常減壓蒸餾裝置減三線管道腐蝕原因分析

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(中國石油化工股份有限公司安慶分公司,安徽 安慶 246001)

安慶石化煉油一部Ⅰ套4 Mt/a常減壓蒸餾裝置以加工魯寧管輸油為主，摻煉進口輕質原油。減三線管線和凈洗油管線材質均為Cr5Mo，管線規格分別為φ325 mm×10 mm和φ159 mm×7 mm，減三線抽出口管線從減壓塔至泵P114-1/2，然后至初底油減三線換熱器E118-1/2/3/4全長150 m，凈洗油線從泵P114-2出口至減壓塔全長105 m。此兩條管線從2006年1月材質由20號碳鋼升級為Cr5Mo，使用至今已有12年4個月，P114-1/2葉輪材質為0Cr13。檢修腐蝕調查發現減三線抽出泵的葉輪局部出現溝槽狀腐蝕, 減三線管線和凈洗油管線均出現明顯的腐蝕,有必要對這些腐蝕進行深入分析研究。

1 腐蝕機理分析

減三線管線和凈洗油線主要腐蝕為環烷酸腐蝕和高溫硫腐蝕，兩者同時存在。環烷酸腐蝕溫度區間為240～425 ℃，尤其在270～280 ℃和350～400 ℃腐蝕更劇烈。高溫硫腐蝕在溫度超過240 ℃時就會產生。環烷酸和硫腐蝕機理如下：

金屬表面生成的FeS不溶于油，覆蓋在金屬表面形成保護膜，在一定意義上能夠阻止基底金屬繼續腐蝕。但是如果有環烷酸存在，情況則有很大的不同，因為環烷酸和硫化亞鐵能發生反應生成環烷酸鐵和硫化氫，破壞防護膜，通過介質的沖刷，流體帶走腐蝕產物，使金屬裸露出新的表面，同時帶來腐蝕介質，于是腐蝕反應十分劇烈。

2 腐蝕原因分析

2.1 減三線管線溫度

減三線管線和凈洗油管線均稱為減三線，前者是減三線抽出管線，后者是減三線返塔線，最高操作壓力分別為1.3 MPa和1.09 MPa。截止到2016年9月，減三線抽出溫度為320 ℃,從2016年9月至今，為了生產工藝上節能的需要，不需要對渣油進行深拔，所以減三線抽出口溫度有所降低，在290 ℃左右。由于沿路管線有熱損，溫度會慢慢下降，之后的大部分管線正好就落在270～280 ℃環烷酸腐蝕最劇烈的溫度。此次更換的凈洗油線全長105 m，前20 m左右管線測厚數據最薄是5.0 mm，此后的管線最薄是2.6 mm；且減三線抽出泵P114-2的葉輪局部出現溝槽狀腐蝕形態(見圖1)，這可以說明是環烷酸腐蝕類型。

圖1 減三線泵P114-2葉輪腐蝕形貌

2.2 減三線管線流速和湍流

環烷酸的腐蝕還跟介質的流速有關，隨著流速的增加，腐蝕也會加劇。研究表明當流速低于4 m/s時，流速對于腐蝕的影響相當小；當流速增加到12 m/s時，氣相部位就會形成冷凝液膜，氣相腐蝕嚴重；隨著流速的進一步增加，高速流體所產生的離心力阻止了冷凝液膜的形成，氣相腐蝕基本不存在。減三線返塔流量為100 t/h，出裝置流量為23 t/h,凈洗油線流量為36 t/h,密度按0.73 g/cm3計算，據有關公式計算得出流速均不到1 m/s，流速對于腐蝕影響較小。這說明主要為液相部位腐蝕，腐蝕部位的形態一般為順著流向出現溝槽狀或者是凹凸狀(見圖2)，而且在流速較高的湍流區域(比如彎頭，三通和泵葉輪)，環烷酸腐蝕更嚴重。例如在泵P114-2的出口管線有3個彎頭外彎處腐蝕減薄嚴重，只有4 mm厚左右。環烷酸的腐蝕主要在液相中產生，氣相中的腐蝕是由環烷酸冷凝引起的，所以在這里氣相腐蝕不存在。此兩條管線經檢測發現，基本都是底部減薄嚴重(見圖3)。

2.3 原油酸值變化

2個周期原油硫含量和酸值的變化情況見表1。原油中硫含量自2015年后明顯升高。原油酸值大于0.5 mgKOH/g時就稱為高酸原油，原油酸值越高，減三線環烷酸的腐蝕就越嚴重;在原油酸值小于0.5 mgKOH/g時，減三線環烷酸腐蝕仍然存在。

圖2 減三線抽出線內部腐蝕形貌

圖3 凈洗油線底部液相腐蝕形貌

表1 原油中硫和酸值的變化

3 腐蝕防護措施

3.1 管線材質升級

目前管線材質為Cr5Mo，Cr5Mo鋼對環烷酸有很好的抵抗力，能在較高流速下使用。但含Mo的奧氏體不銹鋼是適宜的耐環烷酸腐蝕材料，在環烷酸腐蝕環境中，抗腐蝕能力從高到低的順序是316>304>Cr-Mo。Mo元素的加入明顯改善了材料的耐環烷酸腐蝕的性能，隨著Mo含量的增加，不銹鋼的環烷酸腐蝕速率和沖刷腐蝕速率明顯減小，一般Mo質量分數不小于2.5%。在提硫改造計劃中擬將減三線及凈洗油線升級為316L，待2019年裝置大修時施工。

3.2 加注緩蝕劑

目前減三線未注入緩蝕劑，聯系高溫緩蝕劑廠家，能否改變配劑稀釋油(由常一線油改為常三線油稀釋)或注純劑，在滿足減三線泵(正常操作時溫度為300 ℃)不抽空的前提下，減三線泵入口管線處增加高溫緩蝕劑加注點。

3.3 控制工藝條件

自常減壓蒸餾裝置由減壓深拔改為不深拔后，減三線抽出溫度有所降低，致使介質溫度在270～280 ℃環烷酸腐蝕最劇烈的溫度，導致管線腐蝕加劇。在可能的情況下，提高減三線抽出溫度，避開環烷酸腐蝕嚴重溫度，減二線抽出溫度會落在環烷酸腐蝕嚴重溫度，建議減二線增加高溫緩蝕劑注入點。

3.4 設置在線定點測厚

在減三線泵出入口直管和彎頭處增加在線定點測厚點數，這樣就可以實時監控管線壁厚的安全運行狀態。

4 結 語

從腐蝕調查情況看，減三線環烷酸腐蝕減薄的主要原因在于減三線溫度的降低和煉制高酸原油導致的。下次大檢修應重點檢查這些部位,同時日常生產中做好腐蝕監控，確保裝置長周期安全平穩運行。