酮回收塔腐蝕原因分析

崔志峰，袁文彬

(合肥通用機械研究院，安徽 合肥 230031)

酮苯脫蠟工藝是基礎油加工工藝中重要環節，其目的是降低基礎油中的蠟含量，改善潤滑油的低溫性能，同時獲得副產品石蠟。酮苯脫蠟裝置中溶劑回收系統是用來對水溶劑中的丁酮、甲苯進行回收的單元，是整套裝置中腐蝕比較嚴重的區域，酮回收塔是溶劑回收系統中的重要設備之一。該文對某石化廠酮回收塔的腐蝕原因進行了分析并與該塔風險分析的結果進行了比較、提出防護措施。

1 腐蝕檢查情況

該設備20 世紀80 年代投用，使用已超過20 a，操作溫度為98 ℃左右，主體材質采用A3R，塔盤材質采用1Cr18Ni9Ti。塔盤腐蝕情況見圖1。

圖1 塔盤腐蝕情況Fig.1 Tray corrosion

從圖1 中可以看出，由于塔盤采用的是不銹鋼，所以塔盤表面良好，未見明顯的腐蝕;從塔頂部往下，第2 人孔至第4 人孔之間，每一層溢流堰、降液板均存在嚴重的腐蝕及缺損情況，典型宏觀腐蝕形貌見圖2、圖3;而在第2 人孔和第3 人孔塔體內短節下部可以看見明顯的腐蝕減薄，最薄處只有1～2 mm，見圖4;在第2 和第4 人孔之間的塔壁發現大量的局部腐蝕坑，經測量，典型腐蝕坑處的塔壁厚度約為7.8 mm，對比塔壁的原始建造壁厚，腐蝕坑的平均深度可達2～3 mm，典型宏觀腐蝕形貌見圖5。

圖2 降液板腐蝕情況Fig.2 Downcomer plate corrosion

2 風險評估

2.1 腐蝕原因分析

2.1.1 有機酸腐蝕

從已往的采樣數據中可以看出，酮回收塔系統的介質一般呈現弱酸性，分析數據見表1，說明介質中會存在一定的有機酸腐蝕，并且隨著介質溫度的升高，碳鋼的腐蝕速率也會相應的加快，特別是在90～98 ℃，普通低碳鋼對腐蝕的承受能力是相當的脆弱。有機酸腐蝕主要有3 種。

圖3 溢流堰腐蝕情況Fig.3 Weir corrosion

圖4 人孔塔內短節的腐蝕情況Fig.4 Manhole short section of tower corrosion

圖5 塔壁的腐蝕情況Fig.5 Inner wall of tower corrosion

表1 酮回收塔塔底腐蝕介質分析數據Table 1 Ketone recovery tower bottom corrosion medium analysis data w，%

(1)糠酸腐蝕

糠酸的主要來源是從糠醛精制來的原料中含有少量的糠醛，糠醛經過氧化后轉變為糠酸。原料中糠醛的量一般在8～25 kg/h，常壓下糠醛的沸點為161.7 ℃，而酮苯脫蠟裝置溶劑回收系統中的分壓很小，所以糠醛主要從各塔頂餾出進入溶劑罐中，經沉淀分層后被切入水溶液系統。

(2)環烷酸腐蝕

環烷酸主要是來自于原油中，環烷酸腐蝕的溫度范圍一般在220～400 ℃，酮苯脫蠟裝置加熱爐的出口溫度一般在195 ℃左右，所以環烷酸腐蝕非常輕微，但卻可以加速糠醛的氧化，見圖6［1］。

圖6 環烷酸對糠醛氧化速度的影響Fig.6 Naphthenic acid effect on oxidation rate of furfural

(3)溶劑氧化形成的有機酸腐蝕

丁酮溶劑在使用過程中會發生氧化反應形成有機酸，特別是由于溶劑長期循環使用，會導致形成的有機酸的濃度增加，尤其是對酮回收塔等介質流速相對比較低的碳鋼設備，有一定的腐蝕。

2.1.2 垢下腐蝕腐蝕

根據查閱的以前的檢查報告，在酮回收塔的內壁及構件表面有比較明顯的銹垢層，尤其是塔內構件表面，由于塔內結構比較復雜，采用傳統的人工機械及高壓水射流技術無法清除內壁的銹蝕，這些銹垢層會導致酮回收塔產生比較嚴重的垢下腐蝕。

2.1.3 局部湍流腐蝕

當流體介質在金屬局部表面形成湍流時會在金屬表面產生切應力，這種切應力可以使金屬表面的保護膜或表面的腐蝕產物開裂和剝落，裸露的金屬會與腐蝕產物區或膜區構成電偶腐蝕，導致腐蝕加劇［2］，特別是在進出料口附近。

2.2 風險計算結果

在腐蝕檢查之前，根據設備的原始制造條件、采樣分析數據以及實際的操作條件，考慮設備的投用時間以及介質的危害程度，首先對酮回收塔進行了風險評估，評估結果如下:

設備的風險等級2C 為中風險，理論計算的均勻腐蝕的腐蝕速率為0.05 mm/a，而局部腐蝕的腐蝕速率為0.1 mm/a 左右，綜合考慮主要腐蝕機理為有機酸腐蝕及垢下腐蝕。由垢下腐蝕所導致的局部腐蝕的腐蝕速率要高于均勻腐蝕速率，根據現場檢查的情況看，計算結果與實際檢查結果基本一致。

3 防腐蝕措施

3.1 控制溫度

常壓下，糠酸與水的共沸點在97.5 ℃，而酮回收塔實際操作溫度一般在在96～98 ℃，導致糠酸無法從塔底排除，溫度過高不僅會導致酮回收塔本身腐蝕加重，也會對下游設備和管線造成的一定的腐蝕，所以針對這種情況，建議酮回收塔的塔頂溫度控制在97 ℃以下，這樣有利于緩蝕劑與糠酸形成的絡合物從塔底排出。

3.2 控制原料中糠醛含量

通過分析可知，有機酸腐蝕是造成酮回收塔腐蝕的主要原因，有機酸腐蝕中最主要的就是糠酸的腐蝕，因此降低糠酸的含量對于防腐蝕具有重要的意義。應控制好糠醛精制階段溶劑回收塔的溫度、壓力和吹氣量，確保塔底精制油的醛含量合格。在精制油進入裝置前，要有足夠的沉淀時間，盡可能使糠醛從精制油中分離出去。

3.3 采用合適的塔內壁清洗方法

針對傳統的人工機械及高壓水射流技術無法清除內壁的銹蝕，目前采用化學清洗的方法及采用硝酸加硝酸酸洗緩蝕劑“Lan-5”的方式對塔內部進行清洗［3］，從現場情況看，效果明顯，塔壁與塔盤干凈無殘留的污物。

3.4 采用合適的材料

從現場情況看，碳鋼材質的降液板和溢流堰腐蝕減薄非常嚴重，根據這一情況，建議更換合適的耐腐蝕材料，以減少對工藝的影響。而在酮回收塔上、下游設備及管線，由于也同樣存在有機酸腐蝕減薄的情況，所以建議在關鍵部位進行材質升級，提高抗腐蝕能力。

4 結論

(1)根據現場腐蝕檢查的情況看，酮回收塔的降液板、溢流堰以及塔壁的局部區域腐蝕減薄比較嚴重;

(2)有機酸腐蝕以及垢下腐蝕是酮回收塔腐蝕的主要原因;

(3)風險評估結果與實際檢查的結果基本一致;

(4)降低糠醛的含量、控制溫度、采用合適的清洗方法及選用合適的耐腐蝕材料是抑制腐蝕的有效措施。

［1］陳濤，李陵.酮苯脫蠟裝置水溶液系統的腐蝕與防護［J］.石化技術，2008，15(3):24-26.

［2］朱日彰，楊德均，沈卓身，等.金屬學報［M］，北京:冶金工業出版社，1989:178.

［3］王金娥.煉油廠酮回收塔的化學清洗［J］.清洗世界，2009，25(8):5-8 .