加工高酸原油常減壓裝置的腐蝕與防護

趙立福,董鳳龍

(中海瀝青(營口)有限責任公司，營口 115000)

?

加工高酸原油常減壓裝置的腐蝕與防護

趙立福,董鳳龍

(中海瀝青(營口)有限責任公司，營口 115000)

為避免腐蝕影響某加工高酸原油常減壓裝置的運行，通過專業化的腐蝕調查，初步掌握了該裝置的腐蝕情況，并針對不同的腐蝕問題制定了相應的防腐蝕措施。一是啟用常頂循系統，減少塔頂冷回流，控制塔頂露點腐蝕；二是針對減壓塔減三、四、五段填料腐蝕，采取升級材料(由316L升級至317L)和加注高溫緩蝕劑的綜合措施。從最近兩次的腐蝕調查結果看，這些防腐蝕措施取得了顯著效果。

高酸原油;常減壓裝置;專業化腐蝕調查;腐蝕與防護

原油的劣質化會加重煉油裝置的腐蝕，從而影響其安全、長周期的運行[1]。因此，各企業對設備的腐蝕管理越來越重視，并逐步采取措施提高停工檢修質量，加大檢測力度。近年來，各煉廠廣泛開展停工期間的腐蝕調查，通過專業人員對塔器、容器、換熱器、加熱爐等設備及管線進行專業化的腐蝕調查，不僅可以考察以往防腐蝕效果，也可以指導下一個生產周期的防腐蝕措施改進和有針對性地開展防腐蝕監測工作，為保障裝置安全運行提供保障。

1　常減壓裝置

中海瀝青(營口)有限責任公司年產100萬t的常減壓蒸餾裝置于2011年3月投產，工藝路線為電脫鹽→閃蒸→常壓蒸餾→減壓蒸餾，以綏中36-1原油為原料，生產化工輕油、燃料油、高等級道路瀝青及潤滑油基礎油。

原油的酸值為2.23 mg KOH/g，硫含量為0.386 4 %(質量分數)，鹽質量濃度為26.1 mg/L，密度(20 ℃)為966.5 g/cm3，屬高酸低硫重質稠油。

2　腐蝕調查方法和依據

2014年5月和2015年5月，先后兩次利用檢修機會對裝置開展了專業化腐蝕調查，并出具腐蝕調查報告。腐蝕調查的主要方法有：目視檢查、錘擊檢查、超聲測厚、材質鑒定、內窺鏡觀察、硬度分析、金相分析等。

腐蝕調查的主要依據有：《API 571煉油廠固定設備的損傷機理》《中石油煉油與化工分公司停工檢修腐蝕檢查指導意見》《中石化關于加強煉油裝置腐蝕檢查工作管理規定》《裝置停工檢修計劃》《裝置工藝技術規程》和《裝置設備臺帳》。

3　腐蝕情況

調查結果發現，本裝置主要存在的腐蝕問題：常壓塔頂的腐蝕，減壓塔減三、四、五段填料的腐蝕。

3.1常壓塔頂

常壓塔頂的內襯采用S2053雙相不銹鋼，其余部位內襯采用316L不銹鋼，塔內件全部采用316L不銹鋼。

2014年腐蝕調查發現，塔頂內件腐蝕以點蝕和應力腐蝕開裂(SCC)為主。其中，第2至第4層塔內件點蝕相對較重，第1至第3層塔內件SCC腐蝕較重，頂封頭與筒體的環焊縫存在微裂紋，詳見圖1。提出的防腐蝕措施是：優化電脫鹽的操作以降低脫后原油的鹽含量；重新啟用常頂循系統，盡量減少塔頂冷回流，防止局部低溫露點腐蝕；塔頂8層塔盤材料升級為S22053雙相不銹鋼。

2015年腐蝕調查結果顯示，浮閥等內件仍存在開裂、點蝕等情況，但較上次腐蝕調查腐蝕程度沒有加劇惡化的傾向，常壓塔頂的腐蝕得到初步控制。

3.2減壓塔減三、四、五段填料

設計時，減壓塔內壁、減一至減四段填料均采用316L不銹鋼， 減五至減七段填料采用317L不銹鋼。

2011年7月檢修時發現，減壓塔減三段填料腐蝕較輕，減四、減五段填料腐蝕較嚴重，該部位工作溫度在270～330 ℃，減三段局部，減四段、減五段大部填料失彈，如紙狀。處理措施為減三段仍使用原減三、減四段的完好填料，而減四、減五段更換新填料，且材料升級為317L不銹鋼。

2012年10月檢修時發現，減壓塔減三、減四、減五段填料環烷酸腐蝕較嚴重。該部位工作溫度在270～330 ℃，屬于環烷酸腐蝕區間。減三段填料為316L不銹鋼，減四段與減五段填料為317L不銹鋼。腐蝕情況為減三、減四、減五段大部分填料失去彈性，如紙狀。采取的措施：將減三段填料也更換為317L不銹鋼；利用減壓塔減三段DN20備用管嘴，在減三段集油箱下部加注高溫緩蝕劑。采取以上措施后填料腐蝕速率減緩。在2013年10月檢修及2014年5月腐蝕調查時發現，填料彈性、韌性良好，見金屬光澤。2014年5月腐蝕調查結果表明,減三段填料可以再運行一周期，運行壽命提高了2倍。

2014年腐蝕調查結果顯示，在減壓塔的高溫部位存在嚴重的環烷酸腐蝕。減二及減三段氣相返回塔壁及升氣孔擋板腐蝕輕微；減四段氣相返塔兩側及對面塔壁腐蝕，腐蝕程度較減二及減三段氣相返回部位稍重，且焊道局部出現輕微腐蝕；減五段集油箱塔壁環烷酸全面腐蝕，腐蝕深度在0.2～0.5 mm，且靠近塔壁周圍的升氣孔擋板、填料格柵、填料支撐圈的腐蝕深度在0.2～0.3 mm；減壓塔進料段防沖板、上部器壁、高速轉油線、低速轉油線均出現輕微環烷酸腐蝕。提出的防腐蝕措施為：用317L不銹鋼板對減薄50%的復合板進行貼板，并在減四、減五填料段分別加注高溫緩蝕劑。

從2015年的腐蝕調查結果看，減壓塔整體緩蝕保護比較理想，被保護部位被高溫緩蝕劑垢層覆蓋，腐蝕較輕。

4　金相檢驗和斷口微觀分析

為了研究浮閥開裂的腐蝕機理，分別對浮閥做了金相檢驗和斷口形貌分析。

4.1金相檢驗

由圖2可見，浮閥截面上分布有大量的裂紋，裂紋主要沿晶擴展，個別裂紋出現穿晶擴展，裂紋有分支現象；另外，在個別區域可見晶間腐蝕的特征；該浮閥組織為奧氏體，并可見奧氏體孿晶。

4.2斷口形貌分析

由圖3可見，浮閥斷口上可見冰糖塊形貌(高倍)及明顯的二次微裂紋(低倍)，呈沿晶斷裂和穿晶解理斷裂特征。

5　腐蝕原因分析及防腐蝕效果評價

5.1常壓塔頂

常壓塔頂的腐蝕屬于低溫HCl-H2S-H2O腐蝕。一般在氣相部位腐蝕比較輕微，液相部位腐蝕較重，氣液相變的部位即露點部位腐蝕最為嚴重。腐蝕環境中的HCl是由于原油中的無機鹽(主要是氯化鈉、氯化鎂、氯化鈣)在一定溫度下水解生成。在常減壓裝置中，通常情況下氯化鈉是不發生水解的，但當原油中含有環烷酸和某些金屬元素時，氯化鈉在300 ℃以下就開始水解，生成HCl。H2S來源有兩部分：原油中的H2S及原油中硫化物在260 ℃以上的分解產物。H2O來自原油以及生產工藝用的蒸汽。在HCl-H2S-H2O環境中，碳鋼表現為均勻腐蝕，0Cr13不銹鋼表現為點蝕，奧氏體不銹鋼表現為點蝕和SCC[2]。

本裝置中的常壓塔頂采用雙相鋼做塔壁內襯，故腐蝕較輕，僅在焊縫附近出現微裂紋。而塔內件采用316L不銹鋼，該材料對氯離子敏感，易發生應力腐蝕開裂。由于本裝置煉制的是高酸重質原油，環烷酸會引起原油乳化程度加劇，造成電脫鹽工藝難度增大，因此在電脫鹽效果不理想的情況下，常壓塔頂的氯離子含量會升高，誘發316L不銹鋼發生應力腐蝕開裂[3]。

針對常壓塔頂316L不銹鋼的應力腐蝕開裂，采取啟用常頂循和減少常壓塔頂冷回流的措施，盡量減少常壓塔頂內冷料的量，從而減少低溫露點腐蝕的發生。從腐蝕調查結果看，常壓塔頂316L不銹鋼的應力腐蝕開裂得到初步控制。

下一步可以根據情況將塔頂內件材料也升級為2205雙相不銹鋼，這樣從材料的角度提升該塔的腐蝕防護能力。即使將來遇到因工藝調整出現塔頂冷回流增多，進而引起露點腐蝕的情況，采用2205雙相不銹鋼可以避免因氯離子敏感引起的應力腐蝕開裂，保護塔內件的完整性。

5.2減壓塔減三、四、五段

本裝置加工的原油為高酸低硫重質原油，減壓塔高溫重油部位(減三、四、五段)處的腐蝕以環烷酸腐蝕為主，硫腐蝕為輔，二者相互配合使塔壁和內件的金屬表面像車削一樣光滑，無腐蝕產物膜起到保護作用，再加上減壓塔內介質流速高，金屬表面更加不可能存留保護性物質。因此，減壓塔高溫重油部位發生嚴重的環烷酸腐蝕[4-5]。

腐蝕調查結果顯示，通過將316L不銹鋼填料升級為317L不銹鋼填料，加上注入高溫緩蝕劑的措施，可使減壓塔高溫重油部位的環烷酸腐蝕得到控制。

6　結論

(1) 中海瀝青(營口)公司常減壓裝置在設計時考慮了設備腐蝕問題，采取了一些工藝防腐蝕和材質升級等防腐蝕措施，但是由于原料油高酸值特性和電脫鹽設施未投入運行的影響，常壓塔頂存在較嚴重的氯離子點蝕、應力腐蝕開裂的情況，建議在下一個生產周期加強工藝防腐蝕，開好電脫鹽，控制低溫部位腐蝕。

(2) 高溫重油部位存在嚴重的高溫環烷酸腐蝕，主要集中在減三、四、五段塔壁,焊縫,填料,減壓塔進料段襯里和進料分布擋板及部分高溫換熱器。可考慮采取高酸原油與低酸原油混煉方式，降低原料整體酸值，減輕高溫部位的環烷酸腐蝕。

[1]中國石油化工設備管理協會設備防腐專業組. 石油化工裝置設備腐蝕與防護手冊[M]. 北京:中國石化出版社,2003：80-93.

[2]中國石化青島安全工程研究院. 煉油裝置防腐蝕策略[M]. 北京:中國石化出版社,2008：63-76.

[3]崔蕊，于煥良，鐘廣文，等. 常壓塔塔頂循環管線結垢腐蝕的原因分析及解決措施[J]. 石油煉制與化工，2015，46(6)：89-94.

[4]王為然，趙少游，譚習玉，等. 高酸原油熱分解脫酸裂化技術的開發及工業應用[J]. 石油煉制與化工，2015，46(11)：35-41.

[5]楊偉，龍英實，王鳳平. 中海原油對316L不銹鋼的腐蝕分析[J]. 石油化工腐蝕與防護，2006，23(6)：31-34.

Corrosion and Protection of Crude Distillation Unit Processing High Acidity Crude

ZHAO Li-fu, DONG Feng-long

(CNOOC Asphalt (Yingkou) Co., Ltd., Yingkou 115000, China)

In order to avoid the influence of corrosion on the operation of a crude distillation unit (CDU) processing high acidity crude, the corrosion condition of the CDU was obtained through professional corrosion investigation. And some specific corrosion protection measures were proposed. First, dew point corrosion on the atmospheric tower top was controlled by using atmospheric tower top reflux system and decreasing the overhead cold reflux. Second, upgrading materials (from 316L to 317L) and using high temperature inhibitors were taken to reduce the corrosion of packings in the side cut No. 3/4/5 of the vacuum tower. The results of recent two corrosion investigations showed that these protection measures were significantly useful.

high acidity crude; crude distillation unit; professional corrosion investigation; corrosion and protection

10.11973/fsyfh-201606017

2015-12-28

趙立福(1968-)，工程師，碩士，主要從事設備管理工作，18841709900，zhaolf@cnooc.com.cn

TG174

B

1005-748X(2016)06-0513-04