加氫裂化裝置反應(yīng)部分防腐選材設(shè)計(jì)

閆孟杰，聶世超

（洛陽(yáng)瑞澤石化工程有限公司，河南洛陽(yáng) 471003）

加氫裂化裝置反應(yīng)部分防腐選材設(shè)計(jì)

閆孟杰，聶世超

（洛陽(yáng)瑞澤石化工程有限公司，河南洛陽(yáng) 471003）

介紹了加氫裂化裝置反應(yīng)進(jìn)料和反應(yīng)流出物管道內(nèi)主要存在有高溫 H2+H2S 腐蝕和低溫濕硫化氫腐蝕，分析了腐蝕發(fā)生的主要部位，并結(jié)合影響腐蝕水平的因素，提出了各個(gè)腐蝕環(huán)境下選材依據(jù)及要求。

加氫裂化；反應(yīng)部分；腐蝕；選材

Abstract：In this paper，the hydrothermal cracking unit is introduced into the reaction feed and the effluent of the hydrocracking unit.There are high temperature H2+H2S corrosion and low temperature wet hydrogen sulfide corrosion.The main parts of the corrosion are analyzed，and the factors influencing the corrosion level are put forward.Selection of corrosive environment under the basis and requirements.

Key words：hydrocracking；reaction part；corrosion；material selection

加氫裂化是重要的重油輕質(zhì)化加工手段，它是以上游裝置的重質(zhì)餾分油、渣油或二者的混合油為原料，在一定的溫度、壓力條件下，并在催化劑的作用下與氫氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其主要產(chǎn)品有高級(jí)汽油、航空煤油、低凝固點(diǎn)柴油和石腦油等[1]。由于加氫裂化面臨高溫、高壓、臨氫、易燃及易爆的苛刻條件，因此充分了解其工藝過(guò)程的特點(diǎn)，綜合考慮介質(zhì)工況的腐蝕、材料性能等因素，合理地進(jìn)行選材對(duì)保障裝置的“安穩(wěn)長(zhǎng)滿(mǎn)優(yōu)”操作運(yùn)行具有重大意義。從近年來(lái)加氫裂化裝置的運(yùn)行情況看，腐蝕破壞主要集中在裝置的反應(yīng)部分[2]。

1 原料油管道

加氫裂化用原料油一般屬于重油，在經(jīng)過(guò)換熱升溫之前基本不考慮介質(zhì)的腐蝕，管材選用碳鋼即可滿(mǎn)足要求。從反應(yīng)流出物-混合進(jìn)料換熱器出來(lái)的原料油及循環(huán)氫氣混合物的溫度達(dá)到了 370℃之后，經(jīng)過(guò)反應(yīng)進(jìn)料加熱爐進(jìn)一步升溫達(dá)到385℃后進(jìn)入反應(yīng)器。在此溫度下，原料油中的非活性硫分解為可與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的 H2S，并且分解出來(lái)的 H2S 也能進(jìn)一步的分解為 H2和 S，會(huì)加劇腐蝕的進(jìn)行[3]。所以此時(shí)存在的腐蝕類(lèi)型主要是 H2+H2S 腐蝕，管道材質(zhì)可根據(jù)管道最高操作溫度加 20～40℃的裕量和介質(zhì)中氫氣的分壓，參照納爾遜曲線進(jìn)行預(yù)選材，然后根據(jù)管道操作溫度和介質(zhì)中硫化氫含量參見(jiàn)柯柏曲線估算預(yù)選材質(zhì)的腐蝕速率，所選材質(zhì)的腐蝕速率不宜超過(guò) 0.25mm/a。該部分管道宜選用 321 型穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼，且管道焊縫需要進(jìn)行穩(wěn)定化熱處理。

2 反應(yīng)流出物管道

原料油與氫氣在反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)完成后，反應(yīng)流出物經(jīng)過(guò)一系列的換熱及熱高/低壓分離器、冷高/低壓分離器的單元操作，實(shí)現(xiàn)氫氣與油品的分離。這一過(guò)程中，管道的溫度相差較大，主要的腐蝕類(lèi)型有所不同，需要分開(kāi)考慮管道的選材設(shè)計(jì)。

2.1 高溫管道

加氫裂化反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，反應(yīng)器出口產(chǎn)物的操作溫度均達(dá)到 430℃左右，此時(shí)的腐蝕類(lèi)型仍按 H2+H2S 腐蝕考慮，管道材質(zhì)仍為 321 型穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼，管道焊縫需要進(jìn)行穩(wěn)定化熱處理。

反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過(guò)反應(yīng)流出物-混合進(jìn)料換熱器溫度降到260℃后進(jìn)入熱高壓分離器進(jìn)行汽液分離，由于溫度仍較高，仍然需要考慮高溫 H2+H2S 腐蝕，選材依據(jù)依然是納爾遜和柯柏曲線。此時(shí)的管道材質(zhì)主要選擇 Cr-Mo 合金鋼（如15CrMo），此時(shí)腐蝕余量可適當(dāng)?shù)募哟螅艿赖暮缚p需要進(jìn)行應(yīng)力消除熱處理。

2.2 低溫管道

熱高壓分離器頂部出口介質(zhì)在進(jìn)入冷高壓分離器進(jìn)一步汽液分離之前，需要經(jīng)過(guò)熱高分器/冷低分油換熱器、熱高分器/混合氫換熱器和熱高分氣空冷器降溫至 50℃。在冷卻過(guò)程中，當(dāng)溫度低于 200℃時(shí)，介質(zhì)開(kāi)始出現(xiàn)結(jié)露，并呈現(xiàn)出濕硫化氫腐蝕環(huán)境。同時(shí)，由于氯化銨和硫氫化銨的結(jié)晶溫度分別為 210℃、121℃[3]，此部分管道通常還通過(guò)連續(xù)注入除鹽水的措施以防止銨鹽在換熱器及空冷器處的結(jié)垢，這樣會(huì)使硫化氫的腐蝕增強(qiáng)。所以此段管線的材質(zhì)需要考慮濕硫化氫引起的均勻腐蝕、硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、氫致開(kāi)裂、氫鼓泡和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開(kāi)裂等腐蝕類(lèi)型。其中硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂和氫致開(kāi)裂是主要考慮的失效形式，雖然二者發(fā)生的環(huán)境相同，不同的是前者常與管道的加工和焊接殘余應(yīng)力有關(guān)，而后者不受外部應(yīng)力的影響，主要與氫通量和鋼材質(zhì)量有關(guān)。綜合以上分析，這部分管道用鋼應(yīng)符合以下要求：①碳鋼必須是鎮(zhèn)靜鋼；②承壓部件宜采用低強(qiáng)度材料，材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的屈服強(qiáng)度不大于 355MPa，材料實(shí)測(cè)的抗拉強(qiáng)度不大于630MPa；③材料的供貨狀態(tài)應(yīng)為正火、正火+回火或者退火，且基體金屬的硬度不超過(guò) 22HRC；④低碳鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò) 0.42%，碳當(dāng)量應(yīng)不大于 0.40%；⑤焊縫及變形量超過(guò) 5%碳鋼必須進(jìn)行應(yīng)力消除熱處理，且焊縫硬度不應(yīng)大于HB200；⑥無(wú)縫鋼管應(yīng)符 GB 9948—2013 的要求；⑦承壓部件及焊縫的表面不允許有深度大于 0.4mm 的尖銳缺陷的存在。

3 結(jié)束語(yǔ)

加氫裂化裝置反應(yīng)部分的腐蝕主要包括高溫 H2+H2S 腐蝕和低溫濕硫化氫腐蝕，其中高溫 H2+H2S 腐蝕可以通過(guò)選擇合理的材質(zhì)解決，但是低溫濕硫化氫腐蝕的程度受介質(zhì)環(huán)境、應(yīng)力水平及材料性能的影響較大，構(gòu)成了管材防腐的復(fù)雜性，所以應(yīng)綜合考慮各方面的影響，才能實(shí)現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)的選材。

[1] 張建芳，山紅紅，涂永善.煉油工藝基礎(chǔ)知識(shí)[M].北京：中國(guó)石化出版社，2006.

[2] 楊建成.汽柴油加氫裝置反應(yīng)流出物系統(tǒng)的腐蝕與對(duì)策[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2012，29（1）：20-22.

[3] 張澄清.加氫裂化裝置管道腐蝕類(lèi)型及材料的選用[J].煉油技術(shù)與工程，2009，39（6）：33-35.

Design of Partial Anticorrosive Selection for Reaction of Hydrocracking Unit

Yan Meng-jie，Nie Shi-chao

TE986

A

1003–6490（2017）09–0121–01

2017–07–14

閆孟杰（1987—），男，河南尉氏人，助理工程師，主要研究方向?yàn)榕涔芄艿涝O(shè)計(jì)。