试析炼化设备腐蚀及防护措施

2023-01-02许蕴博

中国设备工程 2022年8期

许蕴博

（大庆石化公司炼油厂污水车间，黑龙江大庆 163711）

随着现代信息技术的应用和普及，社会生活出现了各方面的变化，石油化工行业也开始步入快速发展时期，石油需求量不断增大，油田开采频率不断增高，使得炼化设备腐蚀情况更加严重，如果不能及时进行防护处理，将会造成严重的环境污染问题，甚至还会威胁到人们的生命安全，在此情况下，展开炼化设备腐蚀防护工作则成为一种必然选择。

1 炼化设备腐蚀原理和腐蚀类别

1.1 基本原理

在石油化工行业，炼化设备腐蚀情况十分常见，从当前各种设备的实际使用情况来看，腐蚀是造成设备出现故障的主要原因。在日常生产工作中，炼化设备多处于复杂的生产工作环境，很容易受到电化学腐蚀等多种因素的干扰，促使炼化设备腐蚀情况也更加严重。炼化设备多由金属组成，金属对于生产环境的要求较高，很容易和周边环境发生化学反应，从而造成设备腐蚀情况。例如，金属腐蚀情况，则是由于金属自身的热力学不稳定状态，使得后续工作过程中极易出现金属材质变质的问题。

1.2 腐蚀类别

（1）氯化物腐蚀。氧化物腐蚀则是一种较为常见的炼化设备腐蚀类别。通常而言，对于那些直接从油井中开采得到的原油，主要成分则为无机盐，无机盐中含有大量氧化物，例如，氯化钠、氯化镁、氯化钙。这些氧化物的存在也会相应滋生化学反应，当处于露点温度，在水解作用下将会形成HCI，进而和水相应发生反应，从而严重损坏炼油设备。需要注意的是，处于蒸馏情况下，钠盐并不会发生水解反应，只有原油中含有相应反应元素，如环烷酸、金属元素，且温度超过300℃，才会发生水解反应，最终作用形成HCI。在实际水解过程中，真正生成的HCI含量不一，如果原油开采时期加入清蜡剂，将会促使HCI含量超标，甚至比无机盐水解HCI含量都高。清蜡剂作为一种特殊的化学制剂，能够起到清除蜡沉积物的作用，在清蜡剂中含有大约20%的氯代烷烃，当生产作业环境温度超过100℃，则会在水解作用下相应生成HCI。

（2）氢损伤系统。氢损伤系统则可以划分为三个方面，分别是氢脆、氢腐蚀、氢鼓泡。首先，对于氢脆。高强度钢氢原子进入到金属内部、融入晶格中，将会促使晶格发生一定程度的应变情况，无论是金属自身延展性，还是金属韧性都会相应降低，从而造成金属很容易出现脆化情况，这种情况就是氢脆。氢脆情况一旦发生则很难恢复，主要存在于低温环境，应力腐蚀中的氢脆现象更是不可逆转的。其次，对于氢腐蚀，将会受到温度、氢分压的共同作用。一般来讲，氢腐蚀情况主要发生在温度超过200℃、氢分压超过0.15MPa的作业环境，使得钢材中的氢气、不稳定碳化物都会相应进行化学反应，分解出碳化物中的碳元素，最终作用形成甲烷气泡，这些甲烷气泡本身存留在晶界分布区域。氢腐蚀情况较为常见，一旦炼化设备出现氢腐蚀现象，将会对钢材造成严重影响，无论是钢材强度，还是钢材韧性都会相应降低。最后，对于氢鼓泡，则主要指代当氢原子处于运动过程中，将会直接扩散到钢中，并在空穴位置作用形成氢分子，氢分子不同于氢原子，不能继续进行扩散，但会和金属一些部分相应反应生成内压，促使钢材受损，相应出现鼓泡、破裂等一系列问题。例如，对于轻油区硫，则主要表现为硫化氢，之所以会呈现为硫化氢的形式，则是由于硫化氢的反应作用，促使氢气体可以直接引导到金属内部，最终汇聚形成氢气，还会相应增大材料缺陷位置的压力，进而导致开裂问题。

（3）环烷酸腐蚀。在原油中含有大量酸性化合物，超过90%的酸性化合物都是环烷酸RCOOH，除此之外，还有苯酚类、脂肪酸等多种有机酸性化合物，这些酸性化合物总称为石油酸。对于原油中含有的环烷酸，处于不同的生产条件，自身的腐蚀性能也会呈现出明显差别。一方面，当环境温度低于220℃，环烷酸本身的化学腐蚀活性很弱，可以直接将环烷酸看做是应用效果较好的表面活性剂。另一方面，当环境温度高于350℃，环烷酸本身的化学腐蚀活性很强，特别是将环烷酸和硫化氢共同作用时，硫化氢还会基于高温作用进行分解，最终生成S和Fe，S和Fe又会相应发生反应最终形成不溶性保护膜，不溶性保护膜当和环烷酸共存，便会相互发生化学反应，再次作用生成环烷酸盐、硫化氢，这种环烷酸盐本身具有油溶性，硫化氢则可以再度和Fe进行相互反应，加速设备的腐蚀情况。

2 炼化设备腐蚀防控保护措施

（1）选择防腐材料。针对炼化设备腐蚀情况，要想实现防控保护的作用，则需要针对不同腐蚀问题，合理采取措施。其中应用最简单、广泛的炼化设备防护措施则是从材料入手，尽可能选择一些防腐材料，确保炼化设备焊接性能、耐蚀性能。渗铝是一种较常见的化学热处理工艺，当处于高温作业环境下，活性铝原子将会相应发生化学反应，从而慢慢扩散到合金表层，抑或扩散到碳钢中，最终作用形成铝铁合金层。钢材表面带有铝铁合金层能够强化自身的防腐性能，这类钢材又可以称为渗铝钢。渗铝钢性能和母材性能保持着紧密联系，随着母材性能的不断降低，渗铝钢自身的防腐性能也会相应降低，难以发挥自身功效。当温度保持在1000℃，处于奥氏体区的钢材将会受到冷却速度的影响，使得母材也开始呈现出不同的形式，如果是高合金钢，还很容易损害钢材自身的机械性能。

（2）电化学保护法。基于金属腐蚀电化学原理，采用电化学保护法，则能够有效应对炼化设备腐蚀情况，促使已经处于被保护金属的电极电位，可以直接朝着保护炼化设备应用性能的方向前进，切实降低金属腐蚀速度，实现强有效的金属保护工作。电化学保护法包括两种，第一种则为阳极保护法，第二种则为阴极保护法。两种保护方法应用原理类似、作用方式相反，阴极保护法则是应用较为广泛的电化学保护方法，不仅可以应用于地下油气管线，还可以直接应用于地下油罐，能够促使保护金属电位形成负移情况，最终实现阴极极化的作用效果。为了切实强化炼化设备的防腐效能，还可以在应用电化学保护法的基础上，将电化学保护法和缓蚀剂进行共同作用，形成强有效的防腐蚀效果。但是，需要注意的是，采用电化学保护法本身耗电量较大，费用成本投入也高。

（3）注重腐蚀监测。伴随着大数据、云计算、人工智能等各种现代信息技术的应用，将技术手段应用于炼化设备腐蚀防护工作中，也能够取得理想的应用效果。通过应用在线腐蚀监测技术，则可以充分利用各种仪器设备，明确材料处于不同工艺环境的腐蚀情况，并将具体腐蚀情况以数据的形式构建形成炼化设备腐蚀信息数据库，工作人员便可以直接通过腐蚀信息数据库查看腐蚀情况，及时采取有效措施缓解腐蚀状况。

（4）采取一脱四注。炼化设备出现腐蚀情况，很多时候都是由于原油加工中含有一些不需要的成分，这些物质的存在加剧设备腐蚀情况，在此情况下，便可以预先去除腐蚀介质，相应添加一定含量的缓蚀剂，不断降低腐蚀介质自身的活性，从而起到炼化设备防腐的作用效果。需要明确的是，石油化工行业独有防腐蚀方法则为一脱四注，处理腐蚀介质则多是处于工艺生产时期。

（5）改善腐蚀环境。炼化设备腐蚀情况很大程度上会受到工艺生产环境的影响，为了切实减少设备腐蚀情况，则需要从工艺环境入手，改善腐蚀环境，特别需要控制介质中的有氧含量、PH值等参数信息，还可以基于金属特性和工作环境，合理选择缓蚀剂，切实减小设备腐蚀情况，提高设备使用的安全性和可靠性。

（6）有机涂层技术。基于不同的介质类别，展开炼化设备防腐蚀处理，还可以采用有机涂层技术，促使炼化设备能够保持良好运行状态，也能够提高能源利用率，减少资源浪费。通过而言，对于炼化设备，是否处于传热条件，最终形成的设备腐蚀情况都会出现明显差别。采用有机涂层技术则可以在设备表面形成保护层，在一般的作用条件下都能够起到良好的作用效果。