炼化企业设备防腐的管理措施研究

2023-01-14邱玉见

设备管理与维修 2022年14期

邱玉见

（中国石油广东石化分公司，广东揭阳 515200）

0 引言

探索炼化企业设备防腐的管理措施，需基于企业设备整体的防腐现状，研究其防腐管理中存在的问题与缺陷，以此为导向来制定针对性的管理措施，并对管理效果加以监测，根据管理效果来调整与完善管理措施，以发挥其最大价值与效用，最大程度地避免出现同种类型的腐蚀问题，提升炼化企业的经济效益。

1 炼化企业设备防腐现状

国内炼化企业在炼化进程中出现的差异化生产特征，主要原因是各个区域的油品有着较大性能差异，故而面对的设备腐蚀状况有着较大不同。原油中不同含量的酸、油会对炼化设备产生不同的影响，且在炼化过程中也会有其他腐蚀性物质混入其中，造成设备的腐蚀。通过对国内各个区域炼化企业设备腐蚀的调查分析，原料对化工设备产生的影响最大，其次是选择的生产工艺。例如，如果在生产过程中乙烯裂解装置持续处于低温环境，不但其稳定性难以保证，还会发生工艺设备的腐蚀现象。

2 炼化企业设备腐蚀机理

2.1 氢损伤系统

（1）氢腐蚀。氢腐蚀指的是在200 ℃及以上的高温条件下，氢（H2）分压超过0.15 MPa 就会造成设备腐蚀。钢材中溶解的氢气会与碳化物发生分解反应生成甲烷气泡，这会造成钢材内部、表面脱碳，降低钢材的韧性、塑性与强度。

（2）氢鼓泡。氢鼓泡指的是氢原子通过扩散运动进入钢材内，并在钢材内部空穴位置结合为氢分子，在氢分子停止扩散时会在其停止的位置产生内压，造成钢材表面位置鼓泡、破裂。例如，S（硫）在轻油区存在形式为H2S，因H2O 与H2S 等造成H2的存在以及焊接时氢气的导入，在金属内部以氢原子的形式存在并在金属缺陷位置集聚产生H2。如果该位置压力持续增高，最后会导致其表面开裂[1]。

2.2 氯化物的腐蚀

油井中直接提取的原油中富含无机盐，无机盐中氯化物占据一大部分，主要包括氯化钙、氯化镁、氯化钠等，这部分盐在原油常减压蒸馏装置中处理时会水解为HC（l氯化氢），这部分HCl 与水在露点温度时会严重破坏与腐蚀炼化设备。钠盐在蒸馏时一般不会出现水解，但在原油中存在环烷酸或能与其反应的金属元素时，如果处于300 ℃的高温则有可能通过水解产生HCl。此外，原油有时会有HCl 结晶析出，主要原因是在开采原油时在其中添加的清蜡剂中含有约20%的氯代烷烃，将其置于水中并在不低于100 ℃环境下会水解形成HCl。

3 炼化企业设备防腐的管理措施

3.1 合理选择材料

（1）优化、升级炼化设备。建议炼化企业应当尝试性地在低温区域选择碳钢来进行生产作业，在完成工艺升级的状况下增强炼化水平、提升炼化质量。在炼化加工过程中宜选择高质量的合金与碳钢，这样可以降低腐蚀问题的概率，并避免在温度变化时影响原油的生产过程，如300 系列的钢可起到防腐的作用并可提升炼化质量。

（2）还可选择将碳钢材料、合金材料等应用到一些腐蚀性弱的工序中，以工艺防腐的方式来降低设备被腐蚀的可能性。也可以选择以哈氏合金等材料来升级炼化装置，避免强碱、强酸溶液腐蚀炼油装置[2]。

（3）选择渗铝钢设备。渗铝指的是高温环境下活性铝原子持续扩散到合金或碳钢表面而形成一层铝铁合金层的工艺方式，表面装置铝铁合金层的钢称作渗铝钢，这类钢材最大的特点是可以在一定程度上提升母材的机械性能。需注意的是，渗铝钢材在1000 ℃的环境下是奥氏体区，因冷却速度的差异性，母材会形成性能差异的组织，中高合金钢材在整体过程会出现相变，造成机械性能变化，如果性能变差则需重新评价渗铝钢母材整体的韧性、强度。

3.2 注重炼化设备升级

（1）在炼化企业生产过程中，为保障炼化质量与效率，提升炼化稳定性，有必要升级炼化设备，这要求炼化企业多观察市场变化，并根据自身的炼化工艺特点与经济发展状况，选择性地引进一些高质量的炼化设备，如催化裂化塔、蒸馏塔、常减压系统等。

（2）为了实现炼化设备的有效防腐，除了设备更新之外，还应制定细密的装备升级方案，综合考虑炼化企业的发展方向、各项设备出现腐蚀概率大小、腐蚀问题的严重性、企业在防腐方面的成本投入。应遵循“轻重缓急”的更新原则，首先淘汰一批对整体炼化工艺影响较大的设备，避免其对其他正常设备造成影响，然后分批次引进价格适宜、效果明显的防腐设备，以保证设备防腐工作的稳定进行[3]。

3.3 电化学保护

电化学保护的依据是金属腐蚀整体过程的电化学原理，通过一定的方式使被保护金属电极电位朝着固定的方向变化以降低金属腐蚀速度，来达到设备防腐的目的。该种方式经济、有效、简单、易操作。

电化学保护包括阳极保护、阴极保护两种模式，其中：阴极保护指的是促使被保护金属电位负移，以此来形成阴极变化，使其扮演电化学体系阴极来实现对其的有效保护；阳极保护则是保护金属电位正移，这样就形成了阳极变化、实现对其的保护。为提升保护质量，还可以采用缓蚀剂实施对设备的联合保护，目前该方式已经被广泛应用于炼化企业的给水加热器、冷却器、淡水冷却槽、地下油罐、地下油气管线等设备[4]。

3.4 “一脱四注”实现设备防腐

腐蚀介质一般来源于加工原油进程中不需要的物质，故而可选择在较早阶段脱除设备中存在的腐蚀介质，加入缓蚀剂，不断降低腐蚀介质的量与活性，以此来缓和设备所处的腐蚀环境，达到设备防腐的目的。在炼化进程中，处理腐蚀介质的进程一般是结合工艺生产同步进行的，即石油炼化加工进程中经常用到的防腐方式——“一脱四注”。

“一脱”指的是原油脱盐。原油中少量的盐，水解产生氯化氢气体，形成“HCl—H2S—H2O”腐蚀介质，造成常压塔顶塔盘、冷凝系统的腐蚀。原油脱盐后，减少原油加工过程中氯化氢的生成量，可以减轻腐蚀现象。

“四注”指的是注碱、注氨、注碱性水、注缓蚀剂四步工艺。原油注碱的目的主要是使脱盐后残留在原油中的MgCl2、CaCl2变成NaCl，而NaCl 不易水解、也不会产生HCl 气体，进而减少HCl 的生成、有效控制盐腐蚀。另外，它还能中和部分石油酸和H2S，减少因它们而产生的腐蚀问题；原油脱盐注碱后的常压塔顶冷凝系统有残留的5%～10%的HCl，会造成冷凝区严重的腐蚀。在塔顶注氨，目的是在水蒸汽冷凝成液态水之前中和HCl气体、生成氯化铵，减少HCl 水溶液生成；但形成的氯化铵会堵塞设备，注水的目的就是溶解氯化铵、防止其沉积，避免堵塔；缓蚀剂是能形成膜的有机胺类化合物，它们具有表面活性，能够吸附在金属表面，形成一层抗水性保护膜，遮蔽金属同腐蚀性水相接触，使金属免受腐蚀[5]。

3.5 腐蚀监测

（1）信息化技术的快速发展，间接推动了检测技术的进步，在炼化企业中加强实时腐蚀监测技术的应用，通过各种先进的监测仪器与分析方式来掌握各项炼化设备的腐蚀状况。例如：监测各项设备在各种环境因素下的腐蚀速度，可将设备重新布置在新的环境下降低其腐蚀速度；构建设备腐蚀信息数据库，利用大数据技术收集、整理、分析各个炼化企业各个阶段、各项设备的腐蚀状况输送到设备腐蚀数据库中，及时反馈各项设备的具体腐蚀状况，协助相关管理人员根据腐蚀信息来制定与实施对应的防腐蚀策略，从而实现提前防腐，降低企业损失。

（2）完善炼化企业腐蚀监测机制，推行岗位责任制以及精细化管理制度，制定防腐目标，根据企业防腐管理岗位配置，将防腐目标进行细化，细化到各个岗位，明确各个岗位的防腐任务、责任与义务，以提升防腐管理人员的工作热情与积极性，并促使其通过各种途径与方式来提升其本身的防腐水平。还应对防腐管理人员进行定期考核评价，评价内容集中在其防腐岗位目标的完成度、积极性以及为企业提出的防腐建设性意见，评价结果直接关系着其的薪酬、待遇与奖励等。此外，还需以防腐监测结果为基础召开组织防腐蚀工作分析会，根据定点测厚数据及腐蚀速率的变化及时调整防腐蚀对策，不断总结经验并完善防腐蚀管理工作，并对在防腐工作中表现优异的管理人员进行集中奖励。

3.6 金属涂层与转化膜

因为很多劣质原油中掺杂着硫等杂质，提高了整个炼化过程的难度，因此应重视炼化装置腐蚀问题，提升各项设备与工艺的整体防腐能力，降低各种设备腐蚀问题的频率。通常企业会采取以下两个措施。

（1）深化金属涂层的应用方式，可以在炼化装备表面喷涂耐腐蚀金属或腐蚀能力强、耐氧化、耐高温的合金土层，这样可以有效保护炼化设备表面不被腐蚀或降低腐蚀速度，给维护保养人员争取足够的时间来发现并解决腐蚀问题。还可选择热浸镀、热喷涂等方式来处理运输罐内部涂层，避免其在运输过程中腐蚀相关设备设施。

（2）选择金属转化膜，通过该种转化膜来让金属设备表面产生化学反应或者电化学反应，借助反应来生成与水不相容但附着性较高的化学转化膜，以实现对金属设备的有效保护。当前阶段应用较多的转化膜形式为钝化处理，其借助钢板镀锌等方式来实现对金属罐体表面的电化学处理，在其表面形成一层金属转化膜，切实提升其抗腐蚀能力[6]。