原油硫含量升高對(duì)常減壓蒸餾裝置腐蝕的影響及應(yīng)對(duì)措施

吳 健

(福建聯(lián)合石油化工有限公司，福建 泉州 362800)

隨著原油硫含量逐年升高，常減壓蒸餾裝置的設(shè)備及管線(xiàn)腐蝕越來(lái)越嚴(yán)重[1]。為了解決這些腐蝕問(wèn)題，對(duì)裝置的易腐蝕部位及腐蝕類(lèi)型進(jìn)行分析研究，提出了相應(yīng)的防護(hù)措施，并對(duì)初餾塔和常壓塔頂部塔盤(pán)進(jìn)行了升級(jí)改造，抑制了塔盤(pán)腐蝕，保障了裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

1 裝置擴(kuò)能改造情況

為了提高煉油廠(chǎng)對(duì)加工劣質(zhì)高硫原油的適應(yīng)能力，常減壓蒸餾裝置經(jīng)歷了多次擴(kuò)能改造，加工原油中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)已由最初設(shè)計(jì)的0.10%升高到1.80%，加工原油品種也有很大變化，具體情況見(jiàn)表1。

表1 裝置擴(kuò)能改造情況

2 裝置易腐蝕部位及主要腐蝕類(lèi)型

隨著原油加工品種的變化以及硫含量的升高，常減壓蒸餾裝置的腐蝕問(wèn)題日益增多，裝置的易腐蝕部位及主要腐蝕類(lèi)型見(jiàn)表2。

表2 裝置易腐蝕部位及主要腐蝕類(lèi)型

3 硫化物的腐蝕機(jī)理

原油中硫化物的腐蝕與溫度密切相關(guān)[2-4]。溫度升高促進(jìn)活性硫化物與金屬的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)也促進(jìn)非活性硫化物的分解。

在常減壓蒸餾裝置塔頂冷凝冷卻系統(tǒng)，溫度一般在120 ℃左右，為HCl-H2S-H2O低溫腐蝕環(huán)境。對(duì)于碳鋼為均勻腐蝕,0Cr13為點(diǎn)蝕,奧氏體不銹鋼則為氯化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

當(dāng)溫度為240～340 ℃時(shí)，原油中硫化物開(kāi)始分解，生成H2S，開(kāi)始對(duì)設(shè)備造成腐蝕，隨著溫度的升高，腐蝕逐漸加重；當(dāng)溫度為340～400 ℃時(shí)，H2S開(kāi)始分解為H2和活性S，其腐蝕性比H2S更強(qiáng)，S與Fe作用生成FeS，在設(shè)備表面形成一層致密的保護(hù)膜，能夠減緩腐蝕，但有酸存在時(shí)，酸與FeS反應(yīng)破壞了保護(hù)膜，從而加重腐蝕；當(dāng)溫度為426～430 ℃時(shí)，高溫硫化物對(duì)設(shè)備腐蝕最快；當(dāng)溫度高于480 ℃時(shí)，硫化氫接近完全分解，腐蝕減輕；當(dāng)溫度高于500 ℃時(shí)，不是硫化物的腐蝕范圍，此時(shí)為高溫氧化腐蝕。

4 應(yīng)對(duì)措施

為了從根本上解決塔頂系統(tǒng)的腐蝕問(wèn)題，在“一脫三注”工藝防腐蝕效果得到保證的前提下，應(yīng)加強(qiáng)定點(diǎn)測(cè)厚及腐蝕監(jiān)測(cè)。另外，在裝置高溫部位，應(yīng)選用高等級(jí)的耐蝕材料，并對(duì)設(shè)備及管道進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

5 塔盤(pán)升級(jí)改造及效果

5.1 2009年塔盤(pán)升級(jí)改造情況

2009年為適應(yīng)阿拉伯特輕質(zhì)原油加工，在保證塔的操作彈性和充分考慮塔的腐蝕裕量情況下，維持塔體不變，對(duì)塔內(nèi)件進(jìn)行了一次改造，初餾塔和常壓塔頂部6層塔盤(pán)材質(zhì)均由原來(lái)的Q235B升級(jí)為0Cr13，具體情況見(jiàn)表3。2013年底設(shè)備檢查結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)4年運(yùn)行，常壓塔和初餾塔頂部塔盤(pán)腐蝕嚴(yán)重，部分出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，其中常壓塔頂部塔盤(pán)集油箱側(cè)板出現(xiàn)大面積的腐蝕穿孔，具體情況見(jiàn)圖1。

表3 2009年塔盤(pán)改造情況

圖1 集油箱側(cè)板腐蝕情況

經(jīng)過(guò)評(píng)估，初餾塔和常壓塔頂部的塔盤(pán)現(xiàn)狀已難以保證裝置的安全平穩(wěn)生產(chǎn)，五年一修的目標(biāo)更難實(shí)現(xiàn)，需要繼續(xù)對(duì)塔盤(pán)材質(zhì)進(jìn)行升級(jí)。

5.2 2015年塔盤(pán)升級(jí)改造情況

2015年采用不銹鋼材料表面納米改性技術(shù)(CTS技術(shù))對(duì)初餾塔和常壓塔頂部塔盤(pán)進(jìn)行升級(jí)改造。

5.2.1 CTS技術(shù)原理

CTS技術(shù)是通過(guò)化學(xué)和電化學(xué)方法對(duì)不銹鋼表面進(jìn)行改性處理的技術(shù),先通過(guò)化學(xué)方法使不銹鋼表面形成蜂窩孔狀結(jié)構(gòu)，再通過(guò)電化學(xué)的方法將耐腐蝕和抗結(jié)焦的鉻、鉬、鈀、硅等元素加入孔狀結(jié)構(gòu)內(nèi)，使不銹鋼表面形成致密的納米膜。

5.2.2 塔盤(pán)改造方案

采用CTS改性技術(shù)對(duì)初餾塔和常壓塔頂部6層塔盤(pán)進(jìn)行材料表面防腐處理，并對(duì)相應(yīng)的浮閥、卡子和緊固件等塔內(nèi)件也進(jìn)行材料表面改性處理。

5.2.3 塔盤(pán)改造效果

塔盤(pán)改造方案實(shí)施后，塔盤(pán)連續(xù)5 a正常穩(wěn)定運(yùn)行，2020年對(duì)兩塔塔盤(pán)和浮閥進(jìn)行了腐蝕檢查，發(fā)現(xiàn)其表面CTS膜層完好，未見(jiàn)明顯腐蝕，其中浮閥使用前、使用后的形貌分別見(jiàn)圖2和圖3。工業(yè)應(yīng)用表明，經(jīng)過(guò)CTS改性處理的塔內(nèi)件具有良好的耐蝕性能和抗結(jié)焦性能，使用壽命明顯延長(zhǎng)。

圖2 使用前的浮閥形貌

圖3 使用5 a后的浮閥形貌

6 結(jié) 語(yǔ)

隨著原油加工品種的變化以及硫含量的升高，常減壓蒸餾裝置的腐蝕問(wèn)題日益增多，尤其是初餾塔和常壓塔的頂部6層塔盤(pán)腐蝕嚴(yán)重，部分出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。采用CTS技術(shù)對(duì)塔盤(pán)進(jìn)行材料表面處理后，塔盤(pán)連續(xù)5 a正常穩(wěn)定運(yùn)行，腐蝕檢查發(fā)現(xiàn)塔盤(pán)表面CTS膜層完好，其表面未見(jiàn)明顯腐蝕。工業(yè)應(yīng)用表明，經(jīng)過(guò)CTS材料表面處理的塔內(nèi)件具有良好的耐蝕性能和抗結(jié)焦性能,使用壽命明顯延長(zhǎng)。