渣油加氫裝置原料系統腐蝕分析及對策

胡 洋，劉志民，張鴻澤，李越強

(中國石油化工股份有限公司齊魯分公司，山東 淄博 255434)

某公司煉油廠渣油加氫裝置(簡稱VRDS)1992 年5 月建成投產，1999 年10 月進行了裝置擴能改造，年處理能力為1.5 Mt/a，主要加工中東減壓渣油，生產石腦油、柴油和蠟油。自2010 年3 月第四常減壓建成投產后以來，裝置加工原料為第三、四常減壓裝置直接熱進料的減壓渣油和減四線油，造成原料線系統多次出現腐蝕問題，影響裝置安全平穩生產。

1 VRDS 原料系統流程

VRDS 原料現為三常減四線、四常減四線及罐區渣油，各部分原料的比例因全廠生產平衡略有不同。原料從原料緩沖罐V-1300 由P-1300 抽出，與來自V-1318 與E-1300 換熱的稀釋油混合，依次通過原料/常渣換熱器 E-1301A/B，E-1305A/B/C/D，E-1306A/B，E-1307A/B，E-1308A/B/C/D/E/F 換熱至300 ℃，分兩路進入反應加熱爐(F-1310，F-1311)的對流室繼續預熱至320 ℃，然后經過過濾器KF-1305，KF-1310，KF-1320 過濾，進入原料緩沖罐V-1310，由高壓進料泵P-1310 抽出進入加熱爐輻射段加熱后進入反應器。原料系統工藝流程見圖1。

圖1 原料系統工藝流程示意Fig.1 Process diagram of feeding system

2 原料系統腐蝕情況

VRDS 裝置2011 年10 月22 日停工檢修，11月20 日進料開工正常，裝置運行至12 月下旬，發現進料泵P1310 和P1310A 排量下降，拆泵檢查后發現，泵入口段及泵殼體內有多處蝕坑，五級導葉內壁腐蝕穿孔，具體腐蝕部位照片見圖2～圖4。

圖2 P1310 入口段腐蝕照片(面積約50 mm×30 mm，最深度約10 mm)Fig.2 Corrosion in the entrance of P1310

圖3 P1310 5 級導葉內壁腐蝕穿孔(面積約10 mm×10 mm，穿孔到牽拉螺栓孔內)Fig.3 Corrosion in inner wall of 5 stage guide blade

圖4 P1310 泵入口短節腐蝕照片Fig.4 Corrosion in entrance of P1310

3 腐蝕原因分析

3.1 VRDS 原料分析

VRDS 混合原料的硫質量分數平均為2.86%，最高3.7%，最低1.72%，圖5 列出了2011 年1 月4 日到2014 年1 月4 日期間VRDS混合原料的硫含量變化趨勢。

圖5 混合原料硫含量分析Fig.5 Sulfur content in mixed feeding

VRDS 裝置目前日進料約為4 500 t，其中2 500 t為原料油，2 000 t 為稀釋油+急冷油+封油等。VRDS 原料組成及酸值分析見表1。

表1 VRDS 原料組成及酸值分析Table 1 Compositions and TANs of VRDS feeding

從表1 中可以看出，VRDS 目前原料情況下酸值超標較嚴重，主要的酸值貢獻來自四常減三線。要將VRDS 酸值控制在0.5 mgKOH/g 以下，至少要將四常減三線的量降低到20 t/h 以下。表中四常減三線和減四線的酸值分析數據為LIMS 數據的平均值，對應的原油酸值約為1.7 mgKOH/g。而本周期四常開工以來，裝置加工原油的酸值平均為1.81 mgKOH/g，最高2.5 mgKOH/g，因此，VRDS 原料中的酸值應該更高。

在高硫、高酸、溫度大于240 ℃的情況下，碳鋼及Cr5Mo 鋼等材質發生較嚴重的腐蝕問題。

3.2 設備管道材質及操作溫度

原料系統主要管道從原料進裝置到P1310前，材質為碳鋼，操作溫度從120 ℃升至320 ℃。加熱爐對流室爐管材質為Cr5Mo，出口溫度為322 ℃。換熱器及容器材質及操作溫度情況分別見表2 和表3。

表2 換熱器材質及操作溫度統計Table 2 Materials and operating temperatures of heat exchangers

表3 容器類材質及操作溫度統計Table 3 Materials and operating temperatures of vessels

從操作溫度看，換熱器選材沒有問題;容器類除幾組過濾器的殼體外，其他選材也沒有問題。在溫度高于240 ℃的操作條件下，管道選用碳鋼等級偏低。加熱爐對流室選用Cr5Mo 材質也偏低。

3.3 腐蝕率測算

從前面的分析看，可能發生問題的是碳鋼管道和過濾器殼體，以及對流室的Cr5Mo 爐管。

按混合原料加工量為190 t/h、密度0.97 g/cm3計算，直徑219 mm 的主管道內流速大約為1.7 m/s，對流室爐管出口流速大約為5.5 m/s，低于30 m/s的環烷酸流速限制，這些部位環烷酸腐蝕的流速因素可以忽略。根據API 581 附錄G-減薄技術模塊中提供的估算表格，按照設備管道使用溫度和硫含量，測算腐蝕速率，結果見表4～表6。

P1310/1310A/1310B 過流件為316L，葉輪直徑為290 mm，泵轉速為4 913 r/min，計算泵出口流體的線速度為76 m/s，高于30 m/s 的環烷酸流速限制，腐蝕速率按API 581 附錄G-減薄技術模塊的測算值的5 倍計算，結果見表7。

表4 原料中硫質量分數為2.86%時碳鋼的腐蝕速率Table 4 Corrosion rates of carbon steel (Sulfur content is 2.86%)mm/a

表5 原料中硫質量分數為3.7%時碳鋼的腐蝕速率Table 5 Corrosion rates of carbon steel (Sulfur content is 3.7%)mm/a

表6 316～344 ℃時Cr5Mo 的腐蝕速率Table 6 Corrosion rates of Cr5Mo at 316～344 ℃ mm/a

表7 316～344 ℃時316L 的腐蝕速率Table 7 Corrosion rates of 316L at 316～344℃ mm/a

從表4～表7 中可以看出，如果VRDS 原料中的酸值超過0.5 mgKOH/g，則232 ℃以上的碳鋼設備管道都會發生較嚴重的環烷酸腐蝕。應控制混合原料的酸值不超過0.5 mgKOH/g。

4 對策及建議

4.1 調整原料配比降低混合原料酸值

對P1310/1310A/1310B 過流件的腐蝕，由于流速高，單純材質升級很難徹底解決問題，因此首先要考慮降低四常減四線和減三線的量，保證VRDS 原料的酸值不超過0.5 mgKOH/g。如果能控制原料酸值低于0.2 mgKOH/g，則可以有效緩解該部位的環烷酸腐蝕。

4.2 優化調整工藝流程

2013 年3 月渣油加氫裝置檢修時，將原料系統換熱流程進行了改造，圖6 和圖7 分別顯示了改造前后的換熱流程。改造后增加了蒸汽發生器E1520A/B 產0.8 MPa 蒸汽，并增加原料跨線13TIC1203，將E1308E/F 出口VRDS 原料溫度降低，保證VRDS 原料在加熱爐F1310/1311 對流室出口溫度280 ℃，前路的換熱系統溫度也不同程度下降，使設備管道環烷酸腐蝕得到控制。

圖6 改造前換熱流程Fig.6 Heat exchange flow diagram before revamping

圖7 改造后換熱流程Fig.7 Heat exchange flow diagram after revamping

4.3 材質升級

對材質偏低的部位如過濾器殼體、溫度高于240 ℃的管道、加熱爐對流室爐管，材質升級到321。321 材質在流速不高于30 m/s 條件下的腐蝕速率測算值見表8、表9。

表8 原料中硫質量分數為2.86%時321 的腐蝕速率Table 8 Corrosion rates of 321 (the sulfur content is 2.86%)mm/a

表9 原料中硫質量分數為3.7%時321 的腐蝕速率Table 9 Corrosion rates of 321 (the sulfur content is 3.7%)mm/a

4.4 加強腐蝕監控

采用氫通量、定點測厚等方法，加強對材質偏低部位的腐蝕監控，增加檢測頻次，并考慮在流速較高的部位安裝高溫超聲波檢測點。同時，將VRDS 混合原料的酸值分析定期化，以便于更為準確地監控裝置的環烷酸腐蝕。

5 結語

渣油加氫裝置在處理高酸值原料油后，原料泵及管道都存在較嚴重的環烷酸腐蝕。通過原料調配、材質升級、工藝流程改造等方法，可以有效降低原料系統腐蝕隱患，保證生產裝置的長期穩定安全運行。