常减压蒸馏装置常顶低温系统防腐策略

柏宜群，佘 峰，陈敦平，黄晨文，丁平平，程学军

（1.中石化股份有限公司安庆分公司，安徽 安庆 246000；2.中国石化工程建设公司，北京 100000）

某炼油厂Ⅰ套常减压蒸馏装置（简称常减压装置）设计处理能力2.5 Mt/a，1976年10月建成投产。经五次改造后，原油加工能力达到4 Mt/a，装置采用电脱盐→初馏塔→常压塔→减压塔的工艺路线，所炼的原油以鲁宁管输原油为主，掺炼进口轻质原油或国产海上轻质原油。

1 主要腐蚀情况介绍

1.1 常压塔腐蚀情况

2002年常压塔更新，2003年投用，塔体尺寸为φ4 800 mm×52 990 mm×16 mm+衬里3 mm，筒体材质为20R+0Cr13Al，共57层塔盘，塔盘材质为304不锈钢。

常压塔从投用至今，每次停工大修进入内部检查，均发现塔顶5层以上塔盘、降液板、受液槽、塔顶回流分布管、塔顶封头、塔壁甚至塔顶安全阀接管有明显腐蚀减薄或腐蚀开裂现象。2017年5月、2018年1月、2018年7月、2019年2月在装置正常生产中都出现过腐蚀泄漏问题，如常顶注剂点腐蚀穿孔泄漏、常顶大油气线器壁法兰泄漏、安全阀接管腐蚀泄漏等。针对运行中腐蚀泄漏以及大修中发现的腐蚀问题，采取了相应的整改措施，如在线带压堵漏、大修更换配件和材质升级等。

1.2 常顶冷凝冷却系统设备腐蚀情况

原油-常顶油气换热器：管束为钛材，2016年和2019年大修未见明显腐蚀。

常顶空冷器：管束材质09号钢，管束入口衬钛管，2016年和2019年大修均未见明显腐蚀。

常顶后冷器：管束材质为钛材，2016年和2019年大修均未见明显腐蚀。

常顶回流及产品罐：壳体材质A3钢，水包材质Q245R，2016年检修，总体腐蚀轻微；2019年检修，压力表引压管因腐蚀而更换。

2 主要腐蚀机理

2.1 常顶低温系统HCl-H2S-H2O腐蚀

塔顶系统最严重的是盐酸的腐蚀。HCl主要来源于原油中无机和有机氯化物，大部分无机盐可以通过电脱盐脱除，但无法脱除有机氯化物，无机氯盐水解生成HCl［1］。

常压塔塔顶封头、塔壁、上层塔盘以及塔顶冷凝冷却系统：材质为碳钢时，均匀腐蚀减薄；材质为0Cr13时，会发生点蚀；材质为奥氏体不锈钢，会发生点蚀或应力腐蚀开裂。原油中硫化物分解生成H2S，在常压塔顶形成H2S-H2O环境，在低pH值环境下，H2S加速HCl腐蚀，经过水凝结、注水和中和作用，pH值升高，H2S溶解度增大，腐蚀加剧，当pH值增加时，则容易形成不溶于水的FeS，一方面促进HCl腐蚀，另一方面导致结垢和垢下腐蚀等问题。

2.2 氯化铵铵盐堵塞和腐蚀

由于原油中氨氮含量高，同时，常减压塔顶管线注入无机氨或有机胺，在高于水露点温度时，HCl和H2S在塔顶与氨反应生产铵盐（NH4Cl/NH4HS），在满足铵盐结晶条件（一定的冷却温度、一定的NH3、HCl/H2S分压、一定的注水量）时，会生产晶体铵盐，因NH4HS结晶系数比NH4Cl结晶系数大很多，在常减压塔顶铵盐主要以NH4Cl为主［2］，NH4Cl易在塔顶低温系统如塔盘和塔壁结垢腐蚀。另外在塔顶系统泵的抽空、泵进出口弯头短节出现腐蚀，在换热器和空冷器也出现堵塞、腐蚀等一系列问题。

3 腐蚀原因分析

3.1 腐蚀环境分析

3.1.1 加工原油腐蚀介质分析

Ⅰ套常减压装置所加工原油为混合原油（包括鲁宁管输原油和十几种进口原油），2018年、2019年、2020年装置所加工原油分析情况见表1。表1显示，所加工原油无论硫质量分数和酸值都有超过设防值1.0%与1.0 mgKOH/g的情况，硫含量及酸值都处在较高的水平，硫超标对常压塔塔顶低温系统的影响较大。

表1 原油化验分析数据

3.1.2 常顶氯含量分布

Ⅰ套常减压装置采用三级电脱盐，但电脱盐只能脱除无机氯，原油中有机氯无法脱除。2020年常顶氯质量浓度平均39.98 mg/L，最大值99.9 mg/L，相对较高。

3.1.3 注水水质分析

Ⅰ套常减压装置因节水需要，在电脱盐系统所用注水、三顶注水均采用公司Ⅰ污水汽提装置净化水，但净化水水质较差，氨氮含量高且不稳定，经常超过中石化对注水水质要求（NH3+NH+4质量分数≤20μg/g；最大不超过50μg/g），氨氮含量高对常顶低温系统铵盐腐蚀影响较大。

3.2 工艺防腐情况分析

Ⅰ套常减压装置采用 “一脱三注”工艺防腐形式控制三塔塔顶冷凝冷却系统的腐蚀，电脱盐采用三级脱盐，常压塔塔顶挥发线上连续注水、注中和剂（1% ～2%氨水）和微量低温缓蚀剂。

近年来Ⅰ套常减压装置电脱盐运行情况较好，脱后含盐、含水合格率＞99%（中石化要求脱后盐质量浓度不大于3 mg/L，脱后水质量分数不大于0.3%），能够有效脱除原油中无机氯。

常压塔顶连续注水，注水采用净化水，注水量控制在3.5 t/h，注水量满足中石化要求保证注水点有10% ～25%液态水，符合注水量要求。

注低温缓蚀剂：连续注入微量缓蚀剂。

注中和剂：质量分数1% ～2% 氨水，连续注入。

中石化对 “三注”后塔顶冷凝水要求pH值7.0～9.0（注氨水时），铁离子质量浓度不大于3 mg/L，Cl-质 量 浓 度 不 大 于30 mg/L（推 荐指标）。

从表2可以看出常顶工艺防腐控制较好。

表2 常顶回流及产品罐含硫污水分析

3.3 温度控制情况分析

塔顶系统的水露点一般在80～120℃，塔顶注水、塔底注蒸汽时露点温度会相对提高，Ⅰ常减压装置常顶温度控制较高，一般控制在110～115℃，中石化工艺防腐规定要求高于露点温度14℃以上，可计算露点温度，判断控制温度是否在露点以上，从而判断塔顶整体环境（塔顶内部空间、挥发线）是否处于水露点腐蚀风险环境中。

在条件显著不同于整体环境的局部区域（例如盲头、注入点、混合点、顶回流和顶循环返塔入口），温度低于水露点或铵盐结晶温度，从而造成塔壁和回流分布管等塔内件腐蚀。

3.4 材质分析

依据选材导则与相关指导意见对比Ⅰ套常减压装置常顶系统目前的选材，并结合现场实际使用状况，判断目前Ⅰ常减压装置常顶系统设备管道材质的合规性见表3。由表3可以看出，除常压塔顶封头、筒体和塔盘材质偏低外，其他部位材质都符合规定要求。

表3 常顶系统设备管道材质合规性

4 常顶低温系统腐蚀防护建议措施

4.1 原油含硫、含酸控制

因2018至2020年所加工原油硫、酸出现过超装置设防值的情况，工艺上要加强对换罐原油硫、酸含量的监控，及时掌握硫、酸含量变化，强化“一脱三注”工艺防腐，严格控制脱后盐含量、三顶污水pH值和铁离子含量在指标内，必要时调整原油掺炼比。

另外注意原油氮含量控制，增加原油氮含量分析频次，同时注重污水汽提来的净化水质，氮含量高易在常压塔塔顶低温系统形成铵盐结晶，造成铵盐垢下腐蚀。

4.2 温度控制

应核算常压塔顶油气中水的露点温度，控制塔顶内部操作温度高于水露点温度14℃以上。上周期塔顶腐蚀控制较好，可继续按上周期控制塔顶抽出和返塔物料温度，塔顶物料抽出温度和返回温度高有助于减缓塔顶腐蚀。

4.3 注水措施

（1）注水量：Ⅰ套常减压装置常顶挥发线注水量约3.5 t/h，占常顶油气总量的10% ～15%。增加注水量能保证塔顶挥发线及冷凝冷却系统存在一定量的液态水（10% ～25%），注水量太小达不到洗盐和溶解氯化氢的目的，由于水量小，容易气化，未气化的水更容易形成极强的酸性环境，腐蚀明显加剧。

（2）注水位置：常顶油气空冷器不是对称布置的，由于油气进料分布不均匀，介质会发生偏流，而注水点在油气线出来弯头处，注水也无法达到均匀分布。除在塔顶大油气线馏出处注水外，在6台空冷器前也可以增加注水点，以减缓空冷器管束腐蚀结垢。为保证注水正常，可以通过红外测温仪检测空冷器温度来监测。

（3）注水水质：Ⅰ套常减压装置2016年增加三顶注水，注入的水为污水汽提净化水，其水质较差，氨氮含量较高，COD（化学耗氧量）超标，pH值变化大。依据中石化工艺防腐管理规定对净化水水质制定指标，对净化水水质要求有所提高，不能单纯考虑节水。

（4）注水形式：Ⅰ套常减压装置常顶注水采用的是导流管，不是注水喷头，应当选用专业可拆卸的喷头。

4.4 定点测厚

定点测厚布点原则应参考中国石化《加工高含硫原油装置设备及管道测厚管理规定》进行，对于易腐蚀和冲刷部位应优先考虑布点，如系统在注水点以后的管线、常减压高低速转油线等，同时，Ⅰ套常减压装置较老，经过多次扩能改造，设备扩能改造管线未能同步匹配，会造成管线流速增大，造成冲刷腐蚀。

应结合装置特点对常压塔塔顶低温系统相应部位布点测厚。

（1）常压塔：塔顶封头、4层以上塔壁、各侧线抽出口短节、进料段以下塔壁及塔底封头。

（2）常压塔顶冷凝冷却系统：空冷器、冷却器壳体及出入口短节，常顶回流、常顶循管线以及返塔部位塔壁、常顶回流分液罐罐壁。

4.5 材质升级

经过对比选材导则和几个相关指导意见，结合Ⅰ套常减压装置常顶系统设备腐蚀情况，分析判断常压塔顶、塔盘材质偏低，可以利用大修或改造机会进行材质升级，可升级为8367材质或625合金。

4.6 流速控制

Ⅰ套常减压装置已运行44 a，虽经多次扩能改造，但与系统配套的设备与管线未能进行同步改造，部分管线流速较高，易发生冲刷腐蚀，不论是低温还是高温部位都需要特别关注流速状况，可委托设计单位定期测算流速，特别是塔顶抽出弯头部位，观察流速变化。

4.7 空冷偏流控制

一般常减压装置塔顶抽出进换热器和进空冷器不是对称布置，介质会发生偏流，分布不均匀，另外，由于几组空冷风机不是同时启用，也会造成空冷器油气进料偏流，导致空冷器管束局部腐蚀，影响空冷器长周期运行。因此风机启停要对称，也可以采用红外热成像检查塔顶空冷偏流情况。

5 结 语

（1）塔顶温度控制较高，同时塔顶注水，塔顶低温系统整体环境盐酸露点腐蚀风险较低，但存在局部冷凝部位，如塔顶顶循回流分布管、塔顶循人孔部位，特别是材质为不锈钢时，盐酸露点部位会造成奥氏体不锈钢氯离子应力腐蚀开裂（存在焊接残余应力时）。

（2）常压塔顶内壁及塔盘等塔内件材质偏低时，塔顶复杂的HCl-H2S-H2O腐蚀环境，会造成塔壁点蚀或均匀腐蚀减薄。

（3）装置加工原油氨氮含量不明，注净化水氨氮超标，注氨水量大，氯含量高，会造成常顶系统铵盐（氯化铵）垢下腐蚀。