硫酸法烷基化装置腐蚀与防护

2019-12-20张瑞琪潘成杨秀波

商品与质量 2019年6期

关键词：碳钢硫酸流速

张瑞琪潘成杨秀波

辽阳石化公司辽宁辽阳 111003

1 装置概况

本装置采用硫酸法碳四烷基化工艺技术，以MTBE装置来的醚后碳四以及加氢裂化装置来的液化石油气中的碳四为原料，经过原料选择性加氢与脱轻烃、烷基化反应、闪蒸及压缩制冷、反应产物精制、反应产物分馏等工序，最终生产出烷基化油，原则流程见图1。

2 常见腐蚀

2.1 主要腐蚀类型

2.1.1 硫酸腐蚀

硫酸是烷基化反应的催化剂，同时也是装置腐蚀的主要来源，硫酸对金属的腐蚀主要表现为金属失电子而被溶解，硫酸对碳钢的腐蚀速率与硫酸的浓度、温度、流速有关。随着硫酸浓度提高，对碳钢的腐蚀速率所有降低，这是由于浓硫酸与碳钢反应生成致密的氧化膜，从而抑制了腐蚀的发生。当介质流速逐渐增大时，会将氧化膜冲刷破坏而加剧腐蚀。

2.1.2 碱腐蚀

由于反应流出物要经过碱洗等精制过程脱除产物中的硫酸，因此硫酸烷基化装置的碱液管道存在碱腐蚀。碱液对碳钢管道的腐蚀主要表现为拉应力与碱液共同作用下的应力腐蚀开裂。碱应力腐蚀开裂通常与碱液的浓度、温度有关，随浓度、温度的升高，碳钢对应力腐蚀的敏感性增大。

2.1.3 缝隙腐蚀

在设备焊接处的缝隙、焊缝裂纹，垫片底面和螺母上缝隙常积存少量静止酸液，使此处发生强烈的局部腐蚀，称之为缝隙腐蚀。

2.2 主要腐蚀部位

2.2.1 反应系统

烷基化反应系统是装置的核心，原理是异丁烷与丁烯进料与循环异丁烷及冷剂共同进入反应器，在浓硫酸催化剂的作用下，异丁烷与丁烯发生反应，生成烷基化油。硫酸和原料的混合物腐蚀性与硫酸相当，由于局部的湍流、冲刷，对进料管线、搅拌叶轮等部位造成明显腐蚀。

2.2.2 精制系统

反应产物通过酸洗、碱洗及水洗，脱去反应流出物带出的酸及酸脂，易腐蚀部位有碱洗罐入口管线、碱洗出口至水洗罐管线、水洗至异丁烷塔管线，该部分既有循环碱液的冲刷腐蚀，又有中和过程中水分偏析产生的局部稀酸腐蚀。

2.2.3 分馏系统

如反应流出物夹带的酸脂类杂质未被完全脱除，会在下游异丁烷塔的高温条件下分解放出二氧化硫，遇水则形成亚硫酸，会引起塔顶冷却系统的严重腐蚀。

2.2.4 制冷压缩系统

在制冷压缩单元中，异丁烷作为冷剂用于烷基化反应器的冷却，在闪蒸罐中闪蒸后的气相被压缩机重新压缩，液相循环到反应器。闪蒸过程的酸夹带是系统中的主要问题，冷剂空冷器管束会受到酸性物质夹带造成的腐蚀。

3 防腐措施

3.1 设备选材

3.1.1 常用材料的硫酸腐蚀特性

碳钢：常温情况下当硫酸浓度小于60%时，随着硫酸浓度的增加腐蚀速度加快，当硫酸浓度大于60%时，随着硫酸浓度的增加腐蚀速度会降低，硫酸浓度小于或等于80%时，对碳钢有很强的腐蚀作用。不锈钢：在温度较高时，铁铬合金在硫酸中的腐蚀速率较大，铬镍不锈钢的腐蚀性优于铬钢。铜：铜在稀硫酸中有良好的耐蚀性，但当硫酸中有氧或氧化剂时容易发生腐蚀。铅及铅合金：铅在硫酸中比较稳定，但在高温浓硫酸中耐蚀性明显降低。钛和钛合金：在室温下腐蚀速度比较慢，但在40%和80%浓度的时候耐蚀性降低，在发烟硫酸中比较稳定。

3.1.2 材质选择

硫酸烷基化装置的硫酸质量分数一般在90wt%以上，操作温度控制在10℃以下，在此条件下，碳钢的耐蚀性优良，通过控制合理的流速，考虑合理的腐蚀裕量，装置中管道主要选用碳钢材料。反应系统酸循环线、精制系统酸洗罐入口管线、酸洗至碱洗管线、碱洗至水洗管线，由于其局部产生稀酸环境，选用Alloy20合金。水洗罐出口至异丁烷塔管线、外甩冷剂碱洗混合器进出口管线，采用316L不锈钢。由于管道上工艺阀门的结构相对复杂，易形成湍流，含酸管道的阀门采用Alloy20合金。