐蝕速率約0.1 mm/a，實(shí)測(cè)腐蝕速率大于0.2 mm/a，其腐蝕問題主要集中于反應(yīng)器下部?jī)?nèi)件。分析腐蝕評(píng)估結(jié)果與腐蝕調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，設(shè)備管道材質(zhì)信息、操作參數(shù)信息、介質(zhì)信息等資料信息錄入完備，則腐蝕評(píng)估結(jié)果與腐蝕調(diào)查結(jié)果相符合度較高。

3 結(jié) 論

(1)腐蝕保運(yùn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了企業(yè)現(xiàn)有腐蝕數(shù)據(jù)平臺(tái)的綜合集成和利用，形成了統(tǒng)一分析預(yù)警平臺(tái)。

(2)該技術(shù)是基于裝置信息、工藝操作、腐蝕監(jiān)檢測(cè)和化學(xué)分析數(shù)據(jù)等建立的綜合腐蝕評(píng)估技術(shù)，其結(jié)果可靠性較強(qiáng)。

(3)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的自動(dòng)化程度高，時(shí)效性強(qiáng)，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

(4)煉油廠腐蝕保運(yùn)技術(shù)與信息化技術(shù)的有效結(jié)合，提供了煉化企業(yè)設(shè)備腐蝕管理的新模式，為煉化裝置防腐蝕技術(shù)的發(fā)展和企業(yè)降本增效提供了有效助力。