延遲焦化分餾塔塔盤腐蝕原因分析及防護措施

翟志清

(西安石油大學材料科學與工程學院，陜西 西安 710065)

某石化分公司延遲焦化裝置的原料以減壓渣油為主，同時回煉全廠產生的重污油、輕污油、廢潤滑油及廢環丁砜等，生產過程中經常出現分餾塔頂部壓降增大、頂循泵盤不動車等現象，此屬于結鹽現象，需要水洗才能保證正常操作。

在2011 年8 月停工大檢修期間，打開塔器檢查時，發現分餾塔上部塔盤腐蝕減薄、浮閥減薄脫落嚴重，期間對3 至11 層塔盤及浮閥全部進行了更換。通過分析產生腐蝕的原因，提出了改進方案。實施后，分餾塔頂部未出現結鹽現象，相關設備運行良好，徹底解決了分餾塔頂部結鹽問題，避免了因結鹽造成的塔盤腐蝕。

1 腐蝕形態及部位

焦化分餾塔規格為φ5 000 mm ×56 159 mm×(3 +24)mm，材質為0Cr13 +20R，共37 層塔盤，采用矩型浮閥塔盤技術。2011 年8 月停工大檢修時，發現分餾塔上部塔盤腐蝕減薄，浮閥減薄脫落等情況，腐蝕情況見圖1。由圖1 可知，1 至2 層塔盤基體平整，浮閥有少許脫落;3 層塔盤浮閥有1/3 左右已脫落;從第4 層開始腐蝕明顯加劇，4 層塔盤基體蝕坑連片，坑深約1～3 mm;5 至7 層塔盤和浮閥腐蝕減薄加劇，局部腐蝕穿孔，浮閥大部分脫落;第8 層塔盤腐蝕逐步減輕，但有大量黑色垢物堆積，浮閥基本失去彈性。

2 腐蝕原因分析

2.1 垢樣分析

焦化裝置委托某腐蝕研究所對8 層塔盤堆積的垢蝕物進行采樣分析，電子能譜分析法(EDX)元素分析結果見表1。

圖1 延遲焦化分餾塔塔盤腐蝕形貌

表1 分餾塔8 層塔盤垢物EDX 分析結果

由表1 可知，分餾塔8 層塔盤垢蝕物中的元素以Fe，S，Cr 及O 為主(質量分數約占94.7%)，其中Fe 和Cr 為塔盤材質本身自帶的元素，S 和O為腐蝕性元素。為了進一步確定腐蝕產物的物相組成，采用了X 射線衍射法(XRD)進行腐蝕產物結構分析，衍射圖譜與腐蝕產物相匹配結果是:Fe7S8(質 量 分 數53.8%)、Fe3S4(質 量 分 數26.6%)、Fe0.95S1.05(質量分數12.8%)、FeS2(質量分數6.8%)，以鐵的硫化物為主。

2.2 腐蝕原因分析:

2.2.1 原料劣化

(1)減壓渣油劣質化

統計檢修前2011 年1 月至7 月份減壓渣油的性質變化，見表2，減壓渣油的硫含量及殘炭含量均較高，原料劣化嚴重;尤其是高硫，對設備腐蝕影響較大［1-2］。

表2 焦化原料性質

(2)回煉重污油鹽含量高

為了減輕油品罐區罐容壓力，根據生產需要，焦化裝置對分公司系統產生的重污油回煉，污油自罐區進焦化重污油罐，由污油泵送入焦炭塔頂作為急冷油回煉，回煉量約5～6 t/h。

由于重污油含水含鹽多(見表3)，較高的鹽含量對分餾系統結鹽造成了嚴重影響，導致頂循泵盤不動車;頂循泵入口管道結鹽將入口堵塞(見圖2)。同時造成頂循調節閥調節不靈敏，頂循泵機械密封泄漏，葉輪磨損，甚至將泵入口過濾網磨損殆盡(見圖3)。

表3 重污油含鹽量分析數據

圖2 頂循泵入口結晶析出的銨鹽

圖3 頂循泵入口過濾網以及葉輪磨損照片

(3)電脫鹽效果不佳

某石化分公司電脫鹽工藝采用兩級電脫鹽，受原油來源復雜及操作影響，脫鹽效果極不穩定。鹽質量濃度控制指標為不大于3 mg/L，表4 是常壓原料鹽質量濃度分析數據，由表4 可知，脫后采樣結果均超指標，經蒸餾系統后鹽分主要集中在減壓渣油中，給焦化加熱爐及分餾頂循系統操作帶來了極大困擾［3］。

表4 常壓原料脫后雜質分析數據

(4)回煉廢環丁砜中二氧化硫含量高

隨著對環保問題的重視，芳烴裝置廢環丁砜的處置成為難題。環丁砜性質見表5，根據環丁砜遇熱分解的特性，將環丁砜回煉至焦炭塔。環丁砜在220 ℃以下時，分解速度較慢，但超過220℃時，其分解速度急劇上升，焦炭塔頂溫一般在400 ℃，過高的溫度將促使其分解成黑色聚合物和二氧化硫。

表5 環丁砜性質

環丁砜間斷回煉量約30～50 L/h，對分餾系統腐蝕的影響也是間斷的，但由于pH 值較低，有氯離子存在且在露點溫度以下會加劇對焦化分餾系統的腐蝕。

綜上所述，隨著減壓渣油性質不斷劣化、回煉重污油和廢環丁砜及電脫鹽效果不理想等綜合因素影響下，使焦化原料中硫、鹽含量不斷增加，是造成頂循系統結鹽，分餾系統產生腐蝕的根本原因。

2.2.2 水洗流程不完善

為了解決分餾塔頂循系統壓降增大、頂循調節閥無法靈活調節、頂循泵機械密封頻繁泄漏等諸多因結鹽造成的生產及設備問題，在分餾調整無效的情況下，可對頂循系統進行水洗。由于原設計無水洗流程，只可利用頂循泵入口排凝線DN20 管線和除鹽水線連接進行水洗(見圖4)，即發現頂循系統結鹽時及時打開入口DN20 水洗閥，以3 t/h 的水量進行水洗，除鹽水從機泵入口注入到分餾塔頂循系統［4］。

圖4 泵入口除鹽水水洗線

水洗時會出現分餾塔頂部塔盤出現露點以下溫度，由于頻繁的水洗操作，頂循系統出現結晶水和自然水，從而造成低溫H2S-HCl-NH3-H2O 型腐蝕發生。

2.2.3 結鹽沖蝕加劇腐蝕

分餾塔頂循系統水洗時，當除鹽水進入系統之后，水將頂循析出的銨鹽溶解成細小的顆粒，隨著頂部循汽油被不斷的抽出，經過頂循泵升壓之后返回塔內塔盤上，塔頂循環回流自上而下的洗滌分餾作用，鹽顆粒對塔盤上面的磨損始終存在，對塔盤形成了自下而上的磨損。

由于頂循下回流返回在分餾塔頂循集油箱下第4 層塔盤，當裝置達到設計加工進料166 t/h時，頂循上、下回流分配量一般在4∶1 左右，即頂循上回流量120 t/h，下回流一般維持在30 t/h，第4 至10 層塔盤只有30 t/h 的液相回流，這7 層塔盤間的液相遠小于汽相線速，汽相線速在這幾層塔盤之間會增大，當遇到頂循汽油中夾帶的鹽顆粒和油氣逆向接觸時對塔盤下面的沖刷磨損成倍增加。

頂循油越向下汽相溫度越高，當到達第11 層塔盤時，溫度約330 ℃，鹽粒逐漸被高溫溶解成極小的分子狀態，磨損現象越向下越弱直至消失，這是4 至7 層塔盤腐蝕嚴重的原因之一。

而由于油氣在分餾塔內自下而上逐漸上升，其攜帶的氯化氫和氨的濃度不斷在增大，生成的氣相氯化銨則隨分餾溫度的降低，結晶速度變快，聚積在設備表面的晶體增多，當油氣中所含的氯化氫和氨不斷析出，濃度下降到一定程度時，氯化銨的晶化速度減緩;由于分餾塔頂溫度在120 ℃波動，有液態水存在，使部分氯化銨晶體溶解。所以，雖然塔頂溫度最低，但塔頂的氯化按結晶濃度并不是最大。因此，可以解釋腐蝕最嚴重的不是發生在塔頂，而是發生在頂循環回流以下的塔盤［5］。NH4Cl 反應式見式(1)。

綜上所述，焦化原料性質不斷劣化是分餾塔上部塔盤腐蝕的根本原因，洗鹽流程不合理，頻繁的洗鹽操作導致了低溫H2S-HCl-NH3-H2O 腐蝕多次發生，而NH4Cl 晶體沖蝕磨損又加劇了腐蝕危害。

3 改進措施

焦化裝置處理全廠輕重污油及其它廢物，臨時水洗對分餾系統產生露點腐蝕，對此問題，采用微萃取技術，即可使頂循鹽分帶出頂循系統又可保證頂循溫度不出現露點腐蝕，實現焦化分餾頂循系統的在線脫鹽。

3.1 除鹽新工藝流程

分餾塔除鹽設備技術在焦化裝置進行工業應用，工藝流程見圖5，分餾塔頂循回流油經過冷卻器，分離出約20 t/h 頂循回流油進入除鹽設備，與0.5～1.5 t/h 除鹽水均勻混合，在微相萃取器分離器內快速溶解頂循油中的鹽，脫鹽后頂循油匯合頂循回流返塔，含鹽污水進入裝置酸性水系統，到下游污水汽提裝置處理。

圖5 分餾塔除鹽系統工藝流程

3.2 工作原理

分餾塔頂循環油除鹽設備原理見圖6。通過混合器后，油中的鹽部分溶解到除鹽水中，水相均勻分散到循環油中;微萃取分離器的作用是捕獲鹽類離子，預分離油水相;油水分離器利用粗粒化及波紋沉降，實現油和水分離，達到頂循油在線脫鹽的目的。

圖6 分餾塔頂循環油成套除鹽工作原理

旋流萃取—分離芯管內流體萃取分離原理見圖7，任一點流體在旋流場內的速度分解為軸向、切向和徑向三個分量，高進口流速使分量形成較大的剪切應力，增加了傳質表面積;水滴遷移相互碰撞長大，在超重力離心沉降作用下，水滴被分離出來。

4 實施效果

(1)分餾塔頂循油除鹽投用設施后，設備運行安全平穩。特別是“11.22 青島爆炸”事故后，原油脫鹽連續超標、減壓渣油鹽含量持續走高的情況下，分餾塔頂部未出現結鹽現象，頂循系統各設備運行平穩。

圖7 萃取—分離原理示意

圖8 分餾塔頂循油進除鹽設備前后化驗值

(2)采取在線除鹽后，對進出除鹽設備頂循油進行氯含量化驗分析，化驗結果見圖8。分餾塔頂循環油經過在線連續脫鹽，油中Cl 質量分數降低了27.59 %，同時含鹽水中Cl 質量濃度降低了34.27%，避免了分餾再次結鹽的情況，保證了裝置的長周期安穩運行。

5 結論與建議

(1)焦化原料性質不斷劣化是分餾塔上部塔盤腐蝕的根本原因，洗鹽流程不合理，頻繁的洗鹽操作導致了低溫H2S-HCl-NH3-H2O 腐蝕發生，而NH4Cl 晶體沖蝕磨損加劇了腐蝕危害。

(2)微萃取除鹽新技術脫鹽效果明顯，是解決分餾塔頂循系統結鹽的成功技術，建議推廣應用。

(3)裝置改變原設計條件，應做充分危害風險評估。對于后期改變產生的危害，最好在新裝置設計時予以充分考慮。

［1］錢韓鳴.焦化分餾塔的防腐蝕設計［J］.化工機械，2003，30(2):98-102.

［2］關玲.淺析燕山石化延遲焦化裝置腐蝕與防護［J］.石油化工安全環保技術，2008，24(5):37-41.

［3］瞿濱.焦化分餾塔頂循系統存在的問題和對策［J］.煉油技術與工程，2007，37(2):27-33.

［4］張金生.焦化分餾塔頂塔盤結鹽的處理措施［J］.煉油技術與工程，2009，39(3):24-26.

［5］楊濤，孫艷朋，翟志清，等.延遲焦化分餾塔腐蝕原因分析及改進措施［J］.石油煉制與化工，2013，44(3):75-78.