石油化工企业典型常减压装置腐蚀现状与机理分析

2020-01-07苏鹏

中国应急管理科学 2020年7期

摘要：在石油化工行业中，常减压装置是原油加工的第一道加工程序，常减压装置的安全平稳的生产运行直接关系到整个石化加油企业的企业效益。而我国的原油主要依赖进口，随着原油的酸值的升高，常减压装置设备的腐蚀也越来越严重，这种腐蚀对装置设备的使用寿命和运行安全具有非常大的危害，经常造成设备容器出现腐蚀泄漏事故，严重威胁着装置设备的安全生产。本文以山东某石油化工企业常减压装置日常生产运行状态和存在的突出腐蚀问题为研究对象，结合实际的生产经验，进行常减压装置腐蚀原理分析和腐蚀防护技术的研究。为提高我国石油化工行业常减压装置设备的防腐和可靠性分析提供理论和经验方法，也为提高我國石化行业常减压装置设备的设计寿命，确保炼化企业的安全生产运行，对提高炼化企业整体的经济效益具有非常重要的实际应用和理论研究意义。

关键词：石油化工;常减压装置;安全辨识;腐蚀防护;腐蚀;机理研究;防护措施

Abstract： In the petrochemical industry， atmospheric and vacuum device is the first processing procedure of crude oil processing， the safe and stable production operation of atmospheric and vacuum device is directly related to the enterprise benefit of the whole petrochemical refueling enterprise. And China's crude oil mainly rely on import， with the increase of acid value of crude oil， corrosion of atmospheric and vacuum devices are also more and more serious， the service life of the corrosion of devices and operational security has the very big harm， often cause equipment container corrosion leakage accident， a serious threat to the safety in production of devices. In this paper， the daily production and operation status of atmospheric and vacuum pressure unit in a petrochemical enterprise in Shandong province and the existing outstanding corrosion problems are taken as the research object.

Key words： petrochemical industry; Atmospheric and vacuum device; Safety identification; Corrosion protection; Corrosion; Mechanism study; Protective measures

在今年庆祝中国共产党成立100周年活动的新闻发布会上，中央财办分管日常工作的副主任韩文秀在发布会上介绍，在中国共产党领导下，中国经济实力实现了大幅跃升。新中国成立70多年来，中国经济累计实际增长约189倍，目前中国经济总量已超过100万亿元，是世界第二大经济体，占全球经济的比重提高到17%以上[1]。其中，石油化工行业占到我国经济总量的15%，我国是全球最大的原油进口国和石油消费国，目前我国石油已探明储量还处于较低水平，截止2020年底，我国石油储量约为41亿吨，约占全球石油总储量的1.5%，且资源分布区域较为分散，开采成本偏大，我国原油高度依赖进口。根据国家海关总数和国家统计局公布的数据显示，2015年-2020年之间我国原油进口量持续增长，2020年我国的原油进口量已达到55834万吨，同比增长12.5%，原油进口创下历史最高水平[2]。

一、当前形势下我国原油质量进口现状

根据国家海关总数和国家统计局公布的数据显示，统计2020年我国原油进口国家和地区情况[3]。通过统计的分布情况分析来看，我国主要从沙特阿拉伯、中南美洲瑞内维拉、俄罗斯、西非、伊拉克、伊朗等国家进口原油，这些国家都是原油探明储量的非常丰富，石油资源具有开采成本低和容易容易的特点，是全球主要的原油净出口国。

原油的进口来源不一和石油市场消费量大的形势下，炼化企业面临原油来源呈现多元化，不同国家原油进口不法保障原油的品质，高质量的轻质原油供不应求，以及经济价格问题，大量低质量的高硫含酸值原油的加工量与日俱增。其中高硫重油密度高、粘度大、重金属含量高，由于重质油的特殊性，高硫高钙，对设备腐蚀严重，加工难度大，相比其他普通轻质原油更容易发生安全事故。在炼化设备发生腐蚀破坏的情况下，难以保障炼化装置的安全生产运行，经常会造成设备事故的发生，如塔盘、阀门腐蚀、炉管弯头穿孔、进料线焊口开裂和空冷器泄漏等[4]。特别是环烷在减压塔中下部位对高温机泵、阀门、塔盘、受液槽、换热器和工艺管线等设备部位的腐蚀较为严重，直接威胁到炼化装置的正常运行，每年发生的腐蚀穿孔少则几次多则几十次，因此造成的装置局部或全部停车，给炼化企业造成巨大的安全隐患和经济损失。

随着科技技术和经济社会的不断发展，工业物联网技术也在石油炼化领域得到应用和发展，国内不少石油炼化企业也引入炼化物联网技术，这也为装置腐蚀监测提供了数据支撑。同时，大数据技术也实现了对海量生产数据的专业化和高效化获取及管理，在此基础上进行腐蚀监测正成为腐蚀研究的一个重要方向[5～7]。借助现有的腐蚀预测设备未来某时间段的腐蚀情况，进而指导现阶段防腐和安全管理工作，进行有预测性和针对性的设备维修或工艺调整，对改善炼化设备运行、提高设备的可靠性和预防重特大事故的发生，以及保障企业的经济效益都具有重要的研究意义。

二、化工工艺管道整体质量要求

本文所研究的常减压装置为50万吨/年高等级道路沥青装置，其工艺部分采用电脱盐、常压塔、减压塔的工艺路线。即：原料油经电脱盐、加热、闪蒸后进入常压塔，分离出瓦斯气、石脑油，瓦斯气去加热炉作为燃料，石脑油经换热后打入成品罐，常压塔出来的常压渣油进入减压塔，在减压塔中分离出轻蜡油、基础油，轻蜡油、基础油作为成品打入成品储罐，减压渣油经换热冷却后作为成品外送罐区。

三、常减压装置设备腐蚀状况分析

在装置全面停车检维修期间，对高等级道路沥青装置的各类设备和易发生腐蚀的管线进行了全面的检测和检查，对装置设备和管线的易腐蚀部位进行重点的检查和隐患排查，依据现阶段专家学者对设备腐蚀等级的划分，将设备腐蚀划分为轻微腐蚀、一般腐蚀、中度腐蚀和严重腐蚀四个等级。

在2018年的装置设备停车大修中，对高等级道路沥青装置进行设备检维修和隐患排查，共检查管线94条，塔类设备6个，空冷器类设备23个，换热器类设备64个，容器类设备27个，炉类设备6个。从设备腐蚀检查和排查情况来看，设备腐蚀情况普遍存在，装置设备腐蚀情况属于中度腐蚀。在空冷器和换热器类设备以及配套设备管线来看腐蚀情况较为明显，一共发现5处腐蚀状况较为严重的情况，装置设备各腐蚀等下的设备类型和数量统计情况具体见表1所示。

参照高酸原油加工装置设备和配套管线的设计选材标准（SH/T3096-2010）要求，结合高等级道路沥青装置常减压装置的设备材质选择整体上良好，装置的主要设备材质选择较为合适，但是个别设备和配套管线材质的等级选择上较低，也较为不合理和不符合要求，通过检查设备的腐蚀状况发现减一线和减一中水冷水器类管束腐蚀减薄较为严重。

四、设备腐蚀回路机理分析

1.环烷酸腐蚀

原油中含有的酸性化合物主要为环烷酸，其化学式为RCH2COOH，分子质量大约为180～700之间，分子质量在300～400之间较为集中，属于具有饱和环状结构的有机酸混合物，其沸点大约在169～344℃。环烷酸腐蚀属于一种高温腐蚀，主要存在环烷酸油品的下游装置设备和常减压装置中，其腐蚀的化学反应机理如下所示：

Fe（RCOO）2属于油溶性产物，再加上介质的流动，所以造成的环烷酸腐蚀一般设备表面较为光滑、干净且一部不会产生结垢。减压塔底器壁腐蚀减薄，分馏塔T-1004塔底器壁出现较为严重的腐蚀，其在设计阶段的原始厚度为18mm，但是在实际的检测中，设备的最薄处为6.6mm。

2. HCL-H2S-O2-H2O机理腐蚀

由于原料油中含有氯化钙、氯化镁等氯化盐，在加热过程中会发生水解反应生成HCL，其反应原理公式如下所示：

塔顶冷凝冷却系统由于冷凝结露现象造成大量的水滴的生产，使得初凝区位置较低的部位的水中溶解的HCL浓缩，进而形成酸性腐蚀环境状态，并且这种状态下腐蚀较为强烈，而硫化氫具有促进设备腐蚀现场的发生，其腐蚀过程的化学反应原理如下所示：

氯离子（CL-）含量可以直接影响到盐酸（HCL）的含量，其中盐酸含量越高对设备的腐蚀就越强烈。设备HCL-H2S-O2-H2O机理腐蚀主要存在常减压设备的低温部位，比如常压塔、减压塔和常压塔体部分挥发线、减压塔冷凝冷却系统和常压塔顶。

五、目前国内外环烷酸腐蚀控制措施

预防环烷酸对设备的腐蚀国内外开展的大量的研究工作，主要有降低原油酸值、改变和优化装置的操作条件，改进原油加工设备的材质、加注缓蚀剂等。

1.降低原油酸值：目前技术主要集中在碱性溶剂萃取脱酸、催化脱酸、酯化脱酸等方面，但这些研究都是在实验室中成功进行，距离工业应用还有很大差距。而原油混炼，通过将腐蚀性较弱的原油加入腐蚀性较强的原油中，减少环烷酸在原油中的含量，达到降低原油酸值的目的，目前我公司也采用此加工方式，但受罐容、原料周转、原料采购影响，酸值仍偏高。

2.控制流速和流态：在可能的条件下通过扩大管径、减少部位结合处的缝隙和流体流向的死角和盲肠、减少管线振动、进料去直线走向，减少弯头变向，此方案需大修期间方可实施。

3.材质升级与表面改性：通过改进材料的耐腐蚀性能如材质升级、表面改性等加以控制，这是全球炼厂在抗环烷酸腐蚀方面最常用的方法。研究表明耐环烷酸腐蚀由弱到强的选材顺序是：碳钢

4.加注缓蚀剂：目前针对环烷酸的腐蚀还有加注缓蚀剂的措施，高温缓蚀剂是一种相对分子质量较高、高沸点的化合物，它可与金属铁生产不溶于油的物质，吸附在金属表面形成一层保护膜，隔绝金属与环烷酸等的接触，或者与环烷酸发生反应，生成不具腐蚀性的油溶性产物，达到抑制环烷酸腐蚀，保护设备的目的。

5.严格控制进装置原油的含酸值≯3mgKOH/g，保证装置长周期安全稳定运行。

参考文献：

[1]杨青原，岳鹏飞.石化机械设备腐蚀原因分析[J].化工设计通讯，2021，47（07）：67-68.

[2]李科.常减压蒸馏装置工艺防腐应用及进展研究[J].化工管理，2021（21）：97-98.

[3]张塞，田晓冬.延迟焦化装置的典型腐蚀与防护[J].石油炼制与化工，2021，52（07）：76-81.

[4]闫文娟，蔡威威.石油化工设备常见的腐蚀问题及防腐蚀措施[J].化工管理，2021（20）：168-169.

[5]崔晓冬.常减压装置的腐蚀与防护分析[J].当代化工研究，2021（13）：111-112.

[6]马晓凤. 埋地保温管道腐蚀原因分析和腐蚀机理研究[D].西安石油大学，2021.

[7]赵靓.石油化工机械设备腐蚀的监测与防护[J].化工管理，2021（18）：189-190.