煉油裝置防腐蝕設防值研究

劉小輝，李貴軍，蘭正貴，黃賢濱，張艷玲

(中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，山東青島 266071)

煉油裝置防腐蝕設防值研究

劉小輝，李貴軍，蘭正貴，黃賢濱，張艷玲

(中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，山東青島 266071)

設防值的概念是一個安全的概念，而設防值的目標是確定裝置必須達到抗腐蝕的能力，保障裝置安全平穩運行。加工劣質原油容易對裝置的安全生產造成沖擊，尤其對常減壓蒸餾裝置和二次加工裝置造成嚴重腐蝕，并造成了一系列的安全問題，因此為裝置設置一道安全警戒線即設防值顯得尤為重要。確定裝置設防值可以幫助企業合理安排生產，合理采購原油，合理地進行原油混兌，保證裝置不因腐蝕發生事故造成停車。文章還就原油劣質化程度加重;裝置設備和管道的改變;裝置長周期安全運行的壓力增大;裝置本身存在缺陷;原油的合理采購與優化排產需要以及企業效益的變化等方面闡述了設防值研究的必要性，并對設防值的研究情況進行了分析。

劣質原油 腐蝕 設防值 硫含量 酸值 安全

設防值的概念是一個安全的概念，正如抗震設計中，根據使用功能的重要性把建筑物分為甲、乙、丙、丁四個抗震設防類別一樣。而設防值的目標是確定裝置必須達到的抗腐蝕的能力，保障裝置安全平穩運行。

最初的設防值研究是2008年中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院(以下簡稱青島安全工程研究院)針對某企業改煉高酸原油后為確保裝置的安全平穩運行而研發的，是由裝置的腐蝕適應性評估技術延伸出來的，腐蝕適應性評估技術是青島安全工程研究院隨著國內的石化企業加工原油不斷劣質化，借鑒國外先進風險評估技術而發展起來的一項石化設備定量風險評估技術。

1 裝置設防值研究的必要性

裝置是針對特定的原料進行設計和建造的，對于新建裝置，以設計的硫、酸含量作為設防值較為合理。但裝置建成投產后，由于原料的變化以及隨著生產時間的推移，情況將發生變化。

1.1原油劣質化程度加重

世界上含硫和高含硫原油的產量已占世界總產量的75%，其中硫質量分數大于2%的高含硫原油約占30%;2007年全球高酸原油(原油酸值＞1.0 mgKOH/g)產量為127 m3/d，占全球原油總產量的10%左右。不少煉油企業由于原油種類繁多，原油調合設施不完善，原油質量監控不及時，給裝置帶來了較為嚴重的腐蝕問題。確定裝置設防值可以幫助企業合理排產，合理采購原油，合理地進行原料混兌，保證裝置不因腐蝕發生事故造成停車。

1.2 裝置設備和管道的改變

裝置在生產運行期間或停工檢修期間，會發生局部變化，如對部分設備管道進行更換、升級或改擴建等，裝置材質和操作條件的變化也將影響到裝置對腐蝕介質的耐受能力，發生改變后其設防值的合理性也需要進一步研究。

1.3 裝置長周期安全運行的壓力增大

近年來，中國石化進口高酸原油的數量和加工能力大幅度增長，2007年同比增長23.4%，2008年比上年又增長了44.4%，2010年比2008年又增長了49%。

為了提高經濟效益而不失安全，挖掘裝置加工劣質原料的潛力，則應根據裝置的設計硫、酸含量，裝置施工中關鍵部位的實際用材情況，腐蝕適應性評價結果，以及裝置生產管理、腐蝕檢測的實際水平和經驗來推算設防值。

煉制高酸和高硫等劣質原油的利潤較高，但不能犧牲安全獲取效益。

1.4 裝置本身存在缺陷

由于裝置本身存在缺陷，長期超設防值運行極易產生異常腐蝕，并造成設備跑、冒、滴、漏以及裝置的非計劃停工。

造成裝置長期超設防值運行的情況歸結起來有以下幾個方面:

(1)一些早期設計的裝置，設防值較低，只能靠“吃精糧”，“吃不了粗糧”，但裝置已經找不到“精糧吃”，只能靠“吃粗糧”，造成了裝置長期超設防值運行。

(2)有的裝置由于加工原油種類的變化，造成了裝置長期超設防值運行。

(3)有的企業由于效益任務壓力大，就在原油采購上盡量節省費用，以此降低加工成本，獲取效益最大化，從而不顧裝置設備和管道的腐蝕承受力，大量采購劣質原油，因而造成長期的超設防值運行，最終釀成了安全事故。

1.5 原油的合理采購與優化排產需要

作為煉油裝置生產的組織并不只是一個部門的事情，而應從原料、排產、設備、生產、計劃、技術和安全等方面齊抓共管，按照裝置的設防值要求組織生產，才能最大限度避免安全事故的發生。

1.6 企業效益的變化

隨著原油價格的變化，加工劣質原油的相對優勢程度也會發生變化，企業的意愿也會隨之發生改變。為了提高經濟效益，挖掘裝置加工劣質原料的潛力，企業希望了解裝置各環節對于物料腐蝕介質的耐受能力，以期通過少量的材質升級或有針對性的加強薄弱環節的監檢測，來提高裝置腐蝕介質耐受能力，獲得最大化的經濟效益。

2 設防值的研究

硫和酸等腐蝕性雜質在高溫下對材質造成高溫硫和環烷酸腐蝕，隨著溫度升高腐蝕加劇;裝置低溫部位也會產生濕硫化氫等引起的腐蝕，低溫部位的腐蝕可以通過工藝防腐蝕等措施來控制，從而減緩腐蝕。高溫硫和環烷酸對裝置造成的腐蝕只在裝置某些部位發生，設防值的研究就是針對這些部位的設備、管道考慮的。比如說，各套煉油裝置都有它的重點部位，對這些重點部位的設防，實質上就是裝置的設防。

設防值評估首先是根據原油評價數據、硫分布和酸分布數據確定裝置關鍵部位腐蝕介質含量;其次是結合高溫部位進行理論腐蝕速率計算;然后根據現場監檢測數據計算實際腐蝕速率并與理論腐蝕速率對比。綜合考慮以上三方面因素給出裝置腐蝕薄弱部位清單，核算這些薄弱部位所能承受的腐蝕介質最大含量，推算原料中允許的最大硫含量和酸值，評價裝置當前設防值的合理性。同時給出目前裝置薄弱部位的材質升級、腐蝕監檢測等應對措施。

有些企業已確定了裝置的設防值，對這些設防值要進行評價，首先要了解其確定設防值的依據，再根據上述確定裝置設防值方法進行重新確定，從而可以知道已有的設防值是否合理。

3 案例

目前中國石化各企業常減壓蒸餾裝置大都制定了針對原油性質的防腐蝕設防值，而對其它煉油裝置原料性質的防腐蝕設防值的制定有的企業還未開展，以下案例有助于這類企業有針對性的開展這項工作。

某企業委托青島安全工程研究院對該公司的13套主要煉油裝置進行了設防值研究，各裝置需重點研究的部位是:

(1)常減壓蒸餾裝置重點部位:常三線、常四線、常壓塔底、減二線、減三線、減四線、減壓塔底、轉油線(包括高速段和低速段)、加熱爐及各側線中高溫設備;

(2)催化裂化裝置重點部位:原料油線、回煉油線和油漿線等管道及相應的高溫設備;

(3)延遲焦化裝置重點部位:原料油線、蠟油線、柴油線、循環油線和加熱爐等230℃以上管道及設備;

(4)加氫裂化裝置重點部位:進料線、分餾塔底線、分餾塔底重沸爐、脫丁烷塔底和反應流出物高壓換熱器等部位;

(5)渣油加氫裝置重點部位:進料線等部位;

(6)加氫精制裝置重點部位:進料線、加氫分餾爐進出口管道等部位。

3.1 研究結果

通過對以上重點部位的研究得出結果是:

(1)按照企業預測的設防值要求，通過詳細的核算對比研究發現，絕大部分裝置仍存在有腐蝕薄弱部位;

(2)企業所提供的預期設防值偏高，不能完全滿足裝置腐蝕適應性要求，但只要采取局部材質升級并加強腐蝕監檢測工作，還是可行的;

(3)從滿足企業提出的需求考慮，對硫含量或酸值單項調低后再進行設防值的核算，結果行不通;也就是說，如果硫含量不變，將酸值降低，核算結果表明裝置不適應;相反也不適應;

(4)主要針對高溫部位工藝設備和管道，對設備接管和管道上小支管無法作全面的評估，需要企業核實這些部位的材質等級不低于設備本體或主管道材質;

(5)高溫泵的核算僅考慮了對泵殼體的核算，雖然部分泵材質偏低，但這些泵大都有備用泵，可以切出來進行維修，所以對裝置設防值影響較小;

(6)設防值研究結果已作為企業實際運行控制指標，企業為此下達了生產管理文件，要求生產、技術、安全、設備管理部門及各生產裝置在組織生產中嚴格控制進裝置原料的硫、酸值，做到不超設防值。

3.2 幾點說明

(1)由于裝置的腐蝕介質相當復雜，影響因素非常多，因此，決定了設防值只能是一個相對參數，找不到一個絕對準確數;

(2)裝置核算的每個部位的硫、酸分布值是核算的基礎數據，非常重要;

(3)核算需用專業軟件進行;

(4)核算的腐蝕速率數據修正難度大，有的偏保守，要根據專家經驗進行修正;

(5)核算的各參數大多數來自本企業，同時也參照了其它企業的分析數據，但不完全反映現場的實際腐蝕分析數據。

4 結論

(1)煉油裝置設防值不應當只考慮原油中的硫和酸，還要考慮其他腐蝕性介質的影響(如鹽含量、有機氯含量、氮化物含量和重金屬含量)。

(2)煉油裝置防腐蝕設防值的確定不應只以常減壓蒸餾裝置的設防能力來確定，而是一個全廠性的對一次、二次加工裝置防腐蝕能力的綜合評估的結果。

(3)合理的確定設防值是一項相當復雜的工作，不同原油中，硫和酸種類和在各餾程中分布不同，所以要想針對裝置所加工的各種原油統一制定一個設防值不是很合理。

針對以上問題只能本著化繁為簡，抓主要矛盾的原則，對裝置先以原油中的硫含量、酸值作為設防指標，其它指標還需通過加強劣質原油加工的防腐蝕技術研究工作，尋求進一步確定的方法，最終實現裝置的安全長周期運行。目前中國石化安全工程研究院已為多家企業開展了設防值研究，設防值研究這項安全保障技術已得到了許多企業的認可。

(4)為將設防值列為考核指標，中國石化提出了以下要求:要根據裝置實際情況，科學合理確定原油中硫、酸的設防值;由于原油中酸只對一次裝置和少數二次裝置及潤滑油質量產生影響，硫將貫穿整個煉制過程并對產品質量產生影響;因此，要對已經材質升級完成的企業，根據裝置設備材質實際情況，以及全廠脫硫設施和脫硫能力、產品質量要求等因素，合理確定出各裝置的硫、酸設防值，以指導企業組織原油資源及做好設備防腐蝕工作。

Study on Corrosion Prevention Threshold of Refinery Process Unit

Liu Xiaohui，Li Guijun，Lan Zhenggui，Huang Xianbin，Zhang Yanling
(SINOPEC Qingdao Safety Engineering Institute，Qingdao，Shandong 266071)

The threshold is a safety concept.The objective of specifying threshold is to determine the anti－ corrosion capability the units must have to ensure the safe operation of the units.Serious corrosion will occur in the process units when low －quality crude oils are processed，especially in the atmospheric－ vacuum distillation units and downstream process units，leading to a series of safety problems.Therefore，it is very important to specify a safety alarm line－threshold.The determination of threshold can help the refiners to appropriately arrange the production，purchase proper crude oils and have a good crude oil blending to prevent corrosion－related accidents and associated unscheduled unit shutdowns.The necessity of determination of threshold is discussed in respect of deteriorating crude oil quality，，changes of units and piping，increased requirement on long－term safe operation of units，existing defects of units，purchase of appropriate crude oils，requirement of optimized arrangement of refinery operation and changes of company＇s benefits，etc.

low － quality crude oil，corrosion，threshold，sulfur content，acid value，safety

TG991.9

A

1007－015X(2012)01－0027－03

2011－07－ 25;修改稿收到日期:2011－11－30。

劉小輝(1958－)，教授級高級工程師。中國石油大學(華東)化工設備與機械專業畢業，現從事設備安全技術研究工作。E-mail:liuxh.qday@sinopec.com。

(編輯 寇岱清)