蜡油加氢装置硫化氢汽提塔的腐蚀与防护

2013-05-05孙昱

石油化工腐蚀与防护 2013年2期

孙昱

(中国石油化工股份有限公司天津分公司，天津300271)

中国石油化工股份有限公司天津分公司炼油部1.3 Mt/a蜡油加氢装置于2009年12月投产使用，该装置加工减压蜡油和焦化蜡油的混合原料，开工时数8 400 h。主要由反应部分、分馏部分、低分气脱硫及膜分离部分和公用工程及辅助系统等部分组成。装置中高温高压设备较多，另外，有部分设备在湿硫化氢环境中工作，容易引起湿硫化氢的应力腐蚀和化学腐蚀。在2012年大修中，在对硫化氢汽提塔C-201进行检查后发现该塔顶部低分油进料口的塔盘、进料管等部件腐蚀较为严重，直接威胁了该装置的安全生产，为了确保装置的长期运行，必须解决腐蚀问题。

1 C-201汽提塔的工艺流程概况

C-201是蜡油加氢装置中分馏部分的重要设备，从冷低压分离器D-106分离出来的液体冷低分油进入C-201，低分油在塔中经过蒸汽汽提除去H2S气体和轻烃［1］。汽提塔顶气体送至焦化装置脱硫后回收轻烃，塔底油与加氢蜡油在E-202换热后，经分馏塔进料加热炉F-201加热至380℃进入分馏塔C-202，工艺流程见图1。

2 C-201腐蚀情况

塔筒体内壁总体状况良好，第3人孔下部筒体内衬有局部腐蚀麻坑，其余部位未见明显局部腐蚀;自上而下第2和3人孔短接内衬及法兰堆焊层均有局部腐蚀麻坑(见图2～4)。

图1 C-201的工艺流程Fig.1 Process flow diagram of C-201

图2 第3人孔下筒体内衬麻坑腐蚀局部Fig.2 Pockmark corrosion of cylinder lining under the 3rd manhole(local)

图3 第2人孔法兰堆焊层麻坑腐蚀Fig.3 Pockmark corrosion of the 2nd manhole flange surfacing layer

图4 第3人孔短接衬板麻坑腐蚀穿孔Fig.4 Perforated pockmark corrosion of the 3rd manhole short connected liner

自上而下第7～9层塔盘腐蚀严重，局部腐蚀穿透、浮阀脱落(见图5～7)。

图5 第7层塔盘腐蚀穿透状况Fig.5 Penetrating corrosion status of the 7th layer tray

图6 第8层塔盘腐蚀穿透状况Fig.6 Penetrating corrosion status of the 8th layer tray

图7 第9层塔盘腐蚀穿透状况Fig.7 Penetrating corrosion status of the 9th layer tray

第2人孔段低分油进料分配管表面有大量腐蚀麻坑与沟槽，管件焊缝腐蚀严重。塔体腐蚀最为严重的部位为自上而下第2人孔(低分油进料管)至第3人孔段(见图8)。

图8 低分油进料分配管腐蚀沟槽状况Fig.8 Corrosion groove status of the low oil feed distributing pipe

3 腐蚀原因分析

3.1 H2S-HCl-H2O腐蚀体系

C-201 是将冷低分油中的 H2S，H2O，NH3，HCl和轻烃组分等通过汽提予以脱除的设备，低分油的进料温度为264℃，塔顶温度130℃，塔顶压力0.8 MPa。在实际操作中，汽提塔顶的H2S体积分数一般为6.73%，Fe3+质量浓度为3 mg/L，pH值为6～9，H2S的沸点为－60.2℃，在0.8 MPa的条件下，水蒸气的凝点165℃，换言之，在C-201塔顶发生露点腐蚀温度为160～170℃，就本装置看，轻馏分以130℃自塔顶蒸出，塔顶温度为130℃，此时水蒸气主要以气体形态存在，发生腐蚀的可能性不大，但是，随着温度的降低，有部分H2S和水蒸气冷凝，加上少量HCl的冷凝，从而形成H2S-HCl-H2O腐蚀体系，其腐蚀过程如下所示(金属元素假定2价，用字母M表示)

阳极 M－2e→M2+M2++S2－→MS阴极 2 H++2e→H2

MS+2H++2Cl－→MCl2+H2S

MCl2+2H2O → M(OH)2+2 H++2Cl－

3.2 点蚀

C-201塔板出现多处腐蚀穿孔，其腐蚀机理在于蚀孔的阳极溶解是一种自催化过程，由于塔板在制造过程中可能存在金属或者非金属夹杂物，致使表面有微孔存在，钢材在微孔内溶解后生成金属离子M2+造成微孔内正电荷过剩，结果使介质中的Cl－迁移到微孔中维持溶液的电中性，而MCl2水解生成高浓度的H－和Cl－，从而使微孔内pH值下降，介质酸性增强，加剧了钢材的溶解，如此恶性循环，导致腐蚀穿孔。

3.3 冲刷腐蚀

腐蚀性流体和金属表面的相对运动时，会引起金属加速腐蚀与破坏。低分油在C-201经过蒸汽汽提后，塔顶部的气相负荷很大，加之塔板低分油流速过快，从而加快了冲刷腐蚀的速率。

4 防护对策

防范腐蚀应该从腐蚀源头采取措施，即从工艺过程、选材和改善腐蚀环境等方面着手，减少引发腐蚀的诱因，一定会取得较为经济合理的效果，为装置的安全稳定运行提供保证［2］。

4.1 工艺方面

尽量降低油中酸性气体H2S和HCl含量，在汽提塔顶注入缓蚀剂和碱性物质使介质的pH值不至过低，有效降低酸性气体对设备的腐蚀。

防止塔内气相负荷过大、局部液体流速过快及溶液中酸气负荷过大，严格执行设计标准，否则会加剧腐蚀。

4.2 改善腐蚀环境

重视塔外壁及塔顶管线的保温效果，外部保温效果对塔内壁的温度影响很大，保温效果不好，水蒸气冷凝容易形成腐蚀体系，会加剧腐蚀。如果冷凝介质中没有H2O，则H2S气体本身所造成的化学腐蚀是极弱的。

C-201塔顶温度控制在130℃，就目前塔盘腐蚀的严重程度看，应该进一步计算或调整塔顶温度，因为湿H2S溶液中的腐蚀和温度关系比较复杂，一方面，温度升高，H2S在水中的溶解度降低，可以减弱腐蚀;但另一方面，温度升高，金属与H2S的反应速度变大，又加速了腐蚀，综合的结果是存在一个临界温度范围，金属在这个温度范围内的敏感性最大。

4.3 选材方面

C-201选材主要是不锈钢:上部20R+0Cr13复合板，下部16MnR，塔盘板0Cr13。这种选材方式相比其他石化公司选用碳钢已经进步很大，尤其是与铁素体0Cr13不锈钢与碳钢相比耐蚀性提高了4倍以上，但是仍然不如抗H2S腐蚀的新钢种—低合金钢08Cr2AlMo。各种钢材的抗腐蚀性能依次为1Cr18Ni9Ti﹥09Cr2AlMo﹥0Cr13﹥ND20号﹥12AlMoV，该排序可供更换材质时参考。