催化裂化裝置腐蝕檢查與分析

薦保志

（中國(guó)石油廣東石化分公司，廣東揭陽(yáng) 515200）

某石化公司催化裂化裝置采用超穩(wěn)分子篩催化劑提升管反應(yīng)工藝，采用分段進(jìn)料和多段汽提技術(shù)，應(yīng)用SKH-5高效霧化噴嘴，再生部分為新型重疊式兩段再生，兩段再生器同軸，一段在二段上方，與反應(yīng)沉降器高低并列布置，并配置下流式外取熱器[1]。經(jīng)過(guò)多次改造，采用MIP和VOS及冷再生劑循環(huán)技術(shù)，全減壓渣油進(jìn)料，裝置規(guī)模達(dá)到1.2 Mt/a。

所加工的原油屬于低硫低酸原油，硫含量雖然較低，但各裝置低溫部位的硫腐蝕問(wèn)題依然存在，氯含量超標(biāo)和分餾塔頂循低溫帶水的狀態(tài)造成腐蝕問(wèn)題，裝置多次出現(xiàn)頂循系統(tǒng)設(shè)備及管線的腐蝕泄漏。

裝置于2016年和2019年進(jìn)行停工大修，對(duì)裝置重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行全面腐蝕檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)消除各管線存在的腐蝕隱患，保證下一周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，也為下一步開(kāi)展腐蝕管理工作提供必要的指導(dǎo)。

1 裝置腐蝕流程分析

對(duì)分餾系統(tǒng)的腐蝕流程進(jìn)行重點(diǎn)分析，分餾系統(tǒng)的腐蝕流程說(shuō)明見(jiàn)表1。

表1 分餾系統(tǒng)腐蝕流程說(shuō)明

2 裝置腐蝕狀況分析

2016年裝置腐蝕檢查發(fā)現(xiàn)反再系統(tǒng)存在磨蝕的情況，分餾塔、吸收塔存在較嚴(yán)重的腐蝕，腐蝕形態(tài)是均勻腐蝕伴隨點(diǎn)蝕等局部腐蝕，水冷卻器由于結(jié)垢而產(chǎn)生嚴(yán)重的垢下腐蝕。

2016—2019 年裝置其他設(shè)備運(yùn)行狀況良好，只有分餾塔頂循部位曾經(jīng)發(fā)生泄漏，嚴(yán)重影響了裝置的安全、可靠、長(zhǎng)周期運(yùn)行。

2019年共檢查塔7座，容器18臺(tái)，換熱設(shè)備53臺(tái)，反應(yīng)器3臺(tái)，空冷器5臺(tái)，機(jī)泵33臺(tái)，閥門(mén)1個(gè)，重要管線約80 m。

2.1 反應(yīng)-再生系統(tǒng)

1）第一再生器：再生器內(nèi)上部旋風(fēng)入口及擋板腐蝕輕微，旋風(fēng)料腿完好，焊縫完好，拉筋等內(nèi)構(gòu)件完好。

2）第二再生器：襯里大面積破損，檢修時(shí)已全面修復(fù)。

3）外取熱器：外取熱器底部未見(jiàn)明顯磨蝕現(xiàn)象，襯里輕微磨損，擋板輕微磨蝕。

4）提升管反應(yīng)器：預(yù)提段蒸汽盤(pán)管襯里輕微磨損，盤(pán)管支撐襯里已被完全磨蝕掉，且鋼結(jié)構(gòu)有豁口缺陷。原料油噴嘴輕微結(jié)焦，提升管內(nèi)壁龜甲網(wǎng)襯里基本完好。大孔分布管沉積較多催化劑，管口輕微磨損，引壓管、熱電偶套管磨蝕嚴(yán)重。

汽提段（二段反應(yīng)器）：內(nèi)部輕微結(jié)焦。反應(yīng)器內(nèi)擋板下側(cè)襯里、翼閥等輕微結(jié)焦，未發(fā)現(xiàn)有沖蝕、磨蝕現(xiàn)象。擋板以上料腿、拉筋等內(nèi)構(gòu)件輕微腐蝕，頂部旋風(fēng)入口襯里、擋板完好，未發(fā)現(xiàn)沖蝕、磨蝕現(xiàn)象，除焦蒸汽盤(pán)管腐蝕輕微。

5）特閥：對(duì)再生滑閥、待生滑閥、外取熱循環(huán)滑閥等特閥進(jìn)行了宏觀檢查，導(dǎo)軌、滑板等構(gòu)件未發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重的磨蝕及裂紋現(xiàn)象，襯里輕微磨蝕、破損。

2.2 塔器

腐蝕調(diào)查對(duì)C201、C202、C301、C302、C303、C304、C1001共7座塔器進(jìn)行了檢查，只有C201和C303存在一定的腐蝕問(wèn)題，其他塔器腐蝕輕微。

2.2.1 催化分餾塔C201

催化分餾塔塔體規(guī)格為φ3 800 mm×46 046 mm，固定式高效浮閥塔盤(pán)1～15層；15層以上為填料，工藝介質(zhì)為油氣，操作溫度為100/350 ℃，操作壓力為0.2 MPa。

檢查發(fā)現(xiàn)C201頂循抽出管四周塔壁坑洼不平，四周塔壁整體減薄約2 mm（余厚14.23～14.73 mm，其他部位塔壁余厚約16.33 mm），局部坑蝕嚴(yán)重，最大坑尺寸為φ12 mm×5 mm，建議貼板處理，頂循抽出管線外部測(cè)厚檢查未見(jiàn)明顯減薄區(qū)域；頂循抽出集液槽底部焊縫多處存在缺陷，最長(zhǎng)缺陷長(zhǎng)130 mm，升氣筒下部支撐梁腐蝕較重。

C201頂循抽出附近塔壁坑蝕形貌見(jiàn)圖1，C201頂循集液槽焊縫缺陷見(jiàn)圖2，C201升氣筒支撐梁腐蝕形貌見(jiàn)圖3。

圖1 C201頂循抽出附近塔壁坑蝕形貌

2.2.2 輕柴油汽提塔C202

輕柴油汽提塔塔體規(guī)格為φ1 400 mm×8 975 mm，工藝介質(zhì)為油氣、輕柴油，操作溫度為290 ℃，操作壓力為0.2 MPa。

檢查發(fā)現(xiàn)塔壁有一層較硬的銹蝕物，基體粗糙不平，塔盤(pán)個(gè)別浮閥脫落，塔盤(pán)表面有一層銹蝕物，基體凹凸不平，對(duì)塔壁進(jìn)行了測(cè)厚檢查，未見(jiàn)明顯減薄區(qū)域，塔壁余厚為9.60～9.67 mm。

圖2 C201頂循集液槽焊縫缺陷

圖3 C201升氣筒支撐梁腐蝕形貌

2.2.3 吸收塔C301

吸收塔塔體規(guī)格為φ2 200 mm/φ2 600 mm×61 212 mm，工藝介質(zhì)為油氣、汽油，操作溫度為90/210 ℃，操作壓力為1.3 MPa。

檢查發(fā)現(xiàn)整塔塔壁附著一層浮銹，塔壁基體平整，焊縫飽滿，塔盤(pán)表面有一層灰垢，基體平滑，塔壁余厚在20.66～21.66 mm，未見(jiàn)明顯減薄區(qū)域，整體腐蝕輕微。

2.2.4 解吸塔C302

解吸塔塔體規(guī)格為φ2 200/φ2 600×61 212 mm，工藝介質(zhì)為油氣、汽油，操作溫度為90/210 ℃，操作壓力為1.3 MPa。

檢查發(fā)現(xiàn)整塔塔壁附著一層浮銹，塔壁基體平整，焊縫飽滿，塔盤(pán)表面有一層油灰，基體平滑，整體腐蝕輕微，對(duì)塔壁進(jìn)行了測(cè)厚檢查，未見(jiàn)明顯減薄區(qū)域，塔壁余厚為30.11～30.63 mm。

2.2.5 再吸收塔C303

再吸收塔塔體規(guī)格為φ1 800 mm×26 670 mm，工藝介質(zhì)為干氣、輕柴油，操作溫度為45 ℃，操作壓力為1.05 MPa。

檢查發(fā)現(xiàn)整塔塔壁附著一層銹蝕物，基體均勻腐蝕，焊縫完整，對(duì)塔壁進(jìn)行了測(cè)厚檢查，未見(jiàn)明顯減薄區(qū)域，塔壁余厚為18.45～19.77 mm；塔盤(pán)上堆積較多油污，上數(shù)第2層塔盤(pán)處受液槽腐蝕減薄、穿孔，第12、13層塔盤(pán)有較多浮閥缺失。

2.2.6 穩(wěn)定塔C304

穩(wěn)定塔塔體規(guī)格為φ2 200 mm/φ2 600 mm×41 763 mm，工藝介質(zhì)為液化氣、汽油，操作溫度為90～180 ℃，操作壓力為1.05 MPa。

檢查發(fā)現(xiàn)塔壁附著一層硬垢，垢下基體較為平整，焊縫較為飽滿，塔盤(pán)表面有少許灰垢，基體腐蝕輕微，浮閥活動(dòng)自如，對(duì)塔壁進(jìn)行了測(cè)厚檢查，未見(jiàn)明顯減薄區(qū)域，上部1～5人孔塔壁余厚為25.33～25.64 mm，下部6～11人孔塔壁余厚為29.82～31.48 mm。

2.2.7 洗滌塔C1001

檢查發(fā)現(xiàn)塔壁附著一層白色灰垢，垢下基體較為平整，焊縫較為飽滿，塔內(nèi)構(gòu)件整體腐蝕輕微，對(duì)塔壁進(jìn)行了測(cè)厚檢查，未見(jiàn)明顯減薄區(qū)域，塔壁余厚為30.00～30.23 mm。

2.3 容器

腐蝕調(diào)查對(duì)裝置內(nèi)的18臺(tái)壓力容器進(jìn)行了檢查，檢查發(fā)現(xiàn)只有D204腐蝕較為嚴(yán)重，其余設(shè)備腐蝕輕微。

D204為燃料氣分液罐，規(guī)格為φ800 mm×3 283 mm×8 mm，操作溫度為80 ℃，壓力1.03 MPa，介質(zhì)為干氣。

檢查發(fā)現(xiàn)罐壁內(nèi)部附著一層硬垢，垢下基體坑洼不平，罐壁最薄處余厚僅為3.48 mm（原始壁厚8.0 mm）。

2.4 換熱器

腐蝕調(diào)查對(duì)裝置區(qū)的53臺(tái)換熱器進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)換熱器腐蝕問(wèn)題較為突出，其中E201、E202、E208、E209車間已計(jì)劃更新?lián)Q熱器芯子。E305-4管箱隔板焊縫脫焊。

2.4.1 頂循-采暖水換熱器E201

換熱器管束外壁銹蝕嚴(yán)重，基體有蝕坑，坑深約0.3～0.5 mm。管束外壁銹蝕、坑蝕形貌見(jiàn)圖4。

圖4 E201管束外壁銹蝕、坑蝕形貌

2.4.2 分餾塔頂油氣冷卻器E208

換熱器管束外壁銹蝕嚴(yán)重，基體有蝕坑，坑深約0.3～0.5 mm。E208管束外壁銹蝕、坑蝕形貌見(jiàn)圖5。

圖5 E208管束外壁銹蝕、坑蝕形貌

2.4.3 壓縮富氣冷卻器E305-4

管箱隔板焊縫脫焊，脫焊形貌見(jiàn)圖6。

圖6 E305-4管箱隔板脫焊形貌

3 腐蝕分析

3.1 裝置主要腐蝕介質(zhì)

裝置的主要腐蝕介質(zhì)有硫化氫等硫化物、氯化氫等氯化物、環(huán)烷酸，低溫 （120 ℃以下） 輕油部位 HCl-H2S-H2O腐蝕。

3.2 腐蝕成因分析

高溫（220 ℃以上）部位的高溫硫/環(huán)烷酸腐蝕主要取決于介質(zhì)中含硫化物的種類、含量和穩(wěn)定性。參與腐蝕的有效硫化物包括H2S、單質(zhì)硫、硫醇(R-SH)等活性硫，且易分解為H2S和單質(zhì)硫的硫化物含量越高，則腐蝕性就越強(qiáng)。此外，硫腐蝕和環(huán)烷酸、H2腐蝕相互影響[2]。

硫腐蝕與溫度有關(guān)，明顯的腐蝕發(fā)生在230 ℃以上。當(dāng)溫度達(dá)到 350～400 ℃時(shí)，硫化氫分解為單質(zhì)硫，比硫化氫有更強(qiáng)的活性，腐蝕更加劇烈。在此溫度下低級(jí)硫醇也能與鐵直接反應(yīng)發(fā)生腐蝕。由于溫度較高，也會(huì)促使一些非活性硫化物分解成活性硫化物單質(zhì)硫、H2S和硫醇，這些活性硫化物又與金屬反應(yīng)，并隨著溫度升高而加劇，最嚴(yán)重腐蝕發(fā)生在425 ℃。

特別是有酸（如環(huán)烷酸）存在時(shí)，酸和FeS反應(yīng)破壞了保護(hù)膜，腐蝕會(huì)進(jìn)一步發(fā)生，增強(qiáng)了硫化物的腐蝕。

由于高溫環(huán)烷酸腐蝕發(fā)生于液相，因此在汽液兩相、流速?zèng)_刷區(qū)及產(chǎn)生湍流區(qū)腐蝕會(huì)加劇。嚴(yán)重腐蝕的部位一般多發(fā)于高流速段。

高溫環(huán)烷酸腐蝕常與高溫硫腐蝕相伴，而且硫腐蝕和環(huán)烷酸腐蝕是一個(gè)連續(xù)統(tǒng)一體，一方面硫腐蝕生成的硫化亞鐵膜在一定程度上可減緩腐蝕；另一方面環(huán)烷酸又可溶解保護(hù)性硫化亞鐵膜，使腐蝕繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng)H2S質(zhì)量分?jǐn)?shù)在一個(gè)適度的范圍內(nèi)時(shí)才可明顯抑制環(huán)烷酸沖刷腐蝕；而當(dāng)H2S質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)一定值時(shí)，高流速可去除保護(hù)性硫化物膜，形成硫沖刷腐蝕，并且環(huán)烷酸的存在可協(xié)同加速腐蝕，使其腐蝕速率甚至高出環(huán)烷酸沖刷腐蝕。

4 檢查結(jié)論與整改建議

檢修發(fā)現(xiàn)催化裝置由于工藝合理、操作得當(dāng)，整體腐蝕輕微，可以滿足長(zhǎng)周期運(yùn)行的要求。

主要腐蝕檢查問(wèn)題及整改建議：

1）催化兩器（反應(yīng)器、再生器）主要腐蝕問(wèn)題表現(xiàn)為兩器、外取熱器內(nèi)襯里及內(nèi)構(gòu)件的沖蝕、磨蝕情況，襯里開(kāi)裂、脫落。對(duì)高線速催化劑、粉塵引起的磨蝕和沖蝕，應(yīng)避免出現(xiàn)局部嚴(yán)重沖刷及渦流產(chǎn)生，加強(qiáng)襯里的施工質(zhì)量管理。

2） 分餾塔C201頂循抽出管四周塔壁坑洼不平，四周塔壁整體輕微減薄，局部坑蝕嚴(yán)重，建議貼板處理；頂循抽出集液槽底部焊縫多處存在缺陷，建議更換處理；升氣筒下部支撐梁腐蝕較重，建議更換處理。

3）吸收塔C302檢查發(fā)現(xiàn)，整塔塔壁附著一層銹蝕物，基體均勻腐蝕，焊縫完整，塔盤(pán)上堆積較多油污，上數(shù)第2層塔盤(pán)處受液槽腐蝕減薄、穿孔，第12/13層塔盤(pán)有較多浮閥缺失。建議更換腐蝕的受液槽，對(duì)塔體進(jìn)行清掃處理。

4） 燃料氣分液罐 D204罐壁內(nèi)部附著一層硬垢，垢下基體坑洼不平，測(cè)厚檢查發(fā)現(xiàn)罐壁最薄處余厚僅為3.48 mm（原始壁厚8.0 mm），建議更換處理。

5） 壓縮富氣冷卻器E305-4管箱隔板焊縫脫焊，建議補(bǔ)焊。

6）E201，E202，E208，E209 管束外壁銹蝕嚴(yán)重，基體有蝕坑，按檢修計(jì)劃進(jìn)行更換處理。

5 結(jié)語(yǔ)

設(shè)備狀況良好是生產(chǎn)裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行詳細(xì)的檢查分析和腐蝕機(jī)理研究，可以充分總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)整體和局部設(shè)備的腐蝕狀況作出預(yù)判，更好地消除隱患，保證生產(chǎn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。