延遲焦化裝置的腐蝕與防護(hù)

劉維建

（遼河石油勘探局有限公司石油化工分公司，遼寧 盤錦 124022）

0 引言

延遲焦化屬于二次加工技術(shù)，加工生產(chǎn)期間主要以重質(zhì)油為原材料，以高溫為反應(yīng)環(huán)境，經(jīng)過熱裂化、縮合等一系列化學(xué)反應(yīng)獲得汽油、柴油等生成物。由于原料中含有硫元素等腐蝕性元素，在反應(yīng)生產(chǎn)過程中容易對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕影響，腐蝕問題嚴(yán)重時(shí)會(huì)危及設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。本文所研究的延遲焦化裝置所使用的反應(yīng)原材料—重質(zhì)油含硫量相當(dāng)高，要比普通原油高出60%左右。再加上運(yùn)行環(huán)境長時(shí)間處于高溫狀態(tài)，利于促成腐蝕反應(yīng)發(fā)生。針對(duì)于此，必須加強(qiáng)對(duì)延遲焦化裝置腐蝕問題的深入研究分析，通過科學(xué)分析腐蝕成因、具體位置等提出針對(duì)性的防護(hù)策略，才能確保延遲焦化裝置的安全運(yùn)行。

1 延遲焦化裝置的腐蝕原因

1.1 高溫S-H2S-RSH型腐蝕

這一腐蝕類型屬于高溫硫腐蝕，從根本上來看，主要可以理解為活性硫腐蝕反應(yīng)。究其原因，主要是因?yàn)榉磻?yīng)環(huán)境溫度處于高溫狀態(tài)，即使反應(yīng)物質(zhì)屬于非活性硫，也會(huì)在高溫狀態(tài)下轉(zhuǎn)變成為活性硫，加劇設(shè)備裝置腐蝕嚴(yán)重程度。生產(chǎn)過程中，溫度條件處于240～480℃之間很容易發(fā)生上述腐蝕反應(yīng)。像焦炭塔頂油氣線、加熱爐爐管等重要位置極易發(fā)生腐蝕反應(yīng)，需要高度重視。

腐蝕發(fā)生流程如下：反應(yīng)環(huán)境溫度達(dá)到240℃時(shí)，腐蝕反應(yīng)逐漸發(fā)生。從反應(yīng)原理上來看，反應(yīng)溫度低于240～340℃之間，原油中的有機(jī)硫會(huì)在高溫條件下轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛟嘏c硫化氫。這兩種物質(zhì)都會(huì)與鐵元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；當(dāng)溫度介于350～400℃之間時(shí)，硫化氫會(huì)在更高溫的條件下發(fā)生分解反應(yīng)，生成元素硫。

分解得到的元素硫與硫化氫相比，有著更為活躍的性質(zhì)，而且，當(dāng)達(dá)到350～400℃的溫度時(shí)，材料中的硫醇也會(huì)與鐵元素發(fā)生反應(yīng)，造成腐蝕[1]。

整個(gè)反應(yīng)過程會(huì)受到溫度變化而發(fā)生相應(yīng)變化，當(dāng)反應(yīng)溫度不超過430℃時(shí)，腐蝕反應(yīng)會(huì)隨著溫度的升高而愈加強(qiáng)烈，直到430℃時(shí)達(dá)到腐蝕速率最高點(diǎn)。而超過430℃之后，硫化氫基本分解完成，此時(shí)腐蝕速率會(huì)隨著溫度的升高而逐漸下降。反應(yīng)過程中得到的FeS會(huì)停留在裝置表層，起到一定的保護(hù)作用，能夠在一定程度上降低腐蝕速率。值得注意的是，如果FeS處于湍流處或者高流速位置，那么其表面所形成的保護(hù)膜將會(huì)失去原有效應(yīng)，被沖洗掉，繼續(xù)發(fā)生腐蝕反應(yīng)。

1.2 高溫S-H2S-RSH-RCOOH型腐蝕

這種腐蝕反應(yīng)可以理解為高溫硫腐蝕形態(tài)下所形成的一種具有特殊性的反應(yīng)形式。與其他腐蝕反應(yīng)不同，這類腐蝕問題通常出現(xiàn)在進(jìn)料預(yù)熱換熱器的管道以及設(shè)備等重要位置，主要表現(xiàn)為非均勻減薄或者存在流線型溝槽問題。結(jié)合大量經(jīng)驗(yàn)來看，當(dāng)環(huán)境溫度超過220℃且滿足酸值超過0.5mgKOH/g的條件時(shí)，其內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)環(huán)烷酸腐蝕反應(yīng)。從反應(yīng)物質(zhì)上來看，環(huán)烷酸與鐵會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過一系列反應(yīng)之后生成油溶性環(huán)烷酸亞鐵。同時(shí)，環(huán)烷酸還會(huì)與金屬表層的硫化亞鐵物質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過反應(yīng)之后生成具有油溶性特征的環(huán)烷酸鐵與硫化氫，在二者的加持下會(huì)嚴(yán)重加劇金屬材料腐蝕程度。此外，反應(yīng)溫度超過400℃時(shí)，環(huán)烷酸會(huì)被完全汽化[2]。

1.3 低溫H2S-HCI-NH3-H2O型腐蝕

與其他腐蝕反應(yīng)相比，這類腐蝕反應(yīng)屬于低溫環(huán)境下發(fā)生的腐蝕反應(yīng)類型，一般多出現(xiàn)在120℃以下的反應(yīng)環(huán)境中。像分餾塔頂?shù)乃P以及塔壁等位置都容易發(fā)生此類腐蝕反應(yīng)，表現(xiàn)為非均勻性腐蝕或者點(diǎn)蝕特點(diǎn)。溫度升高的情況下，此類腐蝕反應(yīng)速率會(huì)明顯減弱。從反應(yīng)成因上來看，主要是因?yàn)椴牧现写嬖诘锛傲蚧锏确磻?yīng)物質(zhì)，再加上反應(yīng)后的原油中仍舊存在氯離子或者氯化物。上述物質(zhì)很容易與金屬材料發(fā)生強(qiáng)烈的腐蝕反應(yīng)，一旦接觸，裝置在形態(tài)上將會(huì)出現(xiàn)均勻減薄的情況。雖然材料中存在的NH3可以減緩腐蝕速率，但其所生成的NH4CI結(jié)晶會(huì)引發(fā)垢下腐蝕問題。

1.4 輻射段爐管的高溫氧化、硫化腐蝕

加熱爐燃料氣中通常存在大量硫物質(zhì)，因此輻射段爐管極易出現(xiàn)高溫氧化、硫化腐蝕等化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象。此外，硫物質(zhì)過多也會(huì)加劇爐管腐蝕嚴(yán)重程度。

2 防護(hù)策略

通過上述分析，可以發(fā)現(xiàn)在延遲焦化裝置中，包含的腐蝕類型有很多種，針對(duì)不同的工作環(huán)境、工作條件制定相應(yīng)的防護(hù)策略，以減輕或控制腐蝕的發(fā)展，確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

2.1 工藝方面

關(guān)于延遲焦化裝置防腐蝕工藝的探討分析主要可以從分餾塔頂、頂回流系統(tǒng)以及焦化爐裝置等重要位置做好防腐工作。首先，工作人員需要確認(rèn)塔頂水露點(diǎn)溫度是否符合規(guī)定要求，防止液態(tài)水問題；其次，高硫渣油生產(chǎn)期間應(yīng)該關(guān)注防腐蝕問題，如借助自動(dòng)化設(shè)備以相對(duì)均勻緩慢的速度將緩蝕劑及水向分餾塔頂管線注去；最后，為盡可能的避免硫腐蝕，應(yīng)有效控制燃料氣中硫的含量，一般來說硫含量應(yīng)控制在100mg/cm3以下。實(shí)際上，減少燃料氣中的硫含量不僅能夠減輕裝置的腐蝕，還能減少SO2的排放，起到很好的環(huán)境保護(hù)效果。

2.2 材料方面

在材料方面，主要是對(duì)當(dāng)前的裝置進(jìn)行材料上的升級(jí)改造，對(duì)焦化設(shè)備來說，由于其長時(shí)間處于高溫狀態(tài)，建議優(yōu)先選擇不銹鋼、合金鋼等材料配置使用；對(duì)處在低溫環(huán)境下的設(shè)備及裝置優(yōu)先選擇抗氫致開裂碳鋼等新型材料[3]。此外，工作介質(zhì)為循環(huán)水的換熱管束禁止使用滲鋁層防腐策略，原因是反應(yīng)生成的物質(zhì)會(huì)存留于管內(nèi)，影響換熱器功能發(fā)揮。可以選擇涂層與犧牲陽極結(jié)合法達(dá)到防腐目的。

2.3 其他方面

重視焦化設(shè)備日常腐蝕檢測(cè)也是防范腐蝕風(fēng)險(xiǎn)問題的重要手段。負(fù)責(zé)人員可以按照停工檢測(cè)為主、日常檢測(cè)為輔的規(guī)章制度強(qiáng)化檢測(cè)力度。檢測(cè)期間，應(yīng)該對(duì)各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行精準(zhǔn)記錄，并構(gòu)建相關(guān)檔案，方便人員分析各管線裝置的腐蝕嚴(yán)重程度。其中，對(duì)于高溫管線關(guān)鍵位置可以采取半年檢測(cè)一次的頻率排查腐蝕故障。當(dāng)然，防腐工作的順利開展離不開高效的管理，負(fù)責(zé)人員還需要對(duì)設(shè)備裝置風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與檢測(cè)工作予以高度關(guān)注。可以結(jié)合設(shè)備腐蝕問題發(fā)生規(guī)律及特點(diǎn)，繪制腐蝕過程圖，識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)位置并做好風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)排序工作，強(qiáng)化防腐蝕效果。

3 結(jié)語

綜上所述，延遲焦化裝置腐蝕問題會(huì)造成較為嚴(yán)重的安全隱患，在很大程度上影響到設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，要對(duì)延遲焦化裝置的腐蝕問題予以高度重視，對(duì)其腐蝕原因、腐蝕位置進(jìn)行詳細(xì)的分析，并提出針對(duì)性的防護(hù)策略，以確保延遲焦化裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。而焦化裝置的防腐蝕是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，要做到具體問題具體分析，以取得良好的防腐效果。為減輕設(shè)備腐蝕，避免各類重大安全事故的發(fā)生，負(fù)責(zé)人員必須重視延遲焦化裝置防腐工作，結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)并吸取教訓(xùn)，總結(jié)裝置腐蝕發(fā)生規(guī)律及腐蝕特點(diǎn)，提前做好應(yīng)對(duì)措施并加強(qiáng)日常維護(hù)保養(yǎng)，杜絕腐蝕問題頻繁出現(xiàn)。此外，負(fù)責(zé)人員可以引進(jìn)應(yīng)用新型防腐設(shè)備，進(jìn)一步增強(qiáng)裝置設(shè)備的防腐能力。