催化裂化装置的腐蚀研究

王远 高巍巍 刘毅

摘要：催化裂化装置作为原油二次加工的重要装置，可以将原本的重质油经过加工转化成为人们日常生产生活所需的气体和液体等物质，但在装置的日常生产中会产生腐蚀物，导致装置腐蚀严重，提高了催化裂化过程成本。由于催化裂化装置的结构比较复杂，腐蚀因素比较多，如何对其进行腐蚀控制是需要重点考虑的内容。本文通过对催化裂化装置的腐蚀研究，探讨影响催化裂化装置系统腐蚀内容及控制方法，通过应用智能控制技术实现对催化裂化装置的腐蚀预测及控制，并提出增加催化裂化装置抗腐蚀强度的策略，以望借鉴。

关键词：催化裂化  循环系统  腐蚀控制  耐腐蚀材料

催化裂化装置系统结构包括分馏系统、烟气回收系统、吸收系统、反应系统等，不同系统在装置之中发挥着不同的功能，但均有可能在反应过程中受到腐蚀物影响，导致装置寿命减少，燃料生产效率降低。通过腐蚀控制方式可以减少腐蚀物对装置造成的影响，选择内衬耐腐蚀材料能延长装置的耐腐蝕强度和设备使用寿命。

1 催化裂化装置设备腐蚀结构概述

催化裂化装置受原料及环境等影响导致其出现腐蚀问题。对催化裂化装置的整体结构以及运行工艺原理等进行分析对于腐蚀研究有着积极意义。裂化催化装置结构中包括沉降器、再生器、分馏塔、汽提塔、稳定塔、空冷器等设备，按照其运行工艺可以将其分为再生系统、分馏系统、稳定系统、精制系统四大部分，其中，最易受到腐蚀的部分就是分馏系统。

分馏系统以塔盘的方式存在，在该结构中进行循环炼油。沉降器中的油气会进入到分馏塔的底部位置，进行循环换热。在循环的过程中温度会逐渐升高，并将油浆输入到反应系统之中，温度随之降低。分馏系统在运行过程中，空冷器、水冷器等装置会打开。如此反复的循环，分馏装置极易受到相关物质的影响，导致其出现腐蚀问题，其他部分在循环催化裂化炼制的过程中，也会受到相关物质的影响，从而也会产生相应腐蚀问题。

2 催化裂化装置腐蚀物质

2.1 氯化物腐蚀

氯化物对催化裂化装置的腐蚀比较严重，石油产品在加工过程中原料经过装置系统的罐区以及减压装置，内部含有大量的盐分和水分等物质。原料中尚还包括大量的结晶盐，在与水发生相应的溶解反应之后形成盐水，盐水之中含有大量的氯化物，尤其是氯化钠成本含量最高。原油在装置内发生反应，产生具有腐蚀性的硫化氢物质，其在系统之中不会产生相应的水解反应，在与装置内的金属物质接触之后会发生化合反应，导致装置系统出现被腐蚀的情况^[1]。

2.2 硫化物腐蚀

馏分过程中会导致催化裂化装置中的硫元素生成，由于装置分馏系统在运行生产过程会有所增加，导致馏分分布范围逐渐扩大，生成的硫化物包括硫元素、硫化氢以及其他大量硫化物，在特定的温度硫化物会分解产生硫化氢等物质，在装置内与氧气发生反应之后也会产生二氧化硫等物质，装置中钢结构在接触到硫化物之后，会产生相应的化合反应，导致装置钢结构表面出现腐蚀问题。当装置内的温度达到400℃以上时，硫化氢也会分解成单质，腐蚀性更强。对硫化氢物质的产生机理进行分析，设备的材质、介质的流动情况、温度以及系统内硫化物的浓度均会对装置腐蚀程度产生一定的影响。

2.3 二氧化碳腐蚀

二氧化碳是催化裂化装置中比较常见的腐蚀物，其对装置的腐蚀会以点状、面状、线状等形态出现，经常对管道造成腐蚀，尤其是面状腐蚀对装置管道系统的破坏程度更甚。对二氧化碳腐蚀装置的机理进行分析后发现，二氧化碳物质溶于水之后会发生反应，产生碳酸物质，可以与装置系统中的铁发生反应，导致管道系统出现腐蚀，产生碳酸盐物质。由于该物质附着在装置系统表面的浓度存在差异，在区域内部以腐蚀电偶的方式呈现，使得装置出现局部腐碳酸盐物质附着在钢铁的表面，会导致局部腐蚀现象逐渐加重。值得强调的是，影响二氧化碳腐蚀的因素比较多，装置运行过程中的温度、二氧化碳的分压效果、二氧化碳在管道之中的流速及管道的材质等，均会导致出现不同的腐蚀情况。

2.4 其他化合物腐蚀

氮物质在装置中的含量大致在0.2%左右，以芳烃结构存在于装置的内部，在催化裂化的过程中，该物质会存在于油浆的内部，在经过催化反应所形成的焦炭之内也会存在氮物质，该物质与氧气发生反应之后会生成一氧化氮物质。虽然氮物质本身对装置不会产生相应的腐蚀，但由于该物质经过高温反应之后会发生分解，产生具有强腐蚀属性的氰化物，该物质具有一定的毒性与腐蚀性，在流化过程中氨物质和氰化物的数量也会增加，并在反应过程中不断扩散，使得整个装置系统表面均会附着相应的化合物，导致系统结构强度降低，极易受到腐蚀或者损坏。

2.5 酸碱度腐蚀

催化裂化装置受生产原料所影响，酸碱度存在明显的差异，酸含量过大会导致装置系统受到腐蚀。在300℃的环境下对设备应用情况进行实验，探讨石油酸对装置的腐蚀程度，随着石油酸含量的不断增加，原料中的氯化物含量也会随之增加，水解率也会有所扩大，石油酸在装置系统运行过程中发挥着促进水解的作用，导致在反应过程中会产生大量的氯化物，对装置系统产生腐蚀。

3 催化裂化装置的腐蚀控制策略

3.1 智能系统控制应用

3.1.1 系统模型构建

智能系统在腐蚀预测与控制过程中发挥着重要的作用，越来越多的催化裂化装置在生产过程应用智能系统对其进行控制，实现对系统的腐蚀预测。该系统主要应用人工神经网络智能控制将装置运行过程中的多个神经元节点联合在一起，构建逻辑神经网络，将其分为层次型拓扑结构和互联型拓扑结构两种，实现各个节点之间的科学连接。此外，复制应用BP神经网络结构可以解决系统运行过程中的非线性问题，构建以系统某一结构为核心的系统模型。最后，应用专家预测系统在库中输入大量的理论知识，建立预测数据库，可以根据装置现有的生产情况实现对腐蚀装置的科学预测。对催化裂化装置腐蚀进行研究，应建立催化裂化装置腐蚀模型，将其作为腐蚀控制及腐蚀预测的基础性内容。应用人员应对催化裂化装置腐蚀产生的相关要素进行明确。腐蚀是由于在材料、环境的共同作用下，使得催化裂化装置出现腐蚀问题，导致设备受到损坏。将整个系统作为催化裂化装置腐蚀问题的研究对象，对腐蚀物进行分析，其中包括氯化物、硫化物、二氧化碳及其他化合物等，影响装置腐蚀的因素包括温度及压力等内容。

例如，分馏塔循环系统的腐蚀预测与控制系统建立，将影响系统腐蚀的相关参数输入到系统之中，按照腐蚀机理以及腐蚀的影响因素将各项参数进行关联，其中包括系统运行过程中的压力参数、温度参数及气体和液体的流量参数，流速以及原料成本等，将工艺参数输入到系统模型之中，应基于现有催化裂化工艺流程及所应用的设备型号所确定。在明确系统模型的工艺参数之后，在模型中对各项腐蚀参数等进行明确，按照上述所描述的腐蚀因素，氰化物、硫化物、二氧化碳、其他化合物、酸碱度等物质参数输入到系统之中。基于上述几种参数的输入，需要依据模型及智能系统实现对腐蚀参数的预测，对腐蚀产物、腐蚀情况以及设备的现状等各项参数加以明确。

3.1.2 敏感性分析方法

系统应用应选择监测数据库实现对腐蚀情况的科学预测，并采集以往的数据作为模型训练参数，判断催化裂化装置各区域的腐蚀物质及腐蚀因素，对腐蚀情况等进行了解。明确系统模型各项腐蚀参数之后，应基于智能系统进一步对腐蚀参数的敏感性进行分析，敏感性是指参数变化对系统最终腐蚀预测及控制结果产生的影响。比较常用的腐蚀敏感性分析方法应建立敏感参数变化曲线图，以腐蚀预测结果为基础建立曲线图，当参数发生变化时，腐蚀结果也会产生相应的变化，对其变化规律及变化幅度进行记录，当装置的腐蚀结果达到临界值时，参数的变化最大幅度值也需被记录，根据参数变化与腐蚀结果之间的变化关系及敏感关系，进行最终的敏感性分析。

3.1.3 专家系统建立

专家系统建立以人机交互功能实现装置腐蚀情况的预测以及控制，将装置与计算机程序连接在一起，将专家的知识经验融合在一个数据库之中，对催化裂化装置运行过程中进行推理以及判断，决策最终的腐蚀结果。专家系统在腐蚀预测及腐蚀控制中可以起到分析、诊断、评价、决策等功能，该系统应用基于人机交互界面、数据库、推理机等设备的应用，实现对腐蚀情况的科学控制。就目前的技术而言，专家系统大致可以分为诊断类系统、监控类系统、控制类系统、设计类系统、解释类系统等。催化裂化装置腐蚀问题预测可以应用监控类专家系统及诊断类专家系统，实现对腐蚀问题的预测与研究。

3.2 腐蚀装置环境控制策略

3.2.1 水洗技术

水洗技术是控制催化裂化装置腐蚀情况的比较常用的方式，通过水洗的方式可以清理掉装置系统结构表面的腐蚀性物质，降低相应物质的腐蚀强度。该方法对硫化氢及氰化物均有一定的作用，但水洗技术应遵循一定的标准，具体步骤如下。（1）水洗过程需要在分馏塔的顶侧区域泵口位置注入除盐水等，使其不断注入到塔板的位置。（2）从塔顶位置顶部区域注入相应的水，并将粗汽油、水洗水等物质注入到分馏塔之内，控制流量不断增加，并适当的降低顶侧区域的温度，使得水洗水可以回流，经过泵入口注入到地漏之中。受温度影响而蒸发的水分进入到分离器之中，进行切水。（3）水洗过程需要控制好分离器装置的界位，不定期进行水样分析，当腐蚀物的含量变化处于稳定之后，停止整个水洗的过程。（4）水洗之后需要恢复设备运转，使其可以支持正常的生产过程。

3.2.2 电脱盐技术

电脱盐技术是指将原油性质作为基础内容，对操作条件不断进行调整优化，确保系统在运行过程中可以起到一定的脱盐效果。脱盐之后的含盐量需要得到合理地控制，将每升液体的盐含量稳定在3mg左右，如果含盐量比较高，则需要将其脱除之后使其进入到催化装置之中。目前，新的电脱盐技术也不断尝试应用到具体的装置腐蚀处理之中，包括超声波技术等。

3.2.3 酸碱度控制

酸碱度控制可以减少催化裂化装置运行过程中可能出现的腐蚀问题，酸度越大，装置的腐蚀强度越大，但如果酸碱度过高，则金属装置表面会发生沉淀，使得装置结构出现严重的垢下腐蚀问题。催化裂化装置生产过程中投入的原料大都以酸性物质偏多，采用注氨技术可以实现对原料酸碱度的科学控制，注入量需要控制，过少则会降低设备的抗腐蚀效果，过高则会导致设备堵塞。

3.2.4 腐蚀参数控制

腐蚀参数控制需要基于腐蚀监测系统的科学应用，实现对腐蚀物质的在线监测。当装置内部的腐蚀含量超过标准值之后，系统会自动预警，发出警报。基于监测系统的腐蚀参数控制需要对监测点及监测方法等进行科学控制，监测对象应包括管路、空冷器等，主要对该区域的腐蚀产物的累积量、区域压力及腐蚀速率等。监测系统也应采用可拆卸式的安装方法，选择应用油垫及橡胶材质的石棉板等对其进行密封处理，此外，也要科学按照压力计、分离器等装置，按照不同区域、不同材质的装置进行腐蚀参数明确，对检测对象进行明确，从而判断装置运行过程中内部的腐蚀物质含量以及腐蚀情况，采取相应的措施将腐蚀危害降至最低。

3.3 耐腐蚀材料应用策略

耐腐蚀材料的应用可以提高装置的抗腐蚀效果，延长装置的使用寿命。考虑到装置不同区域的腐蚀情况以及腐蚀程度存在明显的差异，对各设备位置及所采用的材料进行优化设计。例如，可以将装置系统中的反应器可再生器进行优化，其壳体、分离器、拉杆等可以使用耐腐蚀程度比较强的碳钢材料进行制作。再生器的内件也可采用碳钢进行制作，使用内衬技术实现对装置内部的保护。分馏塔、吸收塔及稳定塔也可以应用碳钢对其进行制作，考虑到装置结构之间的协调性及稳定性，可以采用渗铝碳钢和其他规格型号碳钢相结合的方式进行优化设计。

管道也可以采用一些耐腐蚀的材料进行设计，原料系统、反应器装置、再生器装置及分馏塔管道均可以使用碳钢，内部可以采用隔热衬里的方式进行制作设计。经过实验研究，碳钢材料在抗腐蚀上有着很好的效果，同时可以支持催化裂化装置稳定运行，设计与制作人员应充分考虑到催化裂化装置运行过程的稳定性，继而考虑到材料对结构系统抗腐蚀效果的影响。

4 结语

综上所述，催化裂化装置腐蚀影响因素众多，各个系统均有可能被腐蚀，对装置的腐蚀机理及腐蚀影响因素进行研究，多角度探讨催化裂化装置腐蚀控制方法，对腐蚀物质参数等进行明确，可以确保石油生产过程中的安全性。智能控制系统在催化裂化装置防腐蚀生产中具有积极作用，可以提高石油生产效率，降低生产成本。

参考文献

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中图分类号：TE986DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2202-5640-4447作者简介：王远（1989—），男，本科，工程师，研究方向為炼油生产管理和工艺技术。