鞍鋼大型煤焦油加工裝置設(shè)備防腐蝕對(duì)策

王政強(qiáng)，張欣，王曉楠，邊志達(dá)，龐慶益

（鞍鋼化學(xué)科技有限公司，遼寧 鞍山 114021）

鞍鋼化學(xué)科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“鞍鋼”）30萬(wàn)t煤焦油加工裝置引進(jìn)的是法國(guó)LITWIN公司技術(shù)，主要包括蒸餾、改質(zhì)瀝青、精萘、酚精制、喹啉精制等五大工序，應(yīng)用的是工藝先進(jìn)、產(chǎn)品質(zhì)量好、技術(shù)成熟、能耗低、操作環(huán)境好的焦油精制技術(shù)。該套裝置自2013年2月投產(chǎn)以來(lái)，多次出現(xiàn)設(shè)備腐蝕泄漏情況，需停機(jī)檢修，影響正常生產(chǎn)。為了解決此問(wèn)題，分析了設(shè)備腐蝕原因，并探討了設(shè)備防腐蝕對(duì)策，本文對(duì)此做一介紹。

1 工藝流程簡(jiǎn)介

鞍鋼30萬(wàn)t煤焦油加工工藝為常減壓流程，其以煤焦油為原料，采取常壓脫水、脫瀝青，餾分減壓下分餾，脫出瀝青后餾分加堿洗滌等工藝處理，分餾得到的產(chǎn)品主要有輕油、酚油、萘油、洗油、蒽油、重油、中溫瀝青和改質(zhì)瀝青。具體工藝流程[1]如圖1所示。按工藝流程劃分：脫水塔至中和塔這段流程簡(jiǎn)稱(chēng)01-04段，分為脫水、初餾、急冷、中和、導(dǎo)熱油5個(gè)單元；預(yù)蒸餾塔至蒽蒸餾塔這段流程簡(jiǎn)稱(chēng)05段，分為預(yù)蒸餾、萘塔蒸餾、蒽塔蒸餾（負(fù)壓蒸餾）3個(gè)單元。

圖1 鞍鋼30萬(wàn)t煤焦油加工工藝流程Fig.1 Process Flow of Processing 300 000 t Coal Tar in Ansteel

2 設(shè)備腐蝕原因分析

2.1 設(shè)備腐蝕原理

煤焦油深加工過(guò)程中的腐蝕主要表現(xiàn)為電化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕、沖刷腐蝕和晶間腐蝕。傳統(tǒng)的焦油加工工藝是先加碳酸鈉，但是由于炭黑市場(chǎng)對(duì)炭黑油中鈉離子的要求，鞍鋼采用了后加堿工藝，導(dǎo)致脫水塔后續(xù)設(shè)備和管道的腐蝕比較嚴(yán)重，容易發(fā)生泄漏，在焦油蒸餾系統(tǒng)中存在下列腐蝕[2]。

2.1.1 電化學(xué)腐蝕

焦油中含有固定銨鹽（NH4Cl、NH4CN、（NH4）2SO4等），其中主要是 NH4Cl，這些成分進(jìn)入焦油蒸餾系統(tǒng)，經(jīng)升溫后與焦油中夾帶的水分接觸轉(zhuǎn)化成 H3O+、NH4+、OH-、CN-等離子，成為電化學(xué)腐蝕過(guò)程中陰極反應(yīng)的氧化劑和陽(yáng)極反應(yīng)的活化劑，進(jìn)行電化學(xué)腐蝕。在焦油蒸餾系統(tǒng)中，只要有水存在的地方就有電化學(xué)腐蝕，可以說(shuō)電化學(xué)腐蝕貫穿于整個(gè)系統(tǒng)中。

2.1.2 化學(xué)腐蝕

焦油經(jīng)過(guò)脫水塔后，銨鹽仍然存在于焦油中，當(dāng)加熱至220～250℃時(shí)，固定銨鹽分解成游離酸和氨氣，產(chǎn)生的酸存在于焦油中，當(dāng)焦油中有水存在時(shí)就會(huì)腐蝕管道和設(shè)備，具體反應(yīng)過(guò)程如下列方程式所示：

2.1.3 沖刷腐蝕

在管道彎頭和三通部位，由于介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度急劇增大形成湍流，導(dǎo)致構(gòu)件的局部表面遭受?chē)?yán)重的沖刷腐蝕，不僅增加了電化學(xué)腐蝕的速度，而且形成了流體對(duì)表面的切應(yīng)力，同時(shí)，切應(yīng)力能夠把已經(jīng)腐蝕的產(chǎn)物剝離、帶走，加劇腐蝕。

2.1.4 晶間腐蝕

不銹鋼對(duì)晶間腐蝕敏感性高，在焊接受熱不當(dāng)時(shí)，會(huì)發(fā)生組織改變，造成晶粒與晶界存在一定的電位差，并以此為起源，在晶粒和高溫物料的作用下，誘發(fā)晶間腐蝕。法蘭及彎頭的焊口處是晶間腐蝕的主要部位，受熱或焊接缺陷都會(huì)造成晶間腐蝕問(wèn)題。

2.2 設(shè)備腐蝕原因分析

統(tǒng)計(jì)2013年11月至2015年4月設(shè)備腐蝕泄漏情況。設(shè)備腐蝕泄漏情況及原因見(jiàn)表1。

表1 設(shè)備腐蝕泄漏情況統(tǒng)計(jì)Table 1 Leakage Situation on Equipment Due to Corrosion and Leakage Causes

由表1可以看出，在01-04段，初餾塔、脫水塔到初餾塔管道、初餾塔循環(huán)管道的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕；在05段，由于鞍鋼的煤焦油加工工藝是經(jīng)過(guò)一次加熱后，冷卻下來(lái)再進(jìn)行加堿，然后進(jìn)行加熱升溫蒸餾，寬餾分油里含水，因此4種腐蝕都存在。但主要是高速流體和焦粉導(dǎo)致的沖刷腐蝕，使三通、彎頭、萘塔、萘塔提鎦段塔盤(pán)、閃蒸閥及節(jié)能器H0537的減薄，從而導(dǎo)致泄漏。

3 設(shè)備防腐蝕對(duì)策

3.1 強(qiáng)化設(shè)備防腐管理

3.1.1 設(shè)備分級(jí)管理

根據(jù)可在線(xiàn)檢查、檢修和必須停產(chǎn)檢查檢修設(shè)備的區(qū)分及設(shè)備在工藝中的重要程度，將設(shè)備、管道、閥門(mén)和電氣儀表分為A、B、C三類(lèi)。A類(lèi)為直接導(dǎo)致全線(xiàn)停產(chǎn)的設(shè)備，B類(lèi)為重要但不會(huì)導(dǎo)致全線(xiàn)停產(chǎn)的設(shè)備，C類(lèi)為對(duì)生產(chǎn)過(guò)程無(wú)影響的設(shè)備，具體情況見(jiàn)表2。通過(guò)分級(jí)管理，確定停產(chǎn)時(shí)重點(diǎn)檢查內(nèi)容，做到設(shè)備防腐蝕檢查有的放矢。

表2 不同類(lèi)別設(shè)備分級(jí)管理Table 2 Management at Different Grades for Different Types of Equipment

3.1.2 建立設(shè)備和管道檢測(cè)制度

明確設(shè)備和管道檢測(cè)項(xiàng)目，掌握設(shè)備劣化規(guī)律。

（1）以超聲波測(cè)厚儀為儀器，建立以各類(lèi)設(shè)備設(shè)施為檢測(cè)點(diǎn)的設(shè)備和管道檢測(cè)制度，對(duì)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)并形成記錄。設(shè)備和管道主要檢測(cè)點(diǎn)如表3所示。

表3 設(shè)備和管道主要檢測(cè)點(diǎn)Table 3 Main Inspection Points of Equipment and Pipelines

（2）對(duì)比歷次停產(chǎn)檢修檢測(cè)數(shù)據(jù)，形成設(shè)備、管道劣化趨勢(shì)圖，通過(guò)趨勢(shì)圖，掌握其腐蝕規(guī)律，有計(jì)劃地對(duì)裝置進(jìn)行檢修、檢查，在設(shè)備或管道泄漏前，提前進(jìn)行檢修或更換。前塔向萘塔撥料管道腐蝕趨勢(shì)如圖2所示。由圖2可以看出，管道平均壁厚不斷減小，腐蝕速率也在發(fā)生變化，生產(chǎn)中可根據(jù)此趨勢(shì)圖預(yù)測(cè)管道壁厚，在泄漏前提前更換。

圖2 前塔向萘塔撥料管道腐蝕趨勢(shì)Fig.2 Corrosion Trend of Material Allocation Pipeline from Front Tower to Naphthalene Tower

3.1.3 設(shè)備防腐蝕模型和周期

制定30萬(wàn)t煤焦油加工裝置設(shè)備防腐蝕檢查、檢修模型，確定設(shè)備防腐蝕模型周期。

（1）設(shè)備防腐蝕模型是以A類(lèi)設(shè)備為主線(xiàn)，以2013年開(kāi)工以來(lái)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕問(wèn)題為重點(diǎn)，以設(shè)備及管道檢測(cè)、檢查為基礎(chǔ)。

（2）設(shè)備防腐蝕模型周期：每年檢修2次，每次25～30天。檢修時(shí)，設(shè)備、工藝系統(tǒng)常規(guī)檢查項(xiàng)目56項(xiàng)，電氣、儀表系統(tǒng)常規(guī)檢查項(xiàng)目38項(xiàng)。

3.2 改進(jìn)設(shè)備易腐蝕部位材質(zhì)和結(jié)構(gòu)

根據(jù)對(duì)設(shè)備腐蝕部位的分析，提高最容易腐蝕部位的材質(zhì)等級(jí)，改進(jìn)部分設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備防治腐蝕的目標(biāo)。

3.2.1 提高設(shè)備材質(zhì)等級(jí)

針對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的最容易腐蝕部位，使用高等級(jí)的材質(zhì)替代原來(lái)的材質(zhì)，此方法投資不是很大。在本套焦油加工裝置中，初餾塔是關(guān)鍵設(shè)備，在2014年至2016年間發(fā)生過(guò)多次腐蝕泄漏，且均為局部腐蝕，處理難度大，危險(xiǎn)性高。將初鎦塔頻繁泄漏的最上部塔體及各部短節(jié)由15CrMo材質(zhì)更換為304材質(zhì)，解決設(shè)備腐蝕泄漏問(wèn)題。高溫焦油的各換熱器列管易產(chǎn)生腐蝕泄漏，用304材質(zhì)列管替換原碳鋼材質(zhì)列管，效果較好，改進(jìn)后未發(fā)生腐蝕泄漏現(xiàn)象。如果投資允許，將容易腐蝕的部位用哈氏合金材質(zhì)代替，效果會(huì)更好[3]。

3.2.2 改進(jìn)設(shè)備腐蝕部位結(jié)構(gòu)型式

主要針對(duì)05段設(shè)備腐蝕的部位和嚴(yán)重程度，在易腐蝕的部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，提高其抗腐蝕的能力。節(jié)能器（H0537）在2014年12月發(fā)生泄漏，經(jīng)檢查是大面積沖刷腐蝕導(dǎo)致的，將盤(pán)管壁厚由3 mm改為6 mm，提高盤(pán)管的腐蝕余量和使用周期。萘塔是本套加工裝置的高溫設(shè)備，溫度達(dá)330℃，而且是本套裝置最先發(fā)生泄漏的設(shè)備。針對(duì)萘塔循環(huán)閃蒸入口易發(fā)生腐蝕問(wèn)題，對(duì)萘塔閃蒸入口管結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改進(jìn)，在萘塔入口短節(jié)增加套管，防止高溫介質(zhì)直接沖刷萘塔短節(jié)，在萘塔閃蒸入口內(nèi)部增加防沖刷導(dǎo)流管，使高溫介質(zhì)不再直接沖刷萘塔本體。

3.3 加強(qiáng)焦油原料預(yù)處理

焦油中所含的腐蝕因子如氯化銨、硫氫化銨、硫酸銨等都是可溶性鹽類(lèi)，要減少焦油中固定銨鹽的含量，最直接的辦法就是降低焦油中水的含量。一般采用機(jī)械式超級(jí)離心機(jī)脫出大部分水分和焦油渣，并輔以加熱靜置脫水的方法，將焦油水分控制在1.5%以?xún)?nèi)，可以使腐蝕因子總量大大降低[4]。

鞍鋼化學(xué)科技有限公司自2015年采取以上設(shè)備防腐蝕對(duì)策后，實(shí)現(xiàn)了焦油年處理量30萬(wàn)t的設(shè)計(jì)目標(biāo)，設(shè)備腐蝕泄漏次數(shù)在檢修周期內(nèi)降為零，年檢修時(shí)間由3個(gè)月延長(zhǎng)至6個(gè)月，效果較好，為其他焦油類(lèi)加工裝置的設(shè)備維修、防腐蝕提供了借鑒。

4 結(jié)論

鞍鋼化學(xué)科技有限公司基于設(shè)備腐蝕泄漏跟蹤實(shí)踐，探討了大型焦油加工裝置設(shè)備的防腐蝕對(duì)策：

（1）對(duì)設(shè)備及管道、閥門(mén)等進(jìn)行分級(jí)管理，按照對(duì)生產(chǎn)影響的嚴(yán)重程度進(jìn)行檢查、檢修，做到防腐蝕檢查有的放矢。

（2）通過(guò)測(cè)量設(shè)備、管道厚度等手段，建立設(shè)備、管道等腐蝕劣化圖，逐步掌握設(shè)備腐蝕劣化規(guī)律，做到定期檢修和安全生產(chǎn)。

（3）制定設(shè)備及管道防腐蝕停機(jī)檢查、檢修模型，以此模型探討設(shè)備及管道腐蝕的規(guī)律和周期，逐步判定設(shè)備及管道檢修周期，在設(shè)備及管道腐蝕泄漏前有計(jì)劃組織檢修或更換。

（4）在現(xiàn)有條件不增加投資的情況下，對(duì)設(shè)備及管道易腐蝕關(guān)鍵部位進(jìn)行材質(zhì)升級(jí)和結(jié)構(gòu)改進(jìn)，提高其耐腐蝕性能。

（5）從源頭抓起，降低原料焦中水分含量，用機(jī)械式超級(jí)離心機(jī)脫出水分，進(jìn)入焦油加工裝置的原料水分盡量控制在1.5%以?xún)?nèi)。