煉油過程分餾塔在線除鹽防腐技術研究進展

摘 要 常減壓、催化、焦化、加氫等大型煉油過程中分餾塔的結鹽和腐蝕普遍存在。傳統(tǒng)采用被動防腐以及粗放注水方法沒有解決上述問題。以微液滴洗鹽和組合纖維強化油水分離為核心的在線除鹽防腐技術得到關注和廣泛應用，總結了煉油過程分餾塔在線除鹽防腐關鍵技術的應用情況，對本質安全的主動防腐提供借鑒和參考。

關鍵詞 分餾塔 除鹽 防腐 油水分離 主動防腐

中圖分類號 TQ051.1" "文獻標志碼 A" "文章編號 0254?6094（2025）02?0196?06

近年來，我國煉油能力達到9.1億噸/年，原油加工量突破7億噸/年[1]，成本低廉導致含硫原油和高硫高酸原油占比較大，煉廠面臨的腐蝕問題日趨嚴重。原油中的氯、氟、氧、氮、硫及酸堿等腐蝕物質，最終在煉化裝置的分餾塔富集，導致分餾塔低溫段及其循環(huán)系統(tǒng)腐蝕和結鹽。我國煉廠分餾單元數(shù)量多，可查詢到的催化裂化裝置分餾塔約190套[2]，因此煉油過程分餾塔除鹽防腐對我國工業(yè)裝置安全經濟運行影響重大。

塔頂循環(huán)油中夾帶的低濃度Cl-、S2-、NH4+等在含水條件下易產生結鹽、腐蝕等問題，銨鹽結晶-沉積-垢下組合腐蝕和沖刷腐蝕是其主要腐蝕類型[3～6]，極易造成非正常停工引起生產安全事故。在常減壓、催化、焦化、加氫等大型石油化工生產裝置中分餾塔的結鹽和腐蝕已成為普遍問題。

在我國，廖靜雯對多套煉化企業(yè)常減壓裝置設備腐蝕失效案例進行了統(tǒng)計[7]，發(fā)現(xiàn)常壓塔塔頂腐蝕情況較其他部位更嚴重，結果表明設備腐蝕程度隨著原油中的含硫量、酸值、含鹽量和金屬含量的提高而加重。2012年，某140萬噸/年重油催化裂化裝置出現(xiàn)9臺低溫水換熱器泄漏現(xiàn)象，污染水質，嚴重影響了儲罐和生活區(qū)的供熱[8]。2018年，某延遲焦化分餾塔頂循發(fā)生泄漏[9]。

國際上，2012年雪佛龍瑞奇蒙德煉油廠常壓塔常四線管道破裂并引發(fā)火災，事故調查發(fā)現(xiàn)，碳鋼管道腐蝕減薄失效[10]，泄漏時，管線內的柴油流量約10 800桶每天，折合1 700 m3/d。2004年蘇丹喀土穆煉油有限公司180萬噸/年重油催化裂化裝置分餾塔出現(xiàn)堵塞和沖塔，逐次沖塔程度越來越嚴重，裝置處理量從215 t/h降低至160～190 t/h，沖塔現(xiàn)象持續(xù)了7年[11]。

1 傳統(tǒng)技術方法

針對煉油過程分餾塔腐蝕結鹽問題，傳統(tǒng)技術方法包括“一脫四注”、設備材料優(yōu)選、表面保護技術等。但是設備材質升級、表面保護技術均無法解決結鹽堵塞問題，另外緩蝕劑還存在高溫失活問題[12]。根據(jù)陳崇剛等的調查[13]，我國12家企業(yè)52套加氫裝置中還在采用注緩蝕劑控制腐蝕的有40套，占76.9%，這40套裝置中有17套裝置應用緩蝕劑報告過腐蝕問題，所占比例為42.5%，即有近一半采用緩蝕劑防腐蝕的裝置不成功;12套未注緩蝕劑的裝置中，5套裝置因緩蝕劑或注緩蝕劑不當引起更嚴重的腐蝕。通常認為，如果原油脫鹽后含鹽量小于3.5ppmNaCl（1ppm=0.001‰），理論上塔頂餾出物中HCl質量分數(shù)小于20ppm且沒有結鹽。某研究報道中指出，當出現(xiàn)脫鹽器故障、注劑系統(tǒng)意外失效導致結垢降低換熱、結鹽降低流量的情況，人工水洗必不可少。然而實際上即使采用人工水洗和注劑的方法，在催化裂化、加氫、重整等煉油過程中仍然出現(xiàn)腐蝕泄漏的問題[14]。表1列舉了傳統(tǒng)塔頂除鹽防腐方法。

根據(jù)化工本質安全的概念，即“沒有危險物料就不會導致物料泄漏”[30，31]，主動除鹽實現(xiàn)防腐是解決上述問題的重要途經。由于塔頂腐蝕結鹽的主要介質是無機鹽，注水是一種危險物料移除的主動防腐方法。傳統(tǒng)塔頂注水方法存在極大的安全隱患，夏文偉等通過在延遲焦化分餾塔頂注水解決了分餾塔結鹽的問題，但是粗放式注水會引起水環(huán)境條件下的設備腐蝕問題[32]。

2 塔頂除鹽防腐關鍵技術

2.1 開路洗鹽工藝流程

分餾塔頂?shù)母g和結鹽，一方面是由于物料帶水帶鹽，另一方面是因為塔頂存在閉路循環(huán)，導致鹽組分循環(huán)累積。發(fā)明專利《延長分餾塔頂循環(huán)油系統(tǒng)運轉周期的方法》（專利號：ZL201310138971.8）中延長了分餾塔頂循環(huán)油系統(tǒng)運轉周期，抽出部分塔頂循環(huán)油進行注水除鹽，然后返回原流程，采用這種分餾塔頂循環(huán)、回流系統(tǒng)開路在線除鹽防腐新工藝替代傳統(tǒng)的被動式防腐模式（化學注劑防腐、材質升級），可以避免高成本的材質升級，解決了停工頻率高、物料損耗大、運轉周期短等問題。開路在線除鹽防腐新工藝（虛線內為新增除鹽設備）如圖1所示。

2.2 微液滴強化洗鹽

在開路在線除鹽防腐新工藝中，分餾塔頂循環(huán)和回流油中夾帶的鹽離子濃度低（通常為3～15 mg/L），水洗過程存在擴散傳質推動力弱的問題。針對油品中微量腐蝕離子的深度脫除難題，利用渦流強化液滴的表面更新速率提高傳質系數(shù)[33]，使得對流傳質系數(shù)提高一倍以上。利用液流剪切破碎液滴形成較大的傳質比表面積[34]，可以使總傳質通量大幅提高，技術原理如圖2所示。

2.3 親疏水組合纖維強化油水分離

在開路在線除鹽防腐新工藝中，洗鹽后高溫油中水滴粒徑較小，存在深度脫除的難題，基于前驅液膜主導液滴在纖維表面快速聚并的機制，利用角度優(yōu)化的親疏水組合纖維來提高乳化微液滴的捕獲分離概率[35]，實現(xiàn)微萃取高乳化混合液的深度脫水分離，技術原理如圖3所示。

2.4 成套裝備

構建以微液滴洗脫耦合微液滴分離為核心的高效除鹽成套裝備，滿足緊湊空間約束條件下的改造實施要求。首先通過變徑式徑向深度洗鹽器將注水均勻分散到循環(huán)油中，油中的鹽部分溶解到水中，混合器內部強烈的旋流和湍動使得水滴表面更新速度加快，有助于快速深度捕獲油品中夾帶的鹽類和酸性腐蝕性介質，進而在混合器內同時完成混合分散和對鹽類物質的洗脫過程。油水分離器中的粗?；K和波紋強化沉降模塊使得液滴不斷長大，纖維聚結模塊深度捕獲微小水滴，從而快速高效地實現(xiàn)油水兩相分離，鹽類和酸性腐蝕性介質被污水帶出系統(tǒng)，達到塔頂循環(huán)系統(tǒng)在線脫鹽脫酸的目的。該成套裝備具有分離高效穩(wěn)定、內構件可蒸汽吹掃和抗堵塞的優(yōu)勢。

3 技術應用效果

塔頂除鹽防腐關鍵技術基于本質安全原理發(fā)展出了一種主動防腐模式，解決了石化分餾和汽提重大裝備因結鹽腐蝕泄漏帶來的安全問題，實現(xiàn)了石化行業(yè)的安全生產。在避免材質升級、降低運行成本、消除傳統(tǒng)能耗物耗、保障下游裝置穩(wěn)定4個方面，該技術也呈現(xiàn)了較高的經濟效益。

近年來，我國諸多文獻中也相繼報道了以微液滴洗鹽、纖維油水分離、開路洗滌為核心的塔頂除鹽防腐方法（表2）。針對分餾/汽提塔頂循環(huán)油/回流油系統(tǒng)的結鹽、腐蝕等問題，采用塔頂除鹽防腐關鍵技術，達到了除鹽精度高、腐蝕速率低、人力成本低、安全系數(shù)高等效果。塔頂油抽出比例通常在5%～15%，注水量通常是抽出油的10%～20%左右，總體注水比例約為0.05%～2.00%，較傳統(tǒng)粗放式注水，注水比例大幅下降。在不斷的技術改造過程中，優(yōu)化了開路洗滌、微液滴洗鹽、深度脫水工業(yè)參數(shù)，同時，由于注水水源通常來自裝置自產的酸性水、凈化水等，因此沒有增加裝置新鮮水消耗和廢水排放。

在公開的文獻報道中，技術實施后的腐蝕速率均滿足中國石化《煉油工藝防腐蝕管理規(guī)定》的要求，塔頂平均腐蝕速率不大于0.2 mm/a（腐蝕探針或掛片測定法），分餾系統(tǒng)的連續(xù)運轉壽命更長、更穩(wěn)定，產品質量得到長期保證，提升了裝置的經濟高效運行水平及其市場競爭力，避免了人工洗塔存在的跑冒滴漏等危險操作，降低了現(xiàn)場巡檢和檢修的安全隱患，推進了石化行業(yè)無人工廠、智能工廠的發(fā)展。

4 結論與展望

針對分餾塔結鹽腐蝕造成的生產安全問題，我國煉廠長期采用傳統(tǒng)的被動防腐和粗放注水方法，雖然能夠在一定程度上緩解生產波動和安全問題，但并沒有徹底根除這一痼疾。隨著我國加工原油的劣質化，以微液滴洗鹽和組合纖維強化油水分離為核心的在線除鹽防腐技術得到了逐步推廣應用，并實現(xiàn)了低濃度腐蝕物質的高效洗滌脫除。利用高效低耗的徑向微萃取及深度脫水設備，構建了煉油過程分餾塔開路主動除鹽防腐新工藝，替代傳統(tǒng)化學注劑防腐或材質升級的被動防腐模式，提升了石化重大裝備的安全經濟運行水平。

在線除鹽防腐技術主要適用于煉油過程分餾塔腐蝕和結鹽最嚴重的塔頂?shù)蜏貐^(qū)域，該技術可以有效脫除無機形態(tài)的腐蝕性離子。在溫度更高的分餾塔中段和底部，腐蝕性組分是有機形態(tài)的，該技術雖然可以通用，但此時水作為洗鹽溶劑不再適用，有待開發(fā)匹配有機腐蝕性組分的新溶劑和新材料。隨著新材料、新工藝的發(fā)展，分餾塔高溫段的在線除鹽防腐技術有望進一步發(fā)展。

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