摘  要：原油劣質(zhì)化趨勢、裝置長周期安全運(yùn)行及環(huán)境保護(hù)不斷增加的壓力，成為目前國內(nèi)煉油企業(yè)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。中國石化設(shè)備防腐蝕中心以煉油企業(yè)腐蝕問題為導(dǎo)向，通過開展腐蝕流程分析、設(shè)備管線適應(yīng)性評估、制定工藝防腐和腐蝕監(jiān)檢測方案、建立重點(diǎn)區(qū)域腐蝕控制回路、開展日常防腐監(jiān)督及動態(tài)維護(hù)等一系列舉措，形成了集“腐蝕分析、評估、監(jiān)測、控制”一體化的煉油企業(yè)腐蝕控制技術(shù)體系，規(guī)范了腐蝕控制技術(shù)及措施的實(shí)施流程，實(shí)現(xiàn)了煉油企業(yè)生產(chǎn)裝置運(yùn)行期間的腐蝕監(jiān)控和管理。該技術(shù)在某煉油企業(yè)的應(yīng)用實(shí)踐取得了顯著成效，實(shí)現(xiàn)了工藝防腐和設(shè)備防腐的初步融合，有效控制了煉油裝置腐蝕風(fēng)險，為煉油裝置長滿安穩(wěn)運(yùn)行提供了有效保障。

關(guān)鍵詞：煉油企業(yè)  腐蝕控制技術(shù) 腐蝕流程分析 工藝防腐  腐蝕監(jiān)檢測  腐蝕控制回路

1  前言

原油劣質(zhì)化趨勢、裝置長周期安全運(yùn)行及環(huán)境保護(hù)不斷增加的壓力，成為目前國內(nèi)煉油企業(yè)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1-3]。近年來，我國煉油企業(yè)在石油加工過程中的腐蝕控制方面取得了長足進(jìn)步，API RP571[4]、API RP581[5]、GB/T 30579[6]和GB/T 26610[7]等技術(shù)文件和標(biāo)準(zhǔn)的頒布與實(shí)施對于煉油裝置腐蝕類型的判別和控制提供了明確的指南，高硫、高酸原油加工裝置選材導(dǎo)則（SH/T 3096、SH/T 3129）[8-10]的頒布與實(shí)施，也基本消除了煉油裝置由于材料選擇導(dǎo)致的腐蝕問題。

煉油裝置在建成后，作為腐蝕反應(yīng)條件之一的金屬材料很難改變，改變腐蝕反應(yīng)的另一條件——反應(yīng)參數(shù)（如腐蝕性介質(zhì)含量和工藝條件溫度、壓力、流態(tài)、流速等），是切實(shí)可行且有效的。一方面，通過降低腐蝕性介質(zhì)的濃度或腐蝕環(huán)境到一個可接受的水平，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的耐蝕能力恰好能夠滿足使用要求；另一方面，通過工藝參數(shù)調(diào)控，改變腐蝕環(huán)境，改變腐蝕反應(yīng)所需的工藝環(huán)境條件，阻止或破壞腐蝕反應(yīng)。針對低溫系統(tǒng)的腐蝕工況，尤其是含水、腐蝕性、多相流工況下復(fù)雜多變的腐蝕特性，單純依靠材質(zhì)升級往往不能解決問題，工藝防腐和設(shè)備防腐的協(xié)同實(shí)施是解決低溫系統(tǒng)腐蝕的有效防腐方式[11-13]。

2  腐蝕控制技術(shù)基本原理

基于煉油企業(yè)面臨原料劣質(zhì)化、長周期運(yùn)行、環(huán)護(hù)法規(guī)日益嚴(yán)格等現(xiàn)狀，在集團(tuán)公司煉油事業(yè)部的支持下，中國石化設(shè)備防腐蝕研究中心，與洛陽工程公司合作開發(fā)了針對煉油裝置的“腐蝕分析、評估、監(jiān)測、控制”一體化的腐蝕控制技術(shù)，并編制了規(guī)范化操作流程和標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)煉油企業(yè)生產(chǎn)裝置運(yùn)行期間的防腐蝕全流程管理，保障了煉油裝置的安全穩(wěn)定長周期運(yùn)行。該技術(shù)的基本原理見圖1所示。

圖1  煉油企業(yè)腐蝕控制技術(shù)基本原理

（1）煉油裝置腐蝕流程分析：基于具體加工裝置的工藝流程、原料性質(zhì)、設(shè)備和管道信息，梳理并分析主要腐蝕類型，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)《API RP 571-煉油工業(yè)靜設(shè)備損傷機(jī)理》，歸納分析了各加工裝置主要腐蝕類型，并分析了每種腐蝕類型的腐蝕機(jī)理、敏感材料、影響因素、易腐蝕設(shè)備和管道，建立了針對不同加工裝置腐蝕信息索引表，繪制了各加工裝置的腐蝕流程圖。

（2）煉油設(shè)備和管道腐蝕評估：基于加工裝置的腐蝕流程分析和腐蝕流程圖，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)“API RP 581-基于風(fēng)險的檢驗(yàn)方法”、“SH/T 3096-高硫原油加工裝置設(shè)備和管道設(shè)計選材導(dǎo)則”和“SH/T 3129-高酸原油加工裝置設(shè)備和管道設(shè)計選材導(dǎo)則”，結(jié)合加工裝置物流性質(zhì)、工藝條件和設(shè)備管道材質(zhì)，進(jìn)行煉油裝置設(shè)備和管道腐蝕嚴(yán)重程度的定量評估，一方面針對裝置瓶頸部位制定材質(zhì)升級方案，另一方面基于腐蝕評估結(jié)果確定各原料性質(zhì)控制指標(biāo)，有效控制裝置腐蝕風(fēng)險。

（3）煉油裝置工藝防腐與腐蝕監(jiān)檢測實(shí)施方案：編制了《中國石化煉油工藝防腐蝕管理規(guī)定實(shí)施細(xì)則》[14]；在裝置腐蝕流程分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)裝置的腐蝕流程圖、設(shè)備和管道的材質(zhì)、以及工藝防腐措施，通過系統(tǒng)分析裝置腐蝕類型及其特點(diǎn)，確定各裝置的腐蝕監(jiān)檢測部位和方式。

（4）煉油裝置腐蝕控制回路：借鑒腐蝕回路[15-17]和完整性操作窗口[18-20]的理念，針對煉油裝置重點(diǎn)腐蝕部位，尤其是低溫腐蝕的高風(fēng)險部位，建立重點(diǎn)操作參數(shù)、工藝防腐參數(shù)及腐蝕監(jiān)檢測參數(shù)等的管控清單，并集成在同一操作窗口內(nèi)進(jìn)行展現(xiàn)及管理。通過對關(guān)鍵操作參數(shù)進(jìn)行核算，以腐蝕控制回路操作窗口為基礎(chǔ)可在裝置運(yùn)行期間開展防腐日常管理，有效監(jiān)控工藝防腐實(shí)施效果及裝置腐蝕狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)腐蝕隱患，便于分析異常原因、提出應(yīng)對措施，以保障裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（5）煉油裝置腐蝕控制技術(shù)體系建設(shè)：為有效控制煉油裝置腐蝕風(fēng)險，以裝置腐蝕問題為導(dǎo)向，基于“腐蝕分析、評估、監(jiān)測、控制”一體化的腐蝕控制實(shí)施方案，遵照規(guī)范化操作流程和標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了煉油企業(yè)生產(chǎn)裝置運(yùn)行期間的腐蝕監(jiān)控和管理，保障了煉油裝置的安全穩(wěn)定長周期運(yùn)行。

3  腐蝕控制技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

3.1  腐蝕流程分析

針對某企業(yè)全廠煉油加工裝置，基于工藝流程、原料性質(zhì)、設(shè)備和管道等信息，梳理并分析主要腐蝕類型，總結(jié)各自腐蝕機(jī)理、影響因素及主要影響設(shè)備部位和區(qū)域；并歸納出需要重點(diǎn)關(guān)注的腐蝕類型及腐蝕部位，將主要腐蝕類型及其嚴(yán)重程度在工藝流程圖上進(jìn)行半定量描述，完成全廠主要加工裝置腐蝕流程圖繪制。例如，對于1#蒸餾裝置，其常壓分餾單元腐蝕流程圖如圖2所示，裝置各部位、腐蝕類型及嚴(yán)重程度統(tǒng)計如表1所示。

其中，因?yàn)檠b置依據(jù)加工高硫原油設(shè)計，高溫部位選材滿足要求，其腐蝕在可控范圍內(nèi)。而對于低溫部位，由于原油的密度、鹽含量、氯含量逐年增加，造成原油脫后含鹽長期居高不下，由此引發(fā)的后繼加工裝置低溫部位腐蝕相對嚴(yán)重。

圖2  1#常壓蒸餾單元腐蝕流程圖

表1  1#蒸餾裝置腐蝕類型、影響部位及嚴(yán)重程度索引

3.2  腐蝕適應(yīng)性評估

某企業(yè)原加工原油硫含量0.9%、酸值0.7mgKOH/g，后根據(jù)要求需加工劣質(zhì)化原油（硫含量約1.5%、酸值約1.08mgKOH/g），因此需要對相關(guān)加工裝置開展腐蝕適應(yīng)性評估，確定各裝置主要設(shè)備和管道的薄弱部位，并對薄弱部位制定材質(zhì)升級方案。下面以該企業(yè)1#常減壓蒸餾裝置為例介紹腐蝕適應(yīng)性評估過程。

1#常減壓蒸餾裝置原油及各側(cè)線油品中硫含量和酸值分布見表2，基于表中數(shù)據(jù)并依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合工藝條件和設(shè)備管道材質(zhì)、歷史檢維修情況，評估出設(shè)備管線薄弱部位，并給出了相關(guān)建議，分別見表3、4。

表2  1#常減壓裝置各側(cè)線餾分的硫含量和酸值分布

表3  設(shè)備腐蝕評估薄弱部位及相關(guān)建議

表4  高溫管線的腐蝕評估薄弱部位及相關(guān)建議

3.3  防腐監(jiān)檢測方案制定

腐蝕監(jiān)檢測常用技術(shù)手段包括在線測厚針、在線腐蝕探針、在線pH計、人工超聲測厚、紅外測溫、內(nèi)窺鏡檢查等等[21-23]。根據(jù)企業(yè)腐蝕監(jiān)檢測技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，針對定點(diǎn)測厚建立了“一圖三表”測厚管理方案，如圖6所示。然后在此方案基礎(chǔ)上以裝置為單元，制定了全廠煉油加工裝置測厚布點(diǎn)方案在線測厚布點(diǎn)方案。例如，常減壓蒸餾裝置初餾塔及常壓蒸餾單元測厚布點(diǎn)方案如表5所示。

（1）定點(diǎn)測厚分布圖 

（2）定點(diǎn)測厚統(tǒng)計表

（3）定點(diǎn)測厚信息表

（4）測厚數(shù)據(jù)記錄表

圖3  “一圖三表”測厚管理體系示例

表5  測厚布點(diǎn)方案（初餾及常壓蒸餾單元部分）

3.4  腐蝕控制回路建立

為了有效控制加工裝置低溫部位腐蝕狀況，監(jiān)測工藝防腐蝕實(shí)施效果，選取各裝置重點(diǎn)腐蝕區(qū)域總計18處，建立腐蝕控制回路操作窗口，如表6所示。參照工藝防腐實(shí)施細(xì)則[7]等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，編制關(guān)鍵參數(shù)管控清單，并針對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行核算，提出控制建議，并以此為基礎(chǔ)開展防腐日常管理，監(jiān)測腐蝕情況及工藝防腐實(shí)施效果，及時發(fā)現(xiàn)腐蝕隱患、分析異常原因、提出應(yīng)對措施。其中，1#常壓塔頂冷凝冷卻系統(tǒng)腐蝕控制回路如圖5所示，關(guān)鍵參數(shù)及推薦控制范圍如表7所示，關(guān)鍵參數(shù)中塔頂水露點(diǎn)溫度及注水量根據(jù)操作條件通過工藝流程模擬實(shí)時計算獲得。

表6  某煉油企業(yè)腐蝕回路索引

圖4  常壓塔頂系統(tǒng)腐蝕控制回路操作窗口

表7  常壓塔頂系統(tǒng)關(guān)鍵控制參數(shù)

基于腐蝕控制回路操作窗口可以實(shí)現(xiàn)DCS工藝操作數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示，也可通過按鈕鏈接至LIMS、在線監(jiān)測等系統(tǒng)查詢分析相關(guān)數(shù)據(jù)，對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行有效監(jiān)控。

3.5  應(yīng)用實(shí)施效果

該企業(yè)自2018年9月基于建立的腐蝕監(jiān)控技術(shù)體系，在12套煉油裝置進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用，以煉油裝置腐蝕問題為導(dǎo)向，利用基于PI系統(tǒng)地腐蝕控制回路窗口，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)的工藝防腐技術(shù)管理模式。企業(yè)技術(shù)和操作人員及時掌握生產(chǎn)裝置的腐蝕狀況，運(yùn)行1年來發(fā)現(xiàn)腐蝕隱患40余項(xiàng)，及時采取針對性防護(hù)措施，優(yōu)化調(diào)整工藝防腐措施和腐蝕監(jiān)測方案，有效地降低了腐蝕風(fēng)險，避免了腐蝕泄露和非計劃停車，保障了煉油裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

綜上所述，以煉化設(shè)備腐蝕問題為導(dǎo)向，初步建立了“腐蝕分析、評估、監(jiān)測、控制”一體化的工作流程，該技術(shù)在煉油企業(yè)的應(yīng)用實(shí)踐取得了顯著成效；煉油企業(yè)腐蝕控制技術(shù)建立了煉油裝置腐蝕流程分析和設(shè)備管線腐蝕適應(yīng)性評估方法和工作流程，為掌握裝置腐蝕狀況和薄弱部位，應(yīng)對性材質(zhì)升級提供了成熟的、科學(xué)的技術(shù)方法可理論基礎(chǔ)。

煉油企業(yè)腐蝕控制技術(shù)有效融合工藝防腐與設(shè)備防腐，工藝防腐方面建立了腐蝕回路控制窗口，形成閉環(huán)的工藝防腐技術(shù)管理模式，對裝置重點(diǎn)低溫腐蝕部位的工藝操作形成了有效監(jiān)控，同時加強(qiáng)了腐蝕監(jiān)檢測及物料性質(zhì)化學(xué)分析數(shù)據(jù)監(jiān)測，能夠及時掌握裝置生產(chǎn)運(yùn)行變化，對煉油裝置工藝防腐的實(shí)施和效果進(jìn)行評價，從而有效控制低溫腐蝕部位腐蝕風(fēng)險；設(shè)備防腐方面建立了“一圖三表”測厚管理體系，針對重點(diǎn)腐蝕部分的設(shè)備管線制定定點(diǎn)測厚方案，在裝置運(yùn)行期間分步實(shí)施測厚計劃，可對壁厚情況形成有效監(jiān)測，降低了腐蝕泄露風(fēng)險。

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第一作者簡介

張宏飛，專業(yè)副總，高級工程師，畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）金屬材料專業(yè)，長期從事石化設(shè)備腐蝕與防腐科研工作。