催化裂化裝置出現(xiàn)腐蝕的影響因素及防護(hù)技術(shù)

王建震

摘 要：催化裂化是煉油企業(yè)的重要工藝過程，隨著原料化學(xué)性質(zhì)的變化及產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，催化裂化裝置出現(xiàn)了日益嚴(yán)重的腐蝕問題。設(shè)備的主要腐蝕介質(zhì)來源于原料及工藝過程中的硫化物、氮化物、氰化物、無機(jī)鹽等等。本文詳細(xì)分析了催化裂化裝置中重要設(shè)備的腐蝕原因，并針對具體腐蝕部位提出了一系列的防護(hù)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：催化裂化;腐蝕;防護(hù)技術(shù)

催化裂化是石油煉制過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是以焦化蠟油、減壓餾分油等渣油或重質(zhì)餾分油為原料，在常溫高壓和高效催化劑作用下，發(fā)生裂解，反應(yīng)生成裂化氣、液態(tài)產(chǎn)物（汽油、柴油等）和焦炭的過程。近年來，受原料組分性質(zhì)變化、酸性的反應(yīng)條件、設(shè)備老化等因素的影響，裝置腐蝕現(xiàn)象日漸突出，嚴(yán)重影響了設(shè)備的長期正常運(yùn)行[1]。本文分析了催化裂化裝置出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象的常見原因，并提出了一系列的防護(hù)建議。

1 催化裂化裝置腐蝕現(xiàn)狀

催化裂化反應(yīng)流程主要包括原料油催化裂化、催化劑再生、產(chǎn)物分離三個(gè)部分，其裝置按反應(yīng)器（或沉降器）及再生器的相對位置可分為分開布置的并列式和架疊一起的同軸式，其中并列式又可根據(jù)反應(yīng)器和再生器的高低不同分為同高并列式和高低并列式兩類，工業(yè)過程中需根據(jù)具體的反應(yīng)選擇合適的裝置。在催化裂化過程中，原料油中的硫化物、氮化物等組成構(gòu)成腐蝕介質(zhì)，隨著反應(yīng)過程中的物質(zhì)傳輸，腐蝕介質(zhì)便分布到各個(gè)系統(tǒng)中，導(dǎo)致不同種類的腐蝕，因此，深入探討裝置中具體系統(tǒng)的腐蝕以設(shè)計(jì)出相應(yīng)的防護(hù)技術(shù)顯得十分重要。

2 主要系統(tǒng)腐蝕原因分析

2.1 反應(yīng)--再生系統(tǒng)

在反應(yīng)--再生器中，原料經(jīng)換熱后與回?zé)捰突旌暇徛M(jìn)入提升管，并噴入燃油加熱，上升過程中在高溫和高效催化劑的作用下發(fā)生分解反應(yīng)，反應(yīng)過程中催化劑沖刷器壁表面，使得內(nèi)部器件表面減薄，甚至發(fā)生穿孔。此外，耐高溫催化劑的使用進(jìn)一步提高了反應(yīng)器的溫度，加劇了催化劑的沖刷程度，造成更嚴(yán)重的腐蝕[2]。另一方面，為了提高催化劑的再生效率，往往向體系中加入助燃劑，使得SO3和NO2等腐蝕性氣體含量增加，在高溫條件下造成更嚴(yán)重的腐蝕。

2.2 分餾系統(tǒng)

反應(yīng)--再生系統(tǒng)的產(chǎn)物自底部進(jìn)入分餾塔，在分餾階段分成幾個(gè)中間產(chǎn)品，其中塔頂主要為汽油，側(cè)線包含回?zé)捰?、重柴油及輕柴油，塔底產(chǎn)物為油漿。原料中的硫組分反應(yīng)后主要分散至油漿、柴油、焦炭中，在分餾過程中，器壁的金屬鐵可與硫化氫發(fā)生反應(yīng)生成硫化亞鐵，發(fā)生化學(xué)腐蝕[3]。在高溫條件下硫化氫分解產(chǎn)生單質(zhì)硫，同樣能與金屬鐵反應(yīng)生成硫化亞鐵，加劇器壁的腐蝕。另一方面，結(jié)鹽也對設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，影響設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。在油氣上升過程中，頂部的水蒸氣液化成水，與含有氯、氨成分的蒸汽發(fā)生傳質(zhì)作用，析出氯化銨和硫氫化銨晶體，其中氯化銨是一種典型酸式鹽，由強(qiáng)酸及弱堿相互作用形成，其形成溫度條件主要由氣態(tài)氯化氫和氨決定，因此可以通過檢測系統(tǒng)中氯和氨的含量來評估此類鹽的形成，同時(shí)需要考慮體系中油和水的存在，另外高濃度的硫氫化銨會導(dǎo)致沖刷腐蝕。除此之外，循環(huán)水中可能含有銨鹽、微生物等雜質(zhì)，由于水的流速較慢，易導(dǎo)致嚴(yán)重的垢下腐蝕，造成換熱板穿孔。

2.3 吸收--穩(wěn)定系統(tǒng)

吸收--穩(wěn)定系統(tǒng)主要由吸收塔、再吸收塔、解析塔和穩(wěn)定塔構(gòu)成。分餾塔頂?shù)姆蛛x產(chǎn)物含有汽油成分，吸收--穩(wěn)定系統(tǒng)的主要作用是將粗汽油分離成蒸汽壓合格的穩(wěn)定汽油。吸收--穩(wěn)定系統(tǒng)的設(shè)備腐蝕主要來源于前序的高溫反應(yīng)和釋放的原料油中的腐蝕性介質(zhì)。與分餾系統(tǒng)類似，吸收-穩(wěn)定系統(tǒng)含有硫氫化銨、氯化銨、氰化物及硫化物等腐蝕性介質(zhì)，對碳鋼具有很強(qiáng)的腐蝕性，此外氰化物易破壞硫化亞鐵膜，加快腐蝕速度，另外穩(wěn)定塔的塔壁、塔盤也存在麻點(diǎn)腐蝕。

3 主要防護(hù)技術(shù)

催化裂化裝置的防護(hù)需要針對具體的腐蝕原因制定出相應(yīng)的策略。從原料的角度出發(fā)，控制劣質(zhì)原料的用量可以有效降低腐蝕介質(zhì)的寬范圍波動。常壓、減壓渣油的過量摻入可能對反應(yīng)--再生器造成損害，定量引入可以在一定程度上降低源頭引起的腐蝕。在工業(yè)催化裂化過程中，由于煙氣具有較高的溫度，常采用抗腐蝕金屬材料加以防護(hù)。金屬材料是催化裂化裝置的物質(zhì)基礎(chǔ)，不同材料的抗腐蝕機(jī)理不盡相同，因此合理選材十分重要，需綜合考慮其物理、化學(xué)、機(jī)械性能及經(jīng)濟(jì)可行性。硫化物的腐蝕貫穿于催化裂化工藝的各個(gè)階段，對此類的腐蝕需要從選材的角度考慮。對于高溫硫化物腐蝕部位應(yīng)緊密關(guān)注，主要包括分餾塔底部殼體、油漿蒸汽器的管束等等，嚴(yán)重部位可選用410S型不銹鋼復(fù)合板，塔盤采用相應(yīng)的不銹鋼。對于催化劑緊密接觸及沖刷的部分，可在表面摻入硼屬化物、提高金屬硬度、熱噴涂等技術(shù)提高其耐用性。此外，油漿含量的控制也對降低腐蝕具有重要作用，通常運(yùn)用碳化灼燒法進(jìn)行檢測。過量的油漿會對催化劑造成損失，還會引起管線的磨蝕[4]。在工藝過程中需要提高油漿外甩的力度，以降低催化劑的損失并減少設(shè)備的管線磨蝕。

在分餾工藝階段，循環(huán)油的溫度易高于管理規(guī)定的溫度，且鐵離子含量超標(biāo)，針對此類問題，在對裝置進(jìn)行檢修時(shí)需要添加一些高效的緩蝕劑，同時(shí)需要不間斷檢測鐵離子含量，直至達(dá)標(biāo)為止[5-6]。分餾塔頂常含有過量的催化劑，易刻蝕管線和油漿系統(tǒng)，造成設(shè)備的泄漏，尤其是調(diào)節(jié)閥部分，因此需降低催化劑的用量。另外，控制適量的塔頂注水對于減少塔頂?shù)挠蜌飧g具有重要的意義，適量、清潔的洗滌水可以避免油氣系統(tǒng)設(shè)備受到結(jié)垢、腐蝕及鼓泡的影響，通?？刂葡礈焖谋壤怀^進(jìn)料量的百分之十，且水與油氣需要充分混合以達(dá)到高效的防腐蝕效果。在實(shí)際催化裂化工藝中，對于洗滌水的管線設(shè)計(jì)往往偏少，注水點(diǎn)分布在多臺換熱器的入口，可采用程序控制的方法逐臺洗滌，提高洗滌效果。針對油氣上升產(chǎn)生的無機(jī)鹽，氯化銨水溶液在低濃度下腐蝕性較低，而在高濃度或液相露點(diǎn)時(shí)腐蝕較為嚴(yán)重，為降低鹽含量，工藝過程中常采用電脫鹽的技術(shù)控制[7]。目前這類技術(shù)主要包括高速電脫鹽、雙頻電脫鹽、超聲波脫鹽等等。在實(shí)際應(yīng)用中，循環(huán)油返塔過程中往往加入一套脫鹽系統(tǒng)，循環(huán)油與適量的凈化水在混合器中充分混合后，凈化水可溶解其中的鹽，完成萃取過程，進(jìn)而通過分離器完成油水分離，由污水排放通道排出。

由于催化裂化裝置的腐蝕因素分布廣，需要通過基于風(fēng)險(xiǎn)的檢測（RBI）以確定容器、管道的風(fēng)險(xiǎn)等級及范圍，研究其腐蝕反應(yīng)機(jī)理，找出高程度腐蝕設(shè)備和高風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)設(shè)備，制定裝置的優(yōu)化檢測方案，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，以RBI結(jié)果為依據(jù)，在設(shè)備檢修時(shí)對高程度腐蝕設(shè)備進(jìn)行再評估，構(gòu)建防護(hù)分級管理體系，避免防腐失效。

4 結(jié)語

綜上所述，催化裂化是重要的煉油工藝過程，其裝置的長期穩(wěn)定運(yùn)行是石油加工工藝的重要保障。然而，隨著原料質(zhì)量的降低、催化劑的不合理使用、設(shè)備選材欠缺等因素，催化裂化裝置的腐蝕問題日益嚴(yán)重。因此，需要對設(shè)備腐蝕原因進(jìn)行針對性分析，從提高原料質(zhì)量、優(yōu)化工藝路線、選取優(yōu)質(zhì)材料的角度降低腐蝕程度，對于嚴(yán)重的部位加大檢測力度，不斷提高防護(hù)技術(shù)，從而保障催化裂化裝置的長期平穩(wěn)運(yùn)行。

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