催化裂化裝置的腐蝕研究

王遠 高巍巍 劉毅

摘要：催化裂化裝置作為原油二次加工的重要裝置，可以將原本的重質油經(jīng)過加工轉化成為人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活所需的氣體和液體等物質，但在裝置的日常生產(chǎn)中會產(chǎn)生腐蝕物，導致裝置腐蝕嚴重，提高了催化裂化過程成本。由于催化裂化裝置的結構比較復雜，腐蝕因素比較多，如何對其進行腐蝕控制是需要重點考慮的內(nèi)容。本文通過對催化裂化裝置的腐蝕研究，探討影響催化裂化裝置系統(tǒng)腐蝕內(nèi)容及控制方法，通過應用智能控制技術實現(xiàn)對催化裂化裝置的腐蝕預測及控制，并提出增加催化裂化裝置抗腐蝕強度的策略，以望借鑒。

關鍵詞：催化裂化??循環(huán)系統(tǒng)??腐蝕控制??耐腐蝕材料

催化裂化裝置系統(tǒng)結構包括分餾系統(tǒng)、煙氣回收系統(tǒng)、吸收系統(tǒng)、反應系統(tǒng)等，不同系統(tǒng)在裝置之中發(fā)揮著不同的功能，但均有可能在反應過程中受到腐蝕物影響，導致裝置壽命減少，燃料生產(chǎn)效率降低。通過腐蝕控制方式可以減少腐蝕物對裝置造成的影響，選擇內(nèi)襯耐腐蝕材料能延長裝置的耐腐蝕強度和設備使用壽命。

1?催化裂化裝置設備腐蝕結構概述

催化裂化裝置受原料及環(huán)境等影響導致其出現(xiàn)腐蝕問題。對催化裂化裝置的整體結構以及運行工藝原理等進行分析對于腐蝕研究有著積極意義。裂化催化裝置結構中包括沉降器、再生器、分餾塔、汽提塔、穩(wěn)定塔、空冷器等設備，按照其運行工藝可以將其分為再生系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)、穩(wěn)定系統(tǒng)、精制系統(tǒng)四大部分，其中，最易受到腐蝕的部分就是分餾系統(tǒng)。

分餾系統(tǒng)以塔盤的方式存在，在該結構中進行循環(huán)煉油。沉降器中的油氣會進入到分餾塔的底部位置，進行循環(huán)換熱。在循環(huán)的過程中溫度會逐漸升高，并將油漿輸入到反應系統(tǒng)之中，溫度隨之降低。分餾系統(tǒng)在運行過程中，空冷器、水冷器等裝置會打開。如此反復的循環(huán)，分餾裝置極易受到相關物質的影響，導致其出現(xiàn)腐蝕問題，其他部分在循環(huán)催化裂化煉制的過程中，也會受到相關物質的影響，從而也會產(chǎn)生相應腐蝕問題。

2?催化裂化裝置腐蝕物質

2.1?氯化物腐蝕

氯化物對催化裂化裝置的腐蝕比較嚴重，石油產(chǎn)品在加工過程中原料經(jīng)過裝置系統(tǒng)的罐區(qū)以及減壓裝置，內(nèi)部含有大量的鹽分和水分等物質。原料中尚還包括大量的結晶鹽，在與水發(fā)生相應的溶解反應之后形成鹽水，鹽水之中含有大量的氯化物，尤其是氯化鈉成本含量最高。原油在裝置內(nèi)發(fā)生反應，產(chǎn)生具有腐蝕性的硫化氫物質，其在系統(tǒng)之中不會產(chǎn)生相應的水解反應，在與裝置內(nèi)的金屬物質接觸之后會發(fā)生化合反應，導致裝置系統(tǒng)出現(xiàn)被腐蝕的情況^[1]。

2.2?硫化物腐蝕

餾分過程中會導致催化裂化裝置中的硫元素生成，由于裝置分餾系統(tǒng)在運行生產(chǎn)過程會有所增加，導致餾分分布范圍逐漸擴大，生成的硫化物包括硫元素、硫化氫以及其他大量硫化物，在特定的溫度硫化物會分解產(chǎn)生硫化氫等物質，在裝置內(nèi)與氧氣發(fā)生反應之后也會產(chǎn)生二氧化硫等物質，裝置中鋼結構在接觸到硫化物之后，會產(chǎn)生相應的化合反應，導致裝置鋼結構表面出現(xiàn)腐蝕問題。當裝置內(nèi)的溫度達到400℃以上時，硫化氫也會分解成單質，腐蝕性更強。對硫化氫物質的產(chǎn)生機理進行分析，設備的材質、介質的流動情況、溫度以及系統(tǒng)內(nèi)硫化物的濃度均會對裝置腐蝕程度產(chǎn)生一定的影響。

2.3?二氧化碳腐蝕

二氧化碳是催化裂化裝置中比較常見的腐蝕物，其對裝置的腐蝕會以點狀、面狀、線狀等形態(tài)出現(xiàn)，經(jīng)常對管道造成腐蝕，尤其是面狀腐蝕對裝置管道系統(tǒng)的破壞程度更甚。對二氧化碳腐蝕裝置的機理進行分析后發(fā)現(xiàn)，二氧化碳物質溶于水之后會發(fā)生反應，產(chǎn)生碳酸物質，可以與裝置系統(tǒng)中的鐵發(fā)生反應，導致管道系統(tǒng)出現(xiàn)腐蝕，產(chǎn)生碳酸鹽物質。由于該物質附著在裝置系統(tǒng)表面的濃度存在差異，在區(qū)域內(nèi)部以腐蝕電偶的方式呈現(xiàn)，使得裝置出現(xiàn)局部腐碳酸鹽物質附著在鋼鐵的表面，會導致局部腐蝕現(xiàn)象逐漸加重。值得強調(diào)的是，影響二氧化碳腐蝕的因素比較多，裝置運行過程中的溫度、二氧化碳的分壓效果、二氧化碳在管道之中的流速及管道的材質等，均會導致出現(xiàn)不同的腐蝕情況。

2.4?其他化合物腐蝕

氮物質在裝置中的含量大致在0.2%左右，以芳烴結構存在于裝置的內(nèi)部，在催化裂化的過程中，該物質會存在于油漿的內(nèi)部，在經(jīng)過催化反應所形成的焦炭之內(nèi)也會存在氮物質，該物質與氧氣發(fā)生反應之后會生成一氧化氮物質。雖然氮物質本身對裝置不會產(chǎn)生相應的腐蝕，但由于該物質經(jīng)過高溫反應之后會發(fā)生分解，產(chǎn)生具有強腐蝕屬性的氰化物，該物質具有一定的毒性與腐蝕性，在流化過程中氨物質和氰化物的數(shù)量也會增加，并在反應過程中不斷擴散，使得整個裝置系統(tǒng)表面均會附著相應的化合物，導致系統(tǒng)結構強度降低，極易受到腐蝕或者損壞。

2.5?酸堿度腐蝕

催化裂化裝置受生產(chǎn)原料所影響，酸堿度存在明顯的差異，酸含量過大會導致裝置系統(tǒng)受到腐蝕。在300℃的環(huán)境下對設備應用情況進行實驗，探討石油酸對裝置的腐蝕程度，隨著石油酸含量的不斷增加，原料中的氯化物含量也會隨之增加，水解率也會有所擴大，石油酸在裝置系統(tǒng)運行過程中發(fā)揮著促進水解的作用，導致在反應過程中會產(chǎn)生大量的氯化物，對裝置系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕。

3?催化裂化裝置的腐蝕控制策略

3.1?智能系統(tǒng)控制應用

3.1.1?系統(tǒng)模型構建

智能系統(tǒng)在腐蝕預測與控制過程中發(fā)揮著重要的作用，越來越多的催化裂化裝置在生產(chǎn)過程應用智能系統(tǒng)對其進行控制，實現(xiàn)對系統(tǒng)的腐蝕預測。該系統(tǒng)主要應用人工神經(jīng)網(wǎng)絡智能控制將裝置運行過程中的多個神經(jīng)元節(jié)點聯(lián)合在一起，構建邏輯神經(jīng)網(wǎng)絡，將其分為層次型拓撲結構和互聯(lián)型拓撲結構兩種，實現(xiàn)各個節(jié)點之間的科學連接。此外，復制應用BP神經(jīng)網(wǎng)絡結構可以解決系統(tǒng)運行過程中的非線性問題，構建以系統(tǒng)某一結構為核心的系統(tǒng)模型。最后，應用專家預測系統(tǒng)在庫中輸入大量的理論知識，建立預測數(shù)據(jù)庫，可以根據(jù)裝置現(xiàn)有的生產(chǎn)情況實現(xiàn)對腐蝕裝置的科學預測。對催化裂化裝置腐蝕進行研究，應建立催化裂化裝置腐蝕模型，將其作為腐蝕控制及腐蝕預測的基礎性內(nèi)容。應用人員應對催化裂化裝置腐蝕產(chǎn)生的相關要素進行明確。腐蝕是由于在材料、環(huán)境的共同作用下，使得催化裂化裝置出現(xiàn)腐蝕問題，導致設備受到損壞。將整個系統(tǒng)作為催化裂化裝置腐蝕問題的研究對象，對腐蝕物進行分析，其中包括氯化物、硫化物、二氧化碳及其他化合物等，影響裝置腐蝕的因素包括溫度及壓力等內(nèi)容。

例如，分餾塔循環(huán)系統(tǒng)的腐蝕預測與控制系統(tǒng)建立，將影響系統(tǒng)腐蝕的相關參數(shù)輸入到系統(tǒng)之中，按照腐蝕機理以及腐蝕的影響因素將各項參數(shù)進行關聯(lián)，其中包括系統(tǒng)運行過程中的壓力參數(shù)、溫度參數(shù)及氣體和液體的流量參數(shù)，流速以及原料成本等，將工藝參數(shù)輸入到系統(tǒng)模型之中，應基于現(xiàn)有催化裂化工藝流程及所應用的設備型號所確定。在明確系統(tǒng)模型的工藝參數(shù)之后，在模型中對各項腐蝕參數(shù)等進行明確，按照上述所描述的腐蝕因素，氰化物、硫化物、二氧化碳、其他化合物、酸堿度等物質參數(shù)輸入到系統(tǒng)之中。基于上述幾種參數(shù)的輸入，需要依據(jù)模型及智能系統(tǒng)實現(xiàn)對腐蝕參數(shù)的預測，對腐蝕產(chǎn)物、腐蝕情況以及設備的現(xiàn)狀等各項參數(shù)加以明確。

3.1.2?敏感性分析方法

系統(tǒng)應用應選擇監(jiān)測數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對腐蝕情況的科學預測，并采集以往的數(shù)據(jù)作為模型訓練參數(shù)，判斷催化裂化裝置各區(qū)域的腐蝕物質及腐蝕因素，對腐蝕情況等進行了解。明確系統(tǒng)模型各項腐蝕參數(shù)之后，應基于智能系統(tǒng)進一步對腐蝕參數(shù)的敏感性進行分析，敏感性是指參數(shù)變化對系統(tǒng)最終腐蝕預測及控制結果產(chǎn)生的影響。比較常用的腐蝕敏感性分析方法應建立敏感參數(shù)變化曲線圖，以腐蝕預測結果為基礎建立曲線圖，當參數(shù)發(fā)生變化時，腐蝕結果也會產(chǎn)生相應的變化，對其變化規(guī)律及變化幅度進行記錄，當裝置的腐蝕結果達到臨界值時，參數(shù)的變化最大幅度值也需被記錄，根據(jù)參數(shù)變化與腐蝕結果之間的變化關系及敏感關系，進行最終的敏感性分析。

3.1.3?專家系統(tǒng)建立

專家系統(tǒng)建立以人機交互功能實現(xiàn)裝置腐蝕情況的預測以及控制，將裝置與計算機程序連接在一起，將專家的知識經(jīng)驗融合在一個數(shù)據(jù)庫之中，對催化裂化裝置運行過程中進行推理以及判斷，決策最終的腐蝕結果。專家系統(tǒng)在腐蝕預測及腐蝕控制中可以起到分析、診斷、評價、決策等功能，該系統(tǒng)應用基于人機交互界面、數(shù)據(jù)庫、推理機等設備的應用，實現(xiàn)對腐蝕情況的科學控制。就目前的技術而言，專家系統(tǒng)大致可以分為診斷類系統(tǒng)、監(jiān)控類系統(tǒng)、控制類系統(tǒng)、設計類系統(tǒng)、解釋類系統(tǒng)等。催化裂化裝置腐蝕問題預測可以應用監(jiān)控類專家系統(tǒng)及診斷類專家系統(tǒng)，實現(xiàn)對腐蝕問題的預測與研究。

3.2?腐蝕裝置環(huán)境控制策略

3.2.1?水洗技術

水洗技術是控制催化裂化裝置腐蝕情況的比較常用的方式，通過水洗的方式可以清理掉裝置系統(tǒng)結構表面的腐蝕性物質，降低相應物質的腐蝕強度。該方法對硫化氫及氰化物均有一定的作用，但水洗技術應遵循一定的標準，具體步驟如下。（1）水洗過程需要在分餾塔的頂側區(qū)域泵口位置注入除鹽水等，使其不斷注入到塔板的位置。（2）從塔頂位置頂部區(qū)域注入相應的水，并將粗汽油、水洗水等物質注入到分餾塔之內(nèi)，控制流量不斷增加，并適當?shù)慕档晚攤葏^(qū)域的溫度，使得水洗水可以回流，經(jīng)過泵入口注入到地漏之中。受溫度影響而蒸發(fā)的水分進入到分離器之中，進行切水。（3）水洗過程需要控制好分離器裝置的界位，不定期進行水樣分析，當腐蝕物的含量變化處于穩(wěn)定之后，停止整個水洗的過程。（4）水洗之后需要恢復設備運轉，使其可以支持正常的生產(chǎn)過程。

3.2.2?電脫鹽技術

電脫鹽技術是指將原油性質作為基礎內(nèi)容，對操作條件不斷進行調(diào)整優(yōu)化，確保系統(tǒng)在運行過程中可以起到一定的脫鹽效果。脫鹽之后的含鹽量需要得到合理地控制，將每升液體的鹽含量穩(wěn)定在3mg左右，如果含鹽量比較高，則需要將其脫除之后使其進入到催化裝置之中。目前，新的電脫鹽技術也不斷嘗試應用到具體的裝置腐蝕處理之中，包括超聲波技術等。

3.2.3?酸堿度控制

酸堿度控制可以減少催化裂化裝置運行過程中可能出現(xiàn)的腐蝕問題，酸度越大，裝置的腐蝕強度越大，但如果酸堿度過高，則金屬裝置表面會發(fā)生沉淀，使得裝置結構出現(xiàn)嚴重的垢下腐蝕問題。催化裂化裝置生產(chǎn)過程中投入的原料大都以酸性物質偏多，采用注氨技術可以實現(xiàn)對原料酸堿度的科學控制，注入量需要控制，過少則會降低設備的抗腐蝕效果，過高則會導致設備堵塞。

3.2.4?腐蝕參數(shù)控制

腐蝕參數(shù)控制需要基于腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)的科學應用，實現(xiàn)對腐蝕物質的在線監(jiān)測。當裝置內(nèi)部的腐蝕含量超過標準值之后，系統(tǒng)會自動預警，發(fā)出警報。基于監(jiān)測系統(tǒng)的腐蝕參數(shù)控制需要對監(jiān)測點及監(jiān)測方法等進行科學控制，監(jiān)測對象應包括管路、空冷器等，主要對該區(qū)域的腐蝕產(chǎn)物的累積量、區(qū)域壓力及腐蝕速率等。監(jiān)測系統(tǒng)也應采用可拆卸式的安裝方法，選擇應用油墊及橡膠材質的石棉板等對其進行密封處理，此外，也要科學按照壓力計、分離器等裝置，按照不同區(qū)域、不同材質的裝置進行腐蝕參數(shù)明確，對檢測對象進行明確，從而判斷裝置運行過程中內(nèi)部的腐蝕物質含量以及腐蝕情況，采取相應的措施將腐蝕危害降至最低。

3.3?耐腐蝕材料應用策略

耐腐蝕材料的應用可以提高裝置的抗腐蝕效果，延長裝置的使用壽命。考慮到裝置不同區(qū)域的腐蝕情況以及腐蝕程度存在明顯的差異，對各設備位置及所采用的材料進行優(yōu)化設計。例如，可以將裝置系統(tǒng)中的反應器可再生器進行優(yōu)化，其殼體、分離器、拉桿等可以使用耐腐蝕程度比較強的碳鋼材料進行制作。再生器的內(nèi)件也可采用碳鋼進行制作，使用內(nèi)襯技術實現(xiàn)對裝置內(nèi)部的保護。分餾塔、吸收塔及穩(wěn)定塔也可以應用碳鋼對其進行制作，考慮到裝置結構之間的協(xié)調(diào)性及穩(wěn)定性，可以采用滲鋁碳鋼和其他規(guī)格型號碳鋼相結合的方式進行優(yōu)化設計。

管道也可以采用一些耐腐蝕的材料進行設計，原料系統(tǒng)、反應器裝置、再生器裝置及分餾塔管道均可以使用碳鋼，內(nèi)部可以采用隔熱襯里的方式進行制作設計。經(jīng)過實驗研究，碳鋼材料在抗腐蝕上有著很好的效果，同時可以支持催化裂化裝置穩(wěn)定運行，設計與制作人員應充分考慮到催化裂化裝置運行過程的穩(wěn)定性，繼而考慮到材料對結構系統(tǒng)抗腐蝕效果的影響。

4?結語

綜上所述，催化裂化裝置腐蝕影響因素眾多，各個系統(tǒng)均有可能被腐蝕，對裝置的腐蝕機理及腐蝕影響因素進行研究，多角度探討催化裂化裝置腐蝕控制方法，對腐蝕物質參數(shù)等進行明確，可以確保石油生產(chǎn)過程中的安全性。智能控制系統(tǒng)在催化裂化裝置防腐蝕生產(chǎn)中具有積極作用，可以提高石油生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

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中圖分類號：TE986DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2202-5640-4447作者簡介：王遠（1989—），男，本科，工程師，研究方向為煉油生產(chǎn)管理和工藝技術。