石油化工设备常见腐蚀问题及防腐蚀措施

2021-01-26潘卫峰

设备管理与维修 2021年8期

关键词：防腐蚀生产工艺石油化工

潘卫峰

（延安石油化工厂，陕西延安 727406）

0 引言

石油化工生产过程中的设备管理是影响生产安全经济效益的重要工作内容，设备腐蚀是影响设备运行安全和使用寿命的重要因素，对石油化工设备腐蚀问题进行分析研究是十分必要的。

1 石油化工设备防腐意义

石油化工设备运行所处的环境复杂，腐蚀现象难以避免。在石油化工设备失效原因的统计中，因腐蚀导致设备失效占所有失效原因的41%。腐蚀反应不仅对设备本身的质量和性能带来不利影响，缩短使用寿命，也不利于石油化工生产的安全稳定。介质泄漏会造成资源浪费，同时埋下很大的风险隐患，容易引发安全事故，对周围环境造成严重破坏。为此，加强石油化工设备防腐工作十分重要。只有充分重视石油化工设备防腐问题，探索科学的防腐技术措施，才能保障好企业生产安全和生产效益，避免事故发生。

2 常见的腐蚀类型

根据设备材料的不同可将腐蚀分为金属腐蚀和非金属腐蚀，金属腐蚀在石油化工设备腐蚀现象中占据80%以上，是主要的腐蚀类型。根据反应机理的不同可将金属腐蚀为物理腐蚀、化学腐蚀、电化学腐蚀3 类：①物理腐蚀不涉及化学反应，单纯由物理作用造成设备的破坏，如介质渗透导致设备腐蚀、溶解的过程造成设备腐蚀；②化学腐蚀是化学反应引起的设备腐蚀，主要是金属材料与非电解质之间发生了化学反应，腐蚀过程是氧化-还原反应的过程，金属材料表面的金属原子与外部介质直接接触，反应过程中没有电流产生，反应过后产生腐蚀产物，过程符合动力学规律；③电化学腐蚀的典型特征是存在阳极失去电子和阴极获得电子的特点，存在电流，是金属原子与电解质溶液发生的电化学反应引起的设备材料破坏，反应过程也符合动力学规律。

根据表面形貌的不同可将腐蚀分为全面腐蚀、局部腐蚀，后者包括应力腐蚀、点蚀、小孔腐蚀、缝隙腐蚀、磨损腐蚀、电偶腐蚀等类型。石油化工设备的局部腐蚀形式主要包括点蚀、应力腐蚀。石油化工生产环境中存在氧气、酸碱等介质因素，长期处于此环境下的设备易发生局部腐蚀。如冷却系统中冷凝器设备腐蚀，当没有任何防腐措施的情况下，设备材料碳钢的腐蚀率为2 mm/a，出现的腐蚀类型以应力腐蚀为主，同时包含点蚀类型。冷凝器冷却入口位置长时期存在两相高速流动的情况，还会出现物理腐蚀类型，在胀口位置出现冲状腐蚀。空气冷却装置碳钢材料的腐蚀率可高达4 mm/a。

3 常见的腐蚀原因

3.1 设备材料的原因

设备制备的过程中采用的原材料质量不高或材料加工工艺水平不高，导致石油化工设备材料抗腐蚀性能不强；在设备或部件的运输、存储过程中，因技术或环境不当导致设备材料发生腐蚀。在设备制备、采购、运输、储存的过程中，因质量管理或技术管理不合格均容易导致设备腐蚀。

3.2 设备接触介质的原因

石油化工生产工艺中的原料、过程中间产物中很多具有较强的化学活性，还有部分具有较强的挥发性。化学活性强的介质在接触设备表面的过程中一旦遇到裂缝、点坑等缺陷，极容易引发腐蚀反应。如原油中含有较大浓度的氯化钙、氯化镁等无机盐时，在生产加工的过程中，这些无机盐在水环境和一定的温度条件下极容易发生水解反应，继而生成盐酸，为设备腐蚀反应创建了条件。在蒸馏过程中，石油中的硫化物和盐酸在较高的温度条件下发生分解反应，生成硫化氢，随着原油组分中密度较小的物质进入到分馏塔顶部和冷凝系统中，使冷凝设备发生腐蚀。

原油中含有的硫化物在高温条件下经过催化裂解会生成硫化氢，在这一过程中，原油中的氮化物也会被裂解，有一部分会转化为氨，还有一部分会转化为氰化氢。当催化原料中的氮含量超过0.1%时，催化裂解产生的氰化氢含量较高，氰根离子浓度超过500 mg/kg 时，会导致催化裂解设备腐蚀加重。腐蚀的类型既包括应力腐蚀、氢鼓泡、穿孔等局部腐蚀，还包括设备厚度减薄的均匀腐蚀。

设备在硫化氢水环境中发生腐蚀现象的主要反应式如下：

H2S=H++HS

Fe→Fe2++2e

Fe2++S2-→FeS

Fe2++HS-→FeS+H+

2H++2e→2H→H2

设备在硫化氢和氰化氢水环境中发生腐蚀现象的主要反应式如下：

H2S+6CN-→［Fe（CN）6］4-+S2-

［Fe（CN）6］4-+2Fe2+→Fe2［Fe（CN）6］↓

6Fe2［Fe（CN）6］+6H2O+3O2→2Fe4［Fe（CN）6］3↓+4Fe（OH）3

另外，设备内部气体或液体等介质的运动速度也会对设备腐蚀造成影响。一般情况下，内部介质运动速度越快，腐蚀现象越严重，腐蚀程度较深。这也说明，石油化工生产工艺参数对设备腐蚀有不容忽视的影响。

4 石油化工设备的防腐措施

石油化工设备的腐蚀情况十分复杂，化工材料、设备环境和介质条件等因素是设备发生腐蚀的直接或间接原因，不同条件环境下造成的腐蚀所采用的防腐措施也不尽相同。

4.1 优选设备材料

从石油化工设备自身材料质量入手，结合石油化工生产环境及工艺情况，对设备材料的性能尤其是防腐蚀性能进行合理评估，从多种材料中选择抗腐蚀性能强的材料。石油化工设备制备环节、采购环节应严格做好设备材料的质量管理工作，根据相关的文件要求对材料进行质量检验，确保石油化工设备材料符合企业生产过程中对防腐性能的实际要求。

4.2 提高设备防腐蚀技术

从石油化工设备的设计环节入手，结合设备腐蚀的类型和原因，通过采用合理的设计有效提升设备材料结构的防腐蚀性能。设备材料结构应注意质地均匀，降低设备表面腐蚀的速率。对石油化工生产过程中强酸碱、高温高压等生产工艺环节制定专门的设备防腐技术，如在设备与介质接触并容易发生腐蚀反应的表面，除了选择合理的设备材料之外，通过采用防腐涂层设计来进一步增强设备与介质接触表面的防腐性能。通过采用防腐涂层设计，在设备表面起到隔离屏蔽介质的效果，对设备表面进行防护。科学选择防腐涂层，涂层材料具有良好的化学稳定性，不能与设备材料发生反应，而且涂层材料也不能与介质发生反应。通过设计防腐涂层提升设备表面的防腐性能。结合生产工艺及技术要求，科学选择防腐蚀药剂，加强防腐蚀药剂的质量检验工作，避免不合格药剂进入到生产装置。

4.3 完善设备防腐蚀监测制度

为了有效防止和控制石油化工设备腐蚀，更好地保障生产装置安全运行，企业及设备管理部门应根据生产工艺中腐蚀介质的流程分布情况，加强对生产设备的腐蚀检查，建立腐蚀监测网络，为设备检修和防腐工作提供依据。组织专业的技术人员对设备的腐蚀情况进行定期检查，对设备腐蚀状况做出评价，整理出腐蚀检查技术报告。对生产工艺系统中容易发生腐蚀、容易造成严重安全事故的设备，建立定期监测腐蚀制度，在设备容易发生腐蚀的部位设置监测点，由专业技术人员进行定期检测。设备管理部门应根据设备腐蚀监测的具体方案和作业标准建立设备腐蚀监测台账，及时收集设备腐蚀监测数据，完善设备腐蚀监测数据库。通过对设备腐蚀数据的分析研究，得到设备腐蚀速率，制定和优化设备防腐蚀策略。根据石油化工生产工艺特点和规律，对生产物料或过程中间产物中具有腐蚀性的介质进行严格的参数监测，定期分析介质参数，科学控制生产工艺中腐蚀性介质的含量。对生产工艺中能够反映设备腐蚀程度的参数，进行数据收集和整理、定期分析，不断优化生产工艺条件。