延遲焦化裝置的腐蝕風(fēng)險分析

李貴軍，單廣斌

(中國石化青島安全工程研究院)

主要內(nèi)容：對某延遲焦化裝置的腐蝕情況進行了描述，根據(jù)裝置的流程特點、操作條件、設(shè)備選材和結(jié)構(gòu)，對裝置的腐蝕類型和腐蝕原因進行了分析，提出了工藝防腐、材料升級和結(jié)構(gòu)改進等方面的措施。

關(guān)鍵詞：延遲焦化裝置；腐蝕；風(fēng)險；材料；設(shè)備；管道

延遲焦化裝置是渣油輕質(zhì)化加工的重要裝置，對原料的適應(yīng)性強，投資成本和操作費用相對較低，與煉油廠其他工藝優(yōu)化組合可以提高渣油的資源利用率，提高全廠輕質(zhì)油收率[1]，延遲焦化石腦油可以作為乙烯裝置原料，在油化一體化流程中發(fā)揮重要作用。隨著加工原油的重質(zhì)化和劣質(zhì)化，焦化裝置的原料含硫、環(huán)烷酸和鹽等腐蝕性雜質(zhì)含量提高，裝置操作溫度高，腐蝕已成為裝置安全穩(wěn)定運行的重要影響因素。在對裝置中設(shè)備和管道的腐蝕進行全面檢查的基礎(chǔ)上，對腐蝕失效模式、失效進展速率和防腐措施進行研究，提出腐蝕控制措施，有利于控制腐蝕風(fēng)險，為企業(yè)的安全生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 裝置基本情況

某石化公司延遲裝置于1970年建成投產(chǎn)，加工能力40×104t/a。2000年后經(jīng)擴建增加1爐2塔，生產(chǎn)能力擴大到100×104t/a，加工原料有減壓渣油、催化裂化油漿和脫油瀝青，裝置由焦化部分、分餾部分和吸收穩(wěn)定部分組成，生產(chǎn)焦化氣體、汽油、柴油、蠟油和石油焦等產(chǎn)品。隨著裝置原料硫含量提高，裝置各部位設(shè)備和管道中物料所含硫化物含量增加，腐蝕風(fēng)險增大。

2 焦化部分的腐蝕和損傷

焦化部分的腐蝕和損傷類型主要有高溫硫和環(huán)烷酸腐蝕、沖刷腐蝕，金屬熱機械損傷和蠕變、低周疲勞，高溫氧化、滲碳和金相組織劣化等。

2.1 焦炭塔的腐蝕和損傷

焦炭塔進料溫度高達500℃，最高壁溫達到450℃以上，高溫硫腐蝕速率很高，在有結(jié)焦層保護的區(qū)域腐蝕較輕，在泡沫層以上結(jié)焦不好的部位以及保溫不好的區(qū)域腐蝕嚴(yán)重，20世紀(jì)末某企業(yè)加工高硫進口原油后，碳鋼焦炭塔頂封頭腐蝕嚴(yán)重，腐蝕速率超過1.5 mm/a，把上封頭和相連一段塔體更新為復(fù)合鋼板；在焦炭塔冷卻后，塔內(nèi)會形成濕硫化氫腐蝕環(huán)境，引起設(shè)備的濕硫化氫環(huán)境的腐蝕減薄，在除焦階段，設(shè)備器壁會受到高壓水的沖擊。圖1為焦炭塔(材料鋼號20g)頂部塔壁和焊縫的腐蝕蝕坑深度達到2 mm。圖2為下部錐形封頭內(nèi)部的腐蝕，坑深1～3 mm。

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圖1 焦炭塔頂部筒體和焊縫的腐蝕

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圖2 焦炭塔錐形封頭的腐蝕

焦炭塔生焦過程中塔體壁溫超過400℃，塔體會發(fā)生蠕變變形。焦炭塔在預(yù)熱升溫、生焦、冷焦和除焦生產(chǎn)循環(huán)中，壁溫經(jīng)歷室溫到高溫、高溫到室溫的周期性變化，在升溫和降溫循環(huán)中，設(shè)備中產(chǎn)生徑向和周向熱應(yīng)力，由于熱應(yīng)力和壓力的聯(lián)合作用，引起塔體的鼓脹變形和焊縫的開裂。塔體變變形初期發(fā)生在底部塔壁，隨著時間推移向上發(fā)展。焊縫開裂在裙座與塔體的焊縫發(fā)生最為普遍，原因是塔體和焊縫直接的溫差、相互的變形約束和交變熱應(yīng)力引起的，減緩措施是采用塔體和裙座之間采用整體連接結(jié)構(gòu)，設(shè)置熱箱減小塔體和裙座之間的溫差。在接管焊縫和外構(gòu)件連接等結(jié)構(gòu)不連續(xù)部位，也會發(fā)生焊縫開裂。接管采用整體補強結(jié)構(gòu)，不在塔體上焊接附件，優(yōu)化塔體的保溫結(jié)構(gòu)，以降低焊縫開裂敏感性。

塔體材料在生焦溫度下，材料內(nèi)部組織會發(fā)生高溫金相組織劣化，具體表現(xiàn)為珠光體球化和石墨化。組織劣化降低材料強度，促進變形和焊縫開裂。在設(shè)備定期檢驗時，對鼓脹變形嚴(yán)重部位需要進行金相組織檢測，根據(jù)組織劣化情況評估設(shè)備運行安全性，采取相應(yīng)的技術(shù)措施。

2.2 加熱爐爐管的腐蝕和損傷

焦化加熱爐爐管操作溫度高，爐管內(nèi)壁發(fā)生高溫硫腐蝕，爐管外壁高溫氧化和脫碳。爐管內(nèi)壁結(jié)焦，爐管內(nèi)壁腐蝕較輕。由于結(jié)焦會提高爐管壁溫，引起爐管外部氧化起皮，加重腐蝕，如圖3所示。

加熱爐運行中，爐管會發(fā)生蠕變。部分爐管可能由于火焰的偏燒或結(jié)焦的緣故，引起爐管的局部溫度過高，超出管壁的溫度所對應(yīng)的強度，這時就會發(fā)生局部的鼓脹，鼓脹超高一定程度就會影響爐管的安全運行，爐管受熱不均也會導(dǎo)致爐管的彎曲變形。

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圖3 爐管外壁的氧化起皮

3 分餾部分的腐蝕

3.1 分餾部分高溫部位的腐蝕

裝置分餾部分高溫部位包括分餾塔下部塔體和內(nèi)構(gòu)件、柴油段以下的側(cè)線換熱器和管道，屬于高溫硫和環(huán)烷酸引起的腐蝕，分餾塔下部塔體、塔盤和其他內(nèi)構(gòu)件已經(jīng)采用不銹鋼，腐蝕輕微。換熱后的原料油管線、蠟油線、重蠟油線、焦化油線、分餾塔進料線等高溫管線都存在一定的腐蝕減薄，隨著原油資源的日益重質(zhì)化和劣質(zhì)化，原料油中腐蝕性物質(zhì)的含量還會逐漸增加，引起腐蝕速率提高，增加設(shè)備和管道的腐蝕穿孔風(fēng)險，需要做好生產(chǎn)中應(yīng)加強高溫部位管道和設(shè)備短節(jié)的腐蝕檢測，根據(jù)實際腐蝕狀況進行采取相應(yīng)的防腐措施，以保障裝置的安全穩(wěn)定運行。

3.2 分餾部分低溫部位的腐蝕

分餾部分低溫部位的腐蝕發(fā)生在分餾塔頂部塔體和內(nèi)構(gòu)件，塔頂冷換設(shè)備、回流罐和相連管道，腐蝕類型為濕硫化氫環(huán)境引起的腐蝕，氯離子濃度、介質(zhì)氨含量等都對腐蝕有影響。

分餾塔頂7層塔盤均存在不同程度的結(jié)鹽，造成大部分浮閥不能復(fù)位。塔盤上垢物較多，其中靠近上部集油箱2塊塔盤(頂循抽出線)腐蝕穿孔(塔東側(cè))，并有浮閥脫落，塔盤有不同程度坑蝕，見圖4，深度0.5～0.6 mm，浮閥輕微腐蝕，下部塔盤腐蝕狀況逐漸變輕。分餾塔頂部結(jié)鹽是氯化銨鹽，對氯化銨吸潮局部形成酸性溶液，對塔盤造成點蝕。塔頂頂封頭腐蝕輕微，降液槽、入口管、橫梁支承等內(nèi)構(gòu)件腐蝕較輕。

油氣出分餾塔先經(jīng)過4臺空冷器冷卻；然后與4臺后冷器與循環(huán)水換熱冷卻，4臺并聯(lián)，油氣走殼程，結(jié)垢嚴(yán)重，4臺后冷器管束采用了碳鋼+內(nèi)壁防腐涂層。從實際腐蝕情況看，涂層有不同程度的破損，管子內(nèi)壁有腐蝕坑，涂層破損嚴(yán)重的管束管板腐蝕較重。

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圖4 頂循抽出部位塔盤的腐蝕

3.3 吸收穩(wěn)定部分的腐蝕

吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的腐蝕為H2S-HCN-H2O型的腐蝕，氣體介質(zhì)中硫化氫濃度很高，既會發(fā)生均勻腐蝕和點蝕，也存在氫鼓泡和應(yīng)力腐蝕開裂可能性。腐蝕重點部位有塔的進料部位、塔頂部和換熱設(shè)備管束，腐蝕最突出的設(shè)備是解吸塔底重沸器(E207)和穩(wěn)定塔底重沸器(E208)。貧富吸收油換熱器(E206AB)殼程介質(zhì)為油，管程介質(zhì)為分餾部分來的粗汽油，管束處在苛刻的濕硫化氫腐蝕和環(huán)境，管束材質(zhì)應(yīng)升級為奧氏體不銹鋼S30403，這種鋼塑韌性好，抗?jié)窳蚧瘹涓g減薄能力遠高于碳鋼，沒有氫不會發(fā)生氫鼓泡和氫致開裂(HIC)。解吸塔底重沸器(E207)和穩(wěn)定塔底重沸器(E208)管束既受到物料中硫化氫等引起的腐蝕，還受到殼程物料氣化產(chǎn)生的氣液兩相流動對管束的沖刷作用。建議把管束材質(zhì)由碳鋼升級為022Cr19Ni10，解吸塔底重沸器(E207)采用釜式重沸器，殼體內(nèi)部擋液堰板高度超過管束200 mm，保證裝置運行中重沸器管束不露出液面，防止氣蝕和沖刷，使管束局部腐蝕加重。

4 循環(huán)冷卻水的腐蝕

循環(huán)冷卻水的腐蝕有垢下腐蝕和沖刷腐蝕兩種形式，循環(huán)水流速很高時會引起沖刷腐蝕，一般石化裝置循環(huán)水腐蝕為水冷器的垢下腐蝕，水冷器的腐蝕與循環(huán)水水質(zhì)、水溫、流速及管束材質(zhì)有關(guān)，與水側(cè)結(jié)垢、粘泥情況密切相關(guān)，水冷器的結(jié)構(gòu)形式、制造和檢維修質(zhì)量也有影響。利用裝置運行數(shù)據(jù)計算得到循環(huán)水的雷茲鈉穩(wěn)定指數(shù)(RSI)為3.98，屬于結(jié)垢型水質(zhì)，在緩釋阻垢劑效果不理想的情況下，可考慮適當(dāng)加酸降低堿度，防止結(jié)垢。

裝置中水冷器管束噴涂了防腐涂料，對管板和換熱管的腐蝕起到了防護作用，檢修腐蝕檢查發(fā)現(xiàn)部分水冷器管板上涂料發(fā)生了破損，破損部位發(fā)生了腐蝕，部分水冷器管箱殼體和分程隔板結(jié)垢且腐蝕嚴(yán)重。建議在水冷器管箱內(nèi)安裝犧牲陽極塊，減輕管箱和管板的腐蝕。在裝置開停工蒸汽吹掃期間，循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)正常運行，避免因超溫對水冷器涂層的破壞，對于涂層破損的水冷器，應(yīng)及時對涂層修復(fù)。

根據(jù)GB50050-2017[3]中規(guī)定，裝置中的水冷器一般循環(huán)水應(yīng)走管程，保證換熱器內(nèi)循環(huán)水走管程時流速不低于1.0 m/s，裝置運行中要對水冷器循環(huán)水流速進行測定，防止因流速偏低導(dǎo)致垢下腐蝕。循環(huán)水走殼程時流速不低于0.3 mm/s，并且定期進行殼程的反沖洗和排污，降低結(jié)垢風(fēng)險。

5 結(jié)論與建議

本套延遲裝置設(shè)備腐蝕較為嚴(yán)重的主要是焦炭塔、加熱爐爐管、分餾塔頂部塔盤和吸收穩(wěn)定部分解吸氣重沸器和穩(wěn)定塔底重沸器，還有部分高溫油管道。

a)為了減緩焦炭塔運行中的鼓脹變形和開裂，應(yīng)做好焦炭塔的定期檢驗工作，根據(jù)檢驗結(jié)果預(yù)測損傷發(fā)展趨勢，確定焦炭塔的生焦周期，防止因生焦周期偏短導(dǎo)致的熱應(yīng)力過大，引起過量的鼓脹變形和焊縫開裂，影響設(shè)備安全運行。

b)做好焦化加熱爐的操作，保持適當(dāng)?shù)牧魉?#xff0c;防止?fàn)t管的過快結(jié)焦；運行中做好燃燒情況的檢查和調(diào)節(jié)，利用紅外熱像儀對爐管壁溫進行檢測，防止超溫引起爐管的過快氧化、鼓脹變形。

c)加強分餾塔頂系統(tǒng)冷凝水的分析，根據(jù)分析結(jié)果對工藝防腐進行調(diào)整，操作上使各并聯(lián)換熱器流量基本一致，防止出現(xiàn)偏流，對于腐蝕嚴(yán)重的換熱器管束升級為不銹鋼，以控制換熱設(shè)備的腐蝕風(fēng)險。

d)解吸塔底重沸器殼體建議更新為釜式重沸器，以降低設(shè)備運行中管束的沖蝕。把解吸塔底重沸器和穩(wěn)定塔底重沸器管束材質(zhì)升級為S30403不銹鋼，運行中使管束完全浸沒在塔底液相環(huán)境中，以防止氣液兩相流動對管束造成的沖刷腐蝕。

e)對塔頂?shù)蜏叵到y(tǒng)管道，以及分餾部分的高溫系統(tǒng)管線，裝置運行中要定期進行壁厚檢測，依據(jù)管道的操作條件和實際腐蝕狀況確定測厚頻率，以降低管道腐蝕穿孔導(dǎo)致泄漏的風(fēng)險。

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總結(jié)

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