常壓裝置常頂循腐蝕堵塞原因分析及對(duì)策

司春旭，周景山，孫博文

（中國(guó)石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

隨著加工原油品質(zhì)劣質(zhì)化程度的提高和正常生產(chǎn)運(yùn)行周期的不斷延長(zhǎng)，設(shè)備、管道的腐蝕問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)峻[1]。在煉油廠常壓裝置內(nèi)，常壓塔頂設(shè)備腐蝕、常壓塔頂冷卻系統(tǒng)腐蝕、常壓塔頂換熱系統(tǒng)腐蝕、管道堵塞等問(wèn)題頻發(fā)，這對(duì)裝置安全生產(chǎn)影響極大。為此，對(duì)該裝置常壓塔頂設(shè)備及管道腐蝕、堵塞問(wèn)題進(jìn)行分析論證，制定常壓塔頂腐蝕及堵塞情況應(yīng)對(duì)措施，減緩常壓塔頂腐蝕及堵塞速率，保證常壓裝置在生產(chǎn)運(yùn)行周期內(nèi)安全平穩(wěn)運(yùn)行。

1 常壓裝置工藝運(yùn)行現(xiàn)狀

某常壓裝置長(zhǎng)期加工低硫低酸原油，自2023 年以來(lái)，常壓頂循環(huán)回流系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，尤其二季度加工負(fù)荷提高至93%，并持續(xù)高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，頂循堵塞情況呈加速趨勢(shì)，具體表現(xiàn)為頂循返塔溫度持續(xù)升高、流量下滑（表1）。

表1 頂循工藝參數(shù)統(tǒng)計(jì)

頂循返塔溫度的升高，導(dǎo)致常壓塔頂溫上升，進(jìn)電脫鹽原油換熱溫度下降，造成電脫鹽單元脫鹽效率變差、常壓爐燃料氣消耗增多、常壓爐超溫等操作問(wèn)題。此外，由于頂循系統(tǒng)結(jié)垢、結(jié)鹽問(wèn)題，頂循除鹽撬塊除鹽罐壓降及過(guò)濾器壓降持續(xù)上升。

常壓裝置常頂循除鹽撬塊自2022 年9 月投用以來(lái)，處理負(fù)荷、壓降變化顯著（表2）。頂循油處理量自2023 年1 月開(kāi)始持續(xù)呈下降趨勢(shì)，2023 年5 月最低下降至4.35 t/h。除鹽罐壓降自2022 年12 月開(kāi)始上升，至2023 年二季度達(dá)到最高，為130.0 kPa 左右。過(guò)濾器壓降自2022 年12 月開(kāi)始上升并最高達(dá)到42.5 kPa，自2023 年1 月逐步下降并基本保持在20.0 kPa 左右。

表2 頂循除鹽撬工藝參數(shù)統(tǒng)計(jì)

通過(guò)對(duì)常壓裝置工藝參數(shù)與頂循除鹽撬塊運(yùn)行情況分析，說(shuō)明常壓頂循系統(tǒng)雜質(zhì)、鹽類含量偏高，除鹽撬塊已無(wú)法除去頂循系統(tǒng)雜質(zhì)及鹽類，除鹽罐內(nèi)部已經(jīng)出現(xiàn)堵塞。考慮常壓頂循系統(tǒng)堵塞主要由原油中雜質(zhì)、鹽類及腐蝕產(chǎn)物組成，結(jié)合設(shè)備檢查情況進(jìn)行逐一驗(yàn)證。

2 常壓頂循系統(tǒng)腐蝕原理分析

常壓頂循系統(tǒng)腐蝕主要為酸環(huán)境腐蝕與氨鹽腐蝕，腐蝕介質(zhì)來(lái)源于原油中的氯化物和硫化物。

2.1 HCl-H2S-H2O 型腐蝕

原油中含有NaCl、MgCl2和CaCl2。它們都溶解在水里形成鹽水，在原油加工時(shí)雖然NaCl 不水解，但MgCl2和CaCl2卻易受熱水解生成強(qiáng)烈的腐蝕介質(zhì)HCl。反應(yīng)式如下：

原油中的MgCl2、CaCl2水解溫度分別為120 ℃和175 ℃，由此可以看出裝置的腐蝕介質(zhì)HCl 主要來(lái)自原油中鎂鹽的水解[2]。HCl 和H2S 在沒(méi)有液態(tài)水時(shí)對(duì)設(shè)備腐蝕較輕，而在有液態(tài)水的液相部位腐蝕較重，以相變的露點(diǎn)部位腐蝕最為嚴(yán)重，構(gòu)成HCl-H2S-H2O 型低溫腐蝕[3]。

頂循除鹽撬塊自2022 年9 月投用至過(guò)濾器濾芯壓降驟降只用了4 個(gè)月，這表明塔頂腐蝕嚴(yán)重，過(guò)濾器濾芯運(yùn)行4 個(gè)月便腐蝕穿孔。對(duì)拆開(kāi)的頂循除鹽撬塊觀察，濾芯上黏附大量鐵銹，這表明在頂循系統(tǒng)HCl-H2S-H2O 型低溫腐蝕較為突出。

2.2 氨鹽腐蝕

常壓塔頂需加注中和緩蝕劑控制塔頂腐蝕速率，中和緩蝕劑中存在無(wú)機(jī)氨或有機(jī)氨與HCl、H2S 生成氨鹽結(jié)晶沉積在設(shè)備內(nèi)表面。反應(yīng)式如下：

影響NH4Cl 腐蝕的主要因素包括濃度、溫度和水。由于NH4Cl 具有吸濕性能，可以從氣態(tài)流體中吸收水分造成腐蝕，即使少量的水也會(huì)導(dǎo)致十分嚴(yán)重的腐蝕[4-5]。

2023 年3 月17 日和5 月12 日，常一線塔底再沸器均出現(xiàn)管束泄漏。打開(kāi)再沸器后發(fā)現(xiàn)，管束結(jié)垢明顯，因此，判斷氨鹽結(jié)晶后沉積在換熱器管束表面，在低流速狀態(tài)下形成垢下腐蝕加劇管束泄漏。

3 常壓頂循系統(tǒng)堵塞原理分析

常壓頂循系統(tǒng)堵塞的主要原因是氣相中存在HCl與NH3，二者在分子狀態(tài)下快速反應(yīng)生成NH4Cl，且在塔頂溫度低于氨鹽結(jié)晶溫度時(shí)析出，隨著介質(zhì)流動(dòng)在換熱器、機(jī)泵入口等低速區(qū)附著，附著的氨鹽在低速區(qū)形成垢下腐蝕，加速設(shè)備腐蝕，并且腐蝕產(chǎn)物Fe2O3、FeCl3和FeCl2無(wú)法形成有效的保護(hù)膜[6]，而是被介質(zhì)沖刷帶至低速區(qū)沉積，鹽類的沉積也會(huì)進(jìn)一步粘附介質(zhì)中雜質(zhì)滯留，從而使頂循系統(tǒng)低速區(qū)堵塞加速。

2023 年5 月，常一線泵出口線堵死，機(jī)泵無(wú)法正常備用，閥門(mén)拆下后發(fā)現(xiàn)管線被黑色雜質(zhì)、鹽垢堵死，考慮鹽垢、雜質(zhì)在常一線出現(xiàn)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際深層剖析工藝及操作上造成堵塞的原因。

3.1 工藝堵塞原理分析

原油性質(zhì)差，電脫鹽效果差，脫后含鹽高，導(dǎo)致塔頂腐蝕速率上升。

2021 年和2022 年一季度電脫鹽系統(tǒng)操作波動(dòng)，原油脫后含鹽值上升，引起常壓塔頂部系統(tǒng)腐蝕速率上升，尤其是頂循系統(tǒng)持續(xù)出現(xiàn)腐蝕速率超標(biāo)，腐蝕產(chǎn)生的FeS 數(shù)量同時(shí)增加，這是頂循系統(tǒng)內(nèi)雜質(zhì)高的主要原因。雜質(zhì)長(zhǎng)期存在于頂循系統(tǒng)中，無(wú)法被帶出，離常壓塔最近的一個(gè)餾出口為常一線，部分雜質(zhì)被帶入到常一線系統(tǒng)，引起塔底再沸器、機(jī)泵出現(xiàn)結(jié)垢、堵塞，甚至腐蝕泄漏。

3.2 操作堵塞原理分析

常壓塔長(zhǎng)期保持高拔出率、塔上部輕質(zhì)油負(fù)荷高。常壓塔原設(shè)計(jì)收率為45.57%，近些年通過(guò)技改和優(yōu)化操作，輕質(zhì)油拔出率不斷升高，尤其近幾年，輕質(zhì)油收率均保持在49.00%以上，2022 年接近50.00%，因而原油中的灰分、雜質(zhì)被輕質(zhì)油帶入到塔頂系統(tǒng)。

2023 年二季度高加工負(fù)荷運(yùn)行，進(jìn)一步增加塔頂油氣負(fù)荷，因而塔頂結(jié)垢、結(jié)鹽情況呈加速現(xiàn)象。

4 常壓頂循系統(tǒng)腐蝕、堵塞應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)常壓頂循系統(tǒng)腐蝕、堵塞的具體原因，從減緩腐蝕和防止堵塞方面制定應(yīng)對(duì)措施。

4.1 減緩腐蝕應(yīng)對(duì)措施

4.1.1 電脫鹽操作 穩(wěn)定電脫鹽操作，降低原油脫鹽含鹽量；脫后含鹽盡量控制在2.0 mg/L 以下，可有效降低常壓塔頂氯含量，進(jìn)而降低塔頂結(jié)鹽、結(jié)垢產(chǎn)生的幾率和數(shù)量。

4.1.2 常頂溫度控制 日常操作過(guò)程中，要對(duì)頂循返塔溫度加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，在全部生產(chǎn)方案和操作條件不變的條件下，當(dāng)頂循溫度呈下降趨勢(shì)，頂循流量逐步降低，就要密切關(guān)注常壓塔結(jié)鹽的可能性，提前做好預(yù)防措施。定期對(duì)塔頂露點(diǎn)溫度和結(jié)鹽溫度進(jìn)行工藝計(jì)算，實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)精確控制，解決原油劣質(zhì)化、生產(chǎn)需求與防結(jié)鹽之間的矛盾。

4.2 防止堵塞應(yīng)對(duì)措施

4.2.1 常壓拔出率 合理控制常壓塔拔出率，適度降低常壓塔中上部油氣負(fù)荷，減少原油中雜質(zhì)帶入量。

4.2.2 常壓塔操作 常壓裝置提降原油負(fù)荷時(shí)，對(duì)常壓塔各參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)工藝核算后調(diào)整，尤其是塔底汽提蒸汽量及中段回流量，確保各工藝參數(shù)與加工負(fù)荷相匹配，以避免造成原油中的灰分、雜質(zhì)和鹽類大量被帶入到塔頂系統(tǒng)，造成常壓塔頂循系統(tǒng)出現(xiàn)結(jié)垢或結(jié)鹽現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

常壓塔頂循設(shè)備堵塞主要原因是由酸環(huán)境腐蝕與氨鹽腐蝕造成，在腐蝕產(chǎn)物與氨鹽結(jié)晶析出滯留低速區(qū)后，頂循系統(tǒng)壓降增加，造成設(shè)備堵塞。同時(shí)，在操作上過(guò)度追求拔出率與高負(fù)荷下常壓塔中段調(diào)節(jié)不及時(shí)，使原油中雜質(zhì)、灰分帶至塔頂系統(tǒng)，這進(jìn)一步加速了頂循系統(tǒng)的堵塞。在今后操作中，不僅要制定工藝防腐措施，更應(yīng)加強(qiáng)操作管理制度的落實(shí)。