常减压蒸馏装置的腐蚀风险分析与控制建议

2022-12-17汉继程朱文胜尚跃再官自超狄志刚

腐蚀与防护 2022年10期

汉继程,夏渊,缪磊,朱文胜,尚跃再,官自超,狄志刚

(中海油常州涂料化工研究有限公司,常州 213016)

近年来,随着石油资源的深度开采以及进口高硫、高酸原油的不断增加,原油劣质化趋势日趋明显,这对炼油厂的安全及长周期运行造成了严重威胁[1]。常减压蒸馏装置是炼厂最为关键的装置之一,作为原油加工的第一道工序,典型的腐蚀问题是分馏塔顶冷凝冷却系统的HCl+H2S+H2O腐蚀,以及高温部位(温度大于220 ℃)的硫-环烷酸腐蚀[2-3],常常会造成设备、管线的腐蚀泄漏,甚至还会引起装置的非计划停工、安全环保等事故,并对后续加工装置的连续稳定运行、炼厂的生产平衡造成影响,严重影响炼厂的安全性和经济效益。

某350万吨/年常减压蒸馏装置为典型的燃料油型三段常减压装置,采取三塔两炉技术,即按照生产流程顺序设置电脱盐、初馏塔、常压炉、常压塔、减压炉、减压塔,装置设备、管线的主体材质均为碳钢。按照装置的原设计需求,主要加工大庆原油等低硫低酸原油,近年来逐渐掺炼苏丹达尔原油、俄罗斯原油等高酸、含硫原油。原油酸值、硫含量的增加会导致炼油装置设备腐蚀加剧,为了加强对常减压蒸馏装置的腐蚀监控与防护,减少由于腐蚀造成的生产波动,保障装置安全长周期运行,需对装置的腐蚀与控制状况进行系统分析,并在此基础上完善和优化腐蚀控制方案,确保装置的腐蚀受控。

1 装置的腐蚀风险分析

1.1 加工负荷情况

炼油装置的加工负荷是影响腐蚀的重要因素之一。装置的处理量过低,会造成装置各部位流速过低、腐蚀性介质滞留,从而加剧设备和管线的腐蚀;装置的处理量过高,会造成装置各部位的流速增大,加大对设备、管线的冲刷腐蚀,并引起塔顶低温部位露点后移造成的腐蚀问题。某常减压蒸馏装置的加工负荷情况见图1。

图1 某常减压蒸馏装置加工负荷变化情况

由图1可见:该装置的最低加工负荷均在80%以上,最高加工负荷每月均超过装置设计值的120%。一般来说,装置应尽可能控制加工量为设计值的60%～110%。因此,常减压蒸馏装置的高温、低温部位均存在较高的冲刷腐蚀风险,且塔顶低温部位可能存在由于负荷增加引起的露点后移等问题,这增大了塔顶低温部位的腐蚀风险。

1.2 加工原料的腐蚀性

1.2.1 原油酸值和硫含量的变化情况

常减压蒸馏装置加工混炼原油中的硫、酸含量是影响设备腐蚀的主要因素,硫含量、酸值的升高都会增大装置的腐蚀风险。某常减压蒸馏装置加工混炼原油的酸值、硫含量变化情况见图2。

图2 加工混炼原油的酸值、硫含量变化情况

从图2可见:加工原油的酸值在1～2月均低于0.05 mgKOH·g-1,硫含量在1～3月均约为0.1%;3月以后酸值、硫含量均有明显升高趋势,其中酸值最高达到0.46 mgKOH·g-1,硫的质量分数最高为0.22%。由于酸值和硫含量的升高,装置三顶低温系统的HCl+H2S+H2O腐蚀、高温部位的硫-环烷酸腐蚀风险均存在升高的趋势。

1.2.2 进装置原油的总氯变化情况

混炼原油经电脱盐后进入装置,其总氯含量变化情况见图3。

图3 原油的总氯含量变化情况

由图3可见:经电脱盐后进混炼原油的总氯含量呈逐渐升高的趋势,最高达到5.14 mg·kg-1,说明原料中存在一定量有机氯(无机氯在电脱盐过程中大部分会脱除),在后续加工过程中会产生氯离子,造成三顶低温系统HCl+H2S+H2O腐蚀加剧,需要考虑有机氯对后续装置的腐蚀影响。

1.3 电脱盐的控制情况

电脱盐是确保炼油厂后续加工装置安全长周期生产必不可少的措施。通过从原油中脱除盐、水和其他杂质,降低原油的水含量、盐含量,达到降低后续工序腐蚀的目的。某常减压蒸馏装置1～10月电脱盐脱后原油盐含量合格率分别为97.24%(按≤3 mg/L计)和30.34%(按≤2 mg/L计),脱后盐含量与指标要求还存在一定差距;电脱盐后水含量合格率为100%,脱后水含量控制较好。电脱盐后原油盐含量超标,加上装置加工负荷较高,会造成塔顶冲刷腐蚀、露点后移等问题,导致三顶低温系统H2S-HCl-H2O腐蚀风险加大。

1.4 塔顶低温系统的腐蚀风险

1.4.1 塔顶露点温度

(1)塔顶露点温度计算

根据常减压蒸馏装置的温度、压力等工艺数据以及物料平衡数据,对初馏塔顶、常压塔顶、减压塔顶的露点温度进行了模拟计算,结果见表1。

表1 塔顶的露点温度计算结果

根据炼油装置工艺防腐蚀的控制要求,为防止和减缓塔顶低温系统结垢、结盐和腐蚀,应控制塔顶操作温度超过露点温度14 ℃。根据露点温度计算结果,即初馏塔、常压塔顶和减压塔顶的温度应分别超过78,106,38 ℃。

(2)塔顶温度控制情况

装置初馏塔、常压塔、减压塔的塔顶的实际操作温度变化情况见图4。

图4 装置初馏塔、常压塔、减压塔塔顶的实际操作温度变化情况

由图4可见:1～9月,常减压蒸馏装置初馏塔顶操作温度为123～135 ℃,常压塔顶操作温度为104～117 ℃,减压塔顶操作温度在42～54 ℃。按照三顶露点温度计算结果,以及工艺防腐控制要求,应控制初馏塔顶温度>78 ℃,常压塔顶温度>106 ℃,减压塔顶温度>38 ℃。

从温度控制情况来看,初馏塔顶温度虽然控制在露点控制温度以上,但温度偏高,会造成塔顶馏出量增大、负荷偏高,对设备和管线的冲刷腐蚀及露点后移的腐蚀风险将增大;常压塔顶温度控制基本符合要求;减压塔顶温度控制在合理范围。

1.4.2 塔顶含硫污水控制情况

为了控制和减缓塔顶低温系统的腐蚀,常减压蒸馏装置在初馏塔顶、常压塔顶、减压塔顶馏出线中注缓蚀剂+水,并对塔顶含硫污水的pH、铁离子、氯离子含量等进行分析,掌握腐蚀控制状况并对注水量和注剂量进行调整。

由图5可见：初馏塔顶部分pH在3～4月低于6,常压塔顶pH在2月、5月、7月、9月均低于6,减压塔顶部分pH在3月～4月低于6;初馏塔顶铁离子含量在7月、10月存在部分超过3 mg/L的情况,常压塔顶铁离子含量在2月、4月、9月存在超过3 mg/L的情况,减压塔顶铁离子含量控制较好,均低于3 mg/L;三顶含硫污水的氯离子含量变化趋势基本一致,均存在大部分时间超过30 mg/L情况。

(a) pH变化情况

按照炼油装置工艺防腐控制要求(表2),装置初馏塔顶、常压塔顶、减压塔顶含硫污水的pH、铁离子、氯离子含量存在较多超标情况,说明塔顶的腐蚀风险均未得到有效控制,需要进一步加强工艺操作,并适当加大注水量、注剂量,合理控制塔顶的腐蚀风险。

表2 塔顶的水质控制情况

1.5 高温部位的腐蚀风险分析

针对常减压蒸馏装置服役温度220 ℃以上的高温管线,根据高温管线内介质硫含量、酸值分析数据,初步测算了腐蚀速率;同时根据NACE RP0775—2005标准规定的腐蚀速率等级(腐蚀速率>0.13 mm/a为严重腐蚀),将各部位腐蚀速率进行了对比分析,结果见图6。

图6 高温管线的腐蚀速率

由图6可见：由于装置主体材质为碳钢(仅常压、减压转油线材质为0Cr18Ni10Ti),1号加热炉进料、常二线、常三线、常四线、二中出、常压塔底、2号加热炉进料、减二线、减三线、减四线、减压塔底等管线的腐蚀速率全部超过0.13 mm/a,部分管线的腐蚀速率甚至超过1 mm/a,均存在较高的硫-环烷酸腐蚀风险。