焦化裝置工藝設備腐蝕成因和對策

臧杰

安徽實華工程技術股份有限公司 安徽合肥 230601

1 焦化裝置設備腐蝕成因分析

1.1 高溫硫化物腐蝕

高溫硫化物腐蝕一般是指發(fā)生在240℃以上的環(huán)境下，活性硫化物與生產(chǎn)系統(tǒng)中的鐵發(fā)生反應生成硫化亞鐵，這種腐蝕形式較為均勻。

1.2 環(huán)烷酸腐蝕

在原油蒸餾過程中，不同相對分子質量的環(huán)烷酸隨著和它沸點相近的餾分油汽化而汽化、冷凝而冷凝，并溶于該餾分中，從而使得該餾分對設備及管道有著腐蝕作用。研究表明，環(huán)烷酸腐蝕性能與分子量有關，低分子環(huán)烷酸腐蝕性很強。

環(huán)烷酸主要存在于較重的餾分油中，其酸量與原油中的酸值有著直接的關系，原油酸值越高，其環(huán)烷酸酸量越高，越容易產(chǎn)生腐蝕。研究表明，工藝介質溫度在270-280℃、350-400℃之間對環(huán)烷酸腐蝕越有利。在環(huán)烷酸腐蝕過程中不需要水參與反應，可直接與裸露的金屬表面或FeS表面膜發(fā)生腐蝕反應生成環(huán)烷酸鐵[1]。

1.3 氯化物腐蝕

原油中的鹽主要有氯化鈉、氯化鎂、氯化鈣組成，在蒸餾過程中原油中的鹽類受熱水解，生產(chǎn)強腐蝕物質氯化氫，氯化氫在無水環(huán)境下不與金屬發(fā)生腐蝕反應，但在有水環(huán)境下可與金屬產(chǎn)生嚴重的均勻腐蝕、點腐蝕和應力腐蝕。

鹽對金屬的極強腐蝕性還來自于氯離子對金屬鈍化膜有特別的局部破壞作用，這是由于氯離子半徑小，極易穿透鈍化膜，或者是因為氯離子易在金屬的表面吸附而影響了氧的吸附，從而使得鈍化膜難以形成。這種作用在氧化性環(huán)境中是非常顯著的，很多鈍態(tài)金屬由于氯離子而產(chǎn)生局部腐蝕，在與溶解氧共存時結果也相同，能使不銹鋼產(chǎn)生點腐蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕。

2 焦化裝置工藝設備腐蝕的對策

2.1 高溫硫

高溫S-H2S-RSH-RCOOH型腐蝕是焦化裝置工藝設備是最為常見的腐蝕問題，其根本原因是處理含有硫化物的原料時，高溫導致原油內硫發(fā)生反應，從而生成硫化氫并進一步設備金屬表面發(fā)生一系列的化學反應，對焦化裝置工藝設備造成嚴重腐蝕。此類腐蝕主要發(fā)生在加熱爐爐管、分餾塔的集油箱及底部、分餾塔的高溫重油抽出線、輸送泵以及連接上述設備的高溫重油管線等部位，表現(xiàn)為高溫硫和環(huán)烷酸的協(xié)同腐蝕，以非均勻全面減薄和尖銳孔洞及銳邊腐蝕溝槽的形貌出現(xiàn)。此外，燃燒高硫原料的輻射爐管，其外壁將遭受高溫氧化和高溫硫化的聯(lián)合反應，從而加重腐蝕程度[2]。

2.2 氫腐蝕的防護措施

由于氫腐蝕所發(fā)生的條件是雜質含量較高的低強度鋼材料的緣故，對其腐蝕過程的防護措施則主要是從煉油設備材料的選擇上，在進行煉油設備引進的過程當中需要重點關注設備原材料的金屬性能以及材料當中的雜質含量問題，在具體的煉油設備選擇的過程當中需要根據(jù)實際的使用情況來盡可能的選擇材料縫隙較少的鎮(zhèn)靜鋼，避免由于選擇了縫隙較多的沸騰鋼而造成氫腐蝕現(xiàn)象，此外還可以適當選擇抗氫滲透能力較強的奧氏體不銹鋼。在合理選擇設備原材料構成的情況下還可以在煉油設備當中加入適量的緩蝕劑或者將煉油設備內部的襯里進行更換來防止氫腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，例如將襯里替換成塑料、鎳、瓷磚等不容易受到腐蝕的材料。

2.3 環(huán)烷酸腐蝕的防護措施

由于環(huán)烷酸自身特性以及其對煉油設備沖刷腐蝕的情況，需要對煉油設備相關的管線進行必要的防護，具體的防護措施為首先比較重要的就是對煉油設備材料的選擇工作上，為了達到最佳防護環(huán)烷酸腐蝕的效果，需要盡可能的選擇耐環(huán)烷酸腐蝕的材料，使得煉油設備從材料角度就能夠起到一定的防護效果，其次是需要相關的設計工作人員在煉油設備相關管道進行設計安裝之前需要對管道內部的液體流動速度進行充分的分析計算，由于在液體流動速度較低的情況下環(huán)烷酸對煉油設備造成的腐蝕會顯著降低，所以需要通過對液體流動速度的適當控制來降低環(huán)烷酸對煉油設備造成的腐蝕，最后在煉油過程當中盡量避免高硫化物和高環(huán)氧酸的原油進行同時加工的情況。

2.4 焦炭塔安全閥集合管腐蝕及防護措施

焦炭塔安全閥集合管部位是腐蝕泄露問題的高發(fā)區(qū)，此處的泄露問題主要分為兩類：

一是安全閥出口管線與其他管線焊接處，泄漏特征多為環(huán)焊縫裂紋、泄漏，主要原因為焦炭塔在日常生焦、冷焦的操作切換中，熱脹冷縮，導致連接部位焊縫處應力集中，產(chǎn)生疲勞，導致裂紋的產(chǎn)生而發(fā)生泄露。

二是安全閥入口集合管處，日常生產(chǎn)中，該部位管線內部介質不流通，生焦期間高溫油氣及蒸汽在此處集聚、冷凝，形成H2SHCl-H2O腐蝕，最終造成設備的腐蝕泄露。本裝置曾發(fā)生C塔安全閥入口三通焊縫處腐蝕減薄泄漏，消漏過程中，對泄漏點進行打磨時發(fā)現(xiàn)，管線減薄嚴重，部分位置大約僅剩2-3mm，原來壁厚為19mm。對該減薄點及其他三塔類似部位進行測厚，發(fā)現(xiàn)焦炭塔頂安全閥入口三通及封頭處存在嚴重減薄現(xiàn)象。同時，對泄漏焊縫周圍進行硬度檢測，按照材質1Cr5M的硬度標準，熱處理后的硬度范圍應為170-180HB左右，現(xiàn)場實測硬度為160-170HB，由此看出泄漏不是因為應力集中導致的。

3 結語

總而言之，焦化裝置工藝設備一旦發(fā)生腐蝕情況不僅會對焦化產(chǎn)業(yè)的日常運營造成嚴重影響，降低焦化產(chǎn)物的產(chǎn)量，而且會對相關工作人員的人身安全造成嚴重危害，并且使得焦化產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟效益蒙受較大損失。此外還需關系到與之有關聯(lián)的一系列行業(yè)的發(fā)展，而且極有可能對我國經(jīng)濟的發(fā)展產(chǎn)生影響?；诖朔N形勢下，焦化裝置工藝設備腐蝕問題的解決迫在眉睫，必須結合焦化行業(yè)的實際情況，選取最為適宜的防腐措施，最大限度降低工藝設備被腐蝕的情況，以保證我國焦化行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，從而使得我國國民經(jīng)濟穩(wěn)步增長[3]。