苯乙烯裝置腐蝕分析及腐蝕監測設置

(中國石油 獨山子石化公司 研究院， 新疆 克拉瑪依 833699)

技術應用

苯乙烯裝置腐蝕分析及腐蝕監測設置

康強利

(中國石油 獨山子石化公司 研究院， 新疆 克拉瑪依 833699)

通過對苯乙烯生產裝置的發展、生產原理、生產工藝及腐蝕性介質的介紹及分析，說明了苯乙烯裝置產生腐蝕的必然性。通過對苯乙烯裝置的腐蝕分析，確定了苯乙烯裝置的主要腐蝕部位及腐蝕系統。采用幾種通用的腐蝕監測手段對已確定的腐蝕系統或腐蝕單元進行腐蝕監測，實現了對苯乙烯生產裝置腐蝕發展趨勢及腐蝕嚴重程度的有效監控，達到了及時發現苯乙烯生產裝置腐蝕問題及腐蝕隱患并及時采取有效腐蝕消控措施的目的，防止了苯乙烯生產裝置突發腐蝕問題的發生，實現了裝置安全、平穩生產，可為國內同類苯乙烯裝置及其他裝置的腐蝕控制提供借鑒。

苯乙烯裝置； 工藝介質； 腐蝕分析； 腐蝕監測點設置； 腐蝕控制

最早于1839年發現的苯乙烯是聚苯乙烯及橡膠生產的原料，聚苯乙烯和橡膠在生活、工程及制藥等領域有廣泛的應用價值。1930年，美國道化學公司首創了乙苯熱脫氫制取苯乙烯技術。1937年，美國陶氏化學公司和德國巴斯夫公司實現了苯乙烯工業化生產，開創了苯乙烯工業化生產的先河。苯乙烯產品市場需求的急速加大，推動了苯乙烯生產的快速發展[1]。

目前，世界范圍內苯乙烯生產法主要是乙苯脫氫制苯乙烯、乙苯共氧化法、選擇氧化脫氫工藝等生產技術，其中乙苯脫氫是目前國內外生產苯乙烯的主要方法，世界上約有90%的苯乙烯通過該方法進行生產。近幾年，陸續開發出了苯乙烯生產新技術，主要包括裂解汽油抽提技術、CO2氧化脫氫制苯乙烯技術、催化裂化干氣制苯乙烯以及乙醇直接烴化制苯乙烯技術等。2012年，全球苯乙烯生產能力達到3 236.6萬t/a，預計到2017年全球苯乙烯的需求量將達到3 604.8萬t/a[2-5]。

20世紀50年代，由前蘇聯援建的蘭州石化2萬t/a苯乙烯裝置開始運行生產；80年代，燕山石化、齊魯石化先后引進了2套8萬t/a苯乙烯裝置；90年代，茂名石化、楊-巴和吉化先后建成了10萬t/a苯乙烯裝置。在此過程中，國內也有企業引進和自建了多套苯乙烯裝置。據有關資料表明，2008-06，我國苯乙烯生產能力達到了291萬t/a，截止2016年年底，我國的苯乙烯產能達到844萬t/a，增產高速。

中國石油蘭州石化分公司是最早開發苯乙烯催化劑的廠家，廈門大學從20世紀70年代研發的催化劑在大慶、吉化、蘭化苯乙烯裝置上進行了應用，并且取得了可喜成績。從20世紀80年代開始，上海石油化工研究院、華東理工大學及上海工程有限公司等單位合作, 共同開發大型苯乙烯生產工藝技術。到目前為止, 先后開發了生產規模為3～60萬t/a苯乙烯成套技術工藝包，以上述工藝包為設計依據建成的苯乙烯裝置已平穩運轉多年。此外，中國石化的一些科研院所及國內部分科研機構與企業合作開發出了新的苯乙烯生產工藝，均已得到了成功應用。

苯乙烯裝置腐蝕介質的來源有原料、生產過程以及在苯乙烯生產過程中加入的助劑這三方面。此外，苯乙烯裝置的工藝介質兼具有毒、易燃、易爆特性，任何腐蝕泄漏都會導致生產波動，甚至發生著火、爆炸等惡性事故。近十幾年來，國內苯乙烯裝置的不同部位發生了多起因腐蝕導致的泄漏和停工事件。因此，對苯乙烯裝置而言，腐蝕依然是嚴重的安全生產隱患。

文中通過對苯乙烯裝置工藝及其腐蝕分析，用以確定出腐蝕單元、部位及系統，采用有效的腐蝕監測手段，通過腐蝕監測數據來評判苯乙烯裝置的腐蝕程度及腐蝕的發展趨勢，防止腐蝕問題的突發，為國內同類苯乙烯裝置及其他裝置的腐蝕控制提供借鑒。

1 32 萬t/a苯乙烯裝置概況

2009-09投產的某32 萬t/a苯乙烯裝置是100萬t/a乙烯生產系統的配套裝置，以乙烯和苯為原料，采用美國Stone & Webster公司技術，利用Exxon Mobil 的EBMax 液相烷基化技術制取乙苯，利用Total/Bager 的絕熱脫氫技術最終生產出質量分數為99．9%的苯乙烯單體做為聚苯乙烯和丁苯橡膠裝置的原料。裝置開工以來，在乙苯單元、脫氫單元、苯乙烯精制單元及尾氣凝液單元相繼發生了數次腐蝕問題，對裝置的安全、平穩生產產生了較大的影響。

32 萬t/a苯乙烯裝置的生產單元見表1，原則工藝流程見圖1。

表1 32 萬t/a苯乙烯裝置主要生產單元

2 腐蝕介質及腐蝕部位確定[6-12]

2.1腐蝕介質

腐蝕介質主要包括苯乙烯的乙烯原料中帶有的微量硫化物、氯化物等腐蝕性介質，苯乙烯的苯原料中帶有的微量硫化物、噻吩等腐蝕性介質，生產過程中附帶的多種催化劑、阻聚劑等其他助劑的介入，某些副反應產物中存在的腐蝕性介質。

2.2確定腐蝕部位

根據苯乙烯裝置的生產工藝、設備特點以及工藝操作參數，結合此裝置工藝介質中腐蝕介質的存量及聚集環境，借鑒國內同類苯乙烯裝置曾經發生過的腐蝕部位，確定了此苯乙烯裝置易腐蝕部位和易腐蝕系統，見表2。

圖1 32 萬t/a苯乙烯裝置工藝流程簡圖

主單元分單元易腐蝕部位及腐蝕系統乙苯單元乙苯精餾單元 脫氫組分塔塔頂冷凝冷卻系統苯乙烯單元苯乙烯精餾單元 粗苯乙烯沉降及附屬系統,苯乙烯精餾系統苯乙烯單元尾氣及凝液單元 尾氣壓縮、吸收、解析及凝液回收系統

3 苯乙烯裝置腐蝕分析與監測方式[13-20]

如果裝置的工藝介質中本身含有腐蝕性介質，則裝置腐蝕無法避免。如何發現裝置腐蝕部位的腐蝕程度及腐蝕發展趨勢，防止突發腐蝕事件發生，在裝置的腐蝕部位設立恰當的腐蝕監測方式則是一種有效的手段。

3.1乙苯單元脫氫組分塔塔頂冷凝冷卻系統

乙苯單元中，乙烯與苯通過液相烷基化及烷基化轉移反應生產乙苯，粗乙苯通過乙苯塔提純后進入苯乙烯單元，新鮮苯的提純、干制及乙苯單元的氣相組分進入脫氫組分塔塔內。依據腐蝕分析，乙苯單元主要腐蝕部位在脫氫組分塔塔頂系統，其系統流程圖見圖2。

圖2 乙苯單元脫氫組分塔塔頂冷卻系統流程簡圖

在整個乙苯單元，幾乎所有含腐蝕性介質的有機酸、無機酸均會聚集在脫氫組分塔塔頂的氣相組分中。腐蝕則表現在塔頂冷凝冷卻系統的設備及管線中，在形成的工藝可見水的環境下，會對塔及塔頂系統產生嚴重腐蝕。

針對脫氫組分塔塔頂腐蝕情況設立的腐蝕監測方式見表3。

表3 脫氫組分塔塔頂冷凝冷卻系統腐蝕監測方式

3.2苯乙烯單元

在苯乙烯單元，乙苯經絕熱脫氫反應后產生的粗苯乙烯經沉降、油水分離后，含粗苯乙烯的油相在苯乙烯精餾單元經苯/甲苯塔、乙苯回收塔及苯乙烯塔進行分離，苯乙烯精餾分離過程在真空環境下完成。在苯乙烯單元產生的不凝氣及乙苯單元產生的氣相組分進入尾氣壓縮、吸收、解析及凝液回收系統。乙苯絕熱脫氫反應的副產物CO2、微量硫化物以及為防止單體聚合加入阻聚劑帶入的腐蝕性介質會貫穿于苯乙烯單元所有氣相組分及水相組分，會對整個苯乙烯單元產生較為嚴重的腐蝕。

3.2.1粗苯乙烯沉降及附屬系統

在粗苯乙烯沉降罐及附屬系統，主要涉及乙苯經脫氫反應冷凝后形成的粗苯乙烯，還有來自乙苯、苯乙烯精餾及尾氣凝液單元含有腐蝕性介質的氣相或液相介質，含有腐蝕性介質的沉降罐氣相與凝汽器氣相經尾氣壓縮后進入凝液單元，含有腐蝕性介質的沉降罐水相介質進入凝液汽提塔，此系統的工藝流程見圖3。

此系統中的介質比較雜亂，至少有9種含腐蝕性的介質進入沉降罐，腐蝕性成分主要有：混合有脫氫反應的副產物CO2，介質中殘留的硫化物、無機酸，過程反應產生的有機酸及阻聚劑帶入的酸性介質等。

圖3 粗苯乙烯沉降及附屬系統工藝流程示圖

該系統處于含水的低溫環境，系統腐蝕屬于酸性腐蝕。這些酸性介質會對系統產生較為嚴重的腐蝕，集中表現在含水凝液處理系統及相關設備和管線中。此系統可設立的腐蝕監測方式見表4。

3.2.2粗苯乙烯精制系統

來自粗苯乙烯沉降罐的粗苯乙烯進入真空操作的苯/甲苯塔，在塔頂分離出苯、甲苯，塔底的乙苯、苯乙烯進入高(低)壓乙苯回收塔回收乙苯，塔頂回收的乙苯進入脫氫反應系統，塔底苯乙烯進入苯乙烯塔精餾苯乙烯，真空凝液進入尾氣回收單元。為防止介質聚合，分別在苯/甲苯塔進料及苯乙烯塔塔頂線中注入緩聚劑及阻聚劑，此系統工藝流程見圖4。

圖4 粗苯乙烯精制系統工藝流程示圖

監測方式監測部位監測項目冷凝水 (1)凝液泵出口 pH值、Fe2+/3+等探針監測 (1)凝液泵出口 (2)尾氣冷凝器到沉降罐液相管線 (3)汽提塔冷凝器到沉降罐的管線 腐蝕速率腐蝕檢查 (1)塔及容器:汽提塔、沉降罐、尾氣冷凝器、放空密封罐 (2)熱交換設備:進料汽化器、粗苯乙烯冷凝器、汽提塔冷凝器 (3)泵:凝液泵、粗苯乙烯泵 宏觀檢查、測厚、腐蝕掛片、拍照、攝像、失效原因分析管線測厚 (1)進料汽化器至沉降罐 (2)脫氫塔至沉降罐 (3)粗苯乙烯冷凝器至沉降罐 (4)凝液汽提塔至沉降罐 (5)尾氣冷凝器至沉降罐 (6)苯/甲苯塔塔頂液相至沉降罐 (7)熱井凝液泵至沉降罐 (8)沉降罐至凝液汽提塔 (9)多乙苯塔頂冷凝器至凝液汽提塔 (10)解析塔頂氣相至粗苯乙烯冷凝器 管線的實際厚度、并計算管線的腐蝕速率

在苯乙烯精制系統中，腐蝕性介質是由粗苯乙烯帶入的，主要腐蝕介質種類與粗苯乙烯沉降及輔助系統基本一致，系統處于含水環境，腐蝕屬于酸性腐蝕。這些酸性介質會對系統產生腐蝕，集中表現在換熱部位、塔頂冷凝冷卻系統的相關設備、管線中，可設立的腐蝕監測方式見表5。

3.2.3尾氣壓縮、吸收、解析及凝液回收系統腐蝕分析與監測方式

對苯乙烯生產而言，由于其過程涉及的乙苯及苯乙烯精餾需要在真空條件下操作，大量尾氣主要產生于苯乙烯單元，再加上生產過程中產生的不凝氣，這些尾氣經過壓縮、吸收、解析及洗劑處理后，收集、處理及回收其中的烴類，合格后排放與回用。尾氣中含有大量的腐蝕性介質，而且濃度會逐漸聚集，此系統的工藝流程見圖5。

表5 苯乙烯精制系統腐蝕監測方式

圖5 尾氣壓縮、吸收、解析及凝液回收系統工藝流程示圖

在此系統中，腐蝕性介質主要由乙苯及苯乙烯精餾過程帶入，主要腐蝕介質種類與上述系統基本一致，整個系統基本是低溫操作，為含水環境，會對系統產生較為嚴重的腐蝕，設立的腐蝕監測方式見表6。

表6 尾氣壓縮、吸收、解析及凝液回收系統腐蝕監測方式

4 結語

對中國石油某企業典型苯乙烯裝置進行了腐蝕分析，設置的腐蝕監測手段于2011-07運行，通過對這些手段獲取的腐蝕監測數據的分析，發現了裝置存在腐蝕問題的程度及發展趨勢，及時采取了腐蝕防控措施，使曾經發生腐蝕的脫氫組分塔塔頂系統、尾氣凝液系統、苯乙烯系統及精制系統的腐蝕得到控制，證明了腐蝕監測手段有效、可靠。

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(許編)

CorrosionAnalysisandMonitoringSettingsinStyreneUnit

KANGQiang-li

(Research Institute of Dushanzi Petrochemical Company, CNPC, Karamay 833699, China)

The inevitability of styrene device to corrosion was explained by introduction and analysis of development of styrene plant, production principle and production technology as well as corrosive medium. The corrosivity of process medium was analyzed to decide corrosion position and corrosion system. The corrosion system and section was monitored by mean of using several methods of general corrosion monitoring, and the effectively monitoring control was realized for corrosion development tendency and corrosion order of severity in styrene process units. By this means the corrosion problem and hidden danger were discovered in time in styrene unit, and the corrosion prevention measures were adopted. So the corrosion problem which have broken out was reduced to prevent the impact of corrosion occurred in styrene production plant and decrease the effects on the unit safe and stable production, which can take examples for domestic similar corrosion control of styrene device and other devices in China.

styrene unit; process medium; corrosion analysis; corrosion monitoring setting; corrosion control

TQ050.7； TG172.9

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.04.008

1000-7466(2017)04-0039-07①

2017-02-06

康強利(1965-)，男，陜西岐山人，高級工程師，碩士，主要從事煉油與化工裝置防腐蝕技術研究、腐蝕監測及腐蝕控制技術工作。