煉油化工行業(yè)屬于連續(xù)生產(chǎn)的高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè),設(shè)備含有易燃易爆、有毒有害的介質(zhì),并伴隨著高溫、高壓等苛刻環(huán)境,其腐蝕問(wèn)題不僅會(huì)造成財(cái)產(chǎn)損失、停工停產(chǎn),嚴(yán)重時(shí)甚至還會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)爆炸、人員傷亡等社會(huì)問(wèn)題。煉化裝置腐蝕問(wèn)題普遍存在,眾多技術(shù)人員通過(guò)數(shù)十年的研究,產(chǎn)生了大量成果(如中國(guó)知網(wǎng)中與“裝置&腐蝕”相關(guān)的文獻(xiàn)超過(guò)2萬(wàn)篇),使得腐蝕防護(hù)技術(shù)得到快速發(fā)展。

以典型的二次加工裝置催化裂化裝置為例,國(guó)內(nèi)催化裂化裝置已經(jīng)有200多套,有幾十年的設(shè)計(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),但是催化裝置的腐蝕問(wèn)題并沒(méi)有得到根本解決。本文通過(guò)調(diào)研20套催化裂化裝置運(yùn)行情況發(fā)現(xiàn):在這些裝置中,出現(xiàn)腐蝕的部位僅集中在裝置10%的位置;90%以上的腐蝕問(wèn)題屬于共性問(wèn)題;80%以上的問(wèn)題可以依靠現(xiàn)有技術(shù)方案徹底解決;同樣的腐蝕問(wèn)題所采取的解決措施缺乏共享,普遍出現(xiàn)多次試錯(cuò)、重復(fù)試錯(cuò)的情況。對(duì)上百套的常減壓、加氫、焦化等裝置進(jìn)行調(diào)研的情況也顯示出類(lèi)似的問(wèn)題。

本文通過(guò)研究大量的設(shè)計(jì)文件、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、腐蝕機(jī)理,調(diào)研上百個(gè)裝置的腐蝕和運(yùn)行情況,研究和分析了腐蝕問(wèn)題的產(chǎn)生原因,發(fā)現(xiàn)造成煉化裝置腐蝕問(wèn)題難以解決的根本原因是煉化裝置腐蝕防護(hù)缺少完整的、全面的解決方法,無(wú)法形成解決裝置腐蝕問(wèn)題的整體“拼圖”。裝置出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題,即使已有成熟的解決方案,但是腐蝕問(wèn)題仍然在其它同類(lèi)裝置重復(fù)出現(xiàn)。

根本性地解決煉化裝置的腐蝕問(wèn)題不僅僅是技術(shù)問(wèn)題,還需要技術(shù)、管理、戰(zhàn)略、過(guò)程控制、人才培養(yǎng)、信息傳遞等形成體系的技術(shù)管理方法,可以概括為兩個(gè)層面,即空間維度和時(shí)間維度。

1 空間維度

煉化裝置腐蝕防護(hù)主要包括兩個(gè)方面:工藝防腐和設(shè)備防腐。解決煉化裝置防腐問(wèn)題的主要群體是從事工程設(shè)計(jì)(工程公司)和應(yīng)用(煉化廠)的工藝、設(shè)備等專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員。各專(zhuān)業(yè)在從事本專(zhuān)業(yè)工作的過(guò)程中,有意識(shí)或無(wú)意識(shí)地?fù)?dān)負(fù)了部分防腐的工作內(nèi)容。各專(zhuān)業(yè)在防腐工作中分工不同、缺一不可。

1.1 工藝防腐

中國(guó)石化《中國(guó)石化煉油工藝防腐管理辦法(2版)》和《煉油工藝防腐管理規(guī)定》實(shí)施細(xì)則(第二版)中對(duì)工藝防腐的定義為:在原油及餾分油加工過(guò)程中采取的以脫鹽脫水、注水、注中和劑、注緩蝕劑等防腐藥劑和工藝操作參數(shù)調(diào)節(jié)為主要控制內(nèi)容的技術(shù)措施。

但是在實(shí)際工程設(shè)計(jì)和裝置運(yùn)行過(guò)程中,注水注劑等措施僅僅是工藝防腐的很小的一部分,各裝置根據(jù)自身特點(diǎn)還有其他相應(yīng)的防腐措施和注意事項(xiàng),具體如下:

1) 常減壓、加氫等裝置通過(guò)進(jìn)料硫、酸值、氯等腐蝕介質(zhì)的設(shè)防值控制裝置的腐蝕。

2) 重整等裝置通過(guò)吸附脫氯的方法避免下游產(chǎn)生氯化物腐蝕。

3) 烷基化裝置中采用聚結(jié)脫酸、堿洗水洗措施控制下游的腐蝕問(wèn)題。

4) 重整預(yù)加氫部分和加氫分餾部分采用先汽提后分餾/先分餾后汽提、單塔/雙塔等措施控制硫化氫的分布,以及蒸汽汽提和加熱爐汽提的方式也會(huì)影響腐蝕部位。

5) 貧富胺液、酸性水管線選材時(shí)需要考慮控制流速和溫度。

6) 存在腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的換熱設(shè)備預(yù)先設(shè)置閥門(mén)和跨線,方便切出檢修。

7) 停工堿洗是為了解決連多硫酸腐蝕。開(kāi)停工溫壓控制,防止鉻-鉬鋼厚壁反應(yīng)器出現(xiàn)回火脆性和氫脆開(kāi)裂問(wèn)題等等。

本文認(rèn)為工藝腐蝕控制較為準(zhǔn)確的定義是:通過(guò)采取腐蝕介質(zhì)源頭控制、腐蝕介質(zhì)轉(zhuǎn)化或去除、腐蝕部位和腐蝕關(guān)鍵因素控制、設(shè)置腐蝕泄漏的預(yù)防性設(shè)施等防控措施,對(duì)腐蝕問(wèn)題進(jìn)行主動(dòng)控制。

工藝防腐包括工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用兩個(gè)階段。

在工程設(shè)計(jì)階段,可以根據(jù)各部位的選材和工藝特性評(píng)估腐蝕的嚴(yán)重程度,制定相應(yīng)的工藝控制措施。這些工藝控制措施需要在應(yīng)用階段根據(jù)裝置實(shí)際的運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整,如進(jìn)料中腐蝕介質(zhì)的含量、裝置負(fù)荷、結(jié)鹽溫度和露點(diǎn)溫度、流速和流態(tài)等發(fā)生變化,工藝控制措施也需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

工藝防腐是主動(dòng)的腐蝕控制措施,需要工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用操作控制措施聯(lián)動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)。這會(huì)涉及到上下游之間信息傳遞的問(wèn)題,比如傳遞的方法和形式(或者載體)。目前的煉化裝置在這方面存在欠缺,造成了用戶(hù)不了解設(shè)計(jì)意圖、設(shè)計(jì)不清楚裝置腐蝕情況的局面。

1.2 設(shè)備防腐

設(shè)備防腐包括三個(gè)方面,即工程設(shè)計(jì)、制造安裝和應(yīng)用?；蛘咭部梢哉J(rèn)為是兩個(gè)方面,即工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用。因?yàn)槟壳暗默F(xiàn)狀是,工程設(shè)計(jì)單位通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、技術(shù)要求以及選擇原材料和制造安裝單位等間接控制制造安裝的質(zhì)量。

1.2.1 工程設(shè)計(jì)方面

在工程設(shè)計(jì)方面,借助各種腐蝕理論和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范選擇合適的材質(zhì)。常用的書(shū)籍和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范如:《煉油裝置防腐策略匯總》、《石油化工裝置設(shè)備腐蝕與防護(hù)手冊(cè)》、《石油煉制裝置的材料選擇(日本)》 等書(shū)籍;API 571—2020 《煉廠設(shè)備損傷機(jī)理》、API RP581—2016(2019) 《基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)及附錄》、SH/T 3096—2012《高硫原油加工裝置設(shè)備和管道設(shè)計(jì)選材導(dǎo)則》、SH/T 3129—2012《高酸原油加工裝置設(shè)備和管道設(shè)計(jì)選材導(dǎo)則》、SH/T 3075—2009 《石油化工鋼制壓力容器材料選用規(guī)范》、HG/T 20581—2011《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》等選材標(biāo)準(zhǔn);GB/T 713、GB/T 24511、GB/T 19189、GB/T 3531等、ASME II、EN 10028等材料性能標(biāo)準(zhǔn);GB 150、GB 151、NB/T 47012、ASME、EN 13445、JIS等設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn);NACE MR0103《油氣環(huán)境濕硫化氫環(huán)境用材》、NACE-MR0175《抗硫化氫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂材質(zhì)要求》、SH/T 3193—2017《濕硫化氫環(huán)境設(shè)備設(shè)計(jì)導(dǎo)則》、NACE 06576—2006 《NH4HS腐蝕》、API 939C—2019 《高溫硫腐蝕》、NACE 34103—2004《高溫硫腐蝕概論》、NACE SP0403—2015《堿液腐蝕》等腐蝕介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);API 932B—2012《加氫高壓空冷器選材》、NACE TR34109—2023《常減壓裝置塔頂系統(tǒng)腐蝕》等裝置局部腐蝕控制標(biāo)準(zhǔn)。

運(yùn)用這些標(biāo)準(zhǔn),針對(duì)具體的腐蝕環(huán)境選擇合適的材質(zhì)或者通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)避免縫隙腐蝕、電偶腐蝕等的產(chǎn)生是大眾所熟知的設(shè)備防腐措施。

但是這僅僅是設(shè)備防腐的一部分。由于同種材料在不同狀態(tài)下的耐腐蝕性能會(huì)相差幾倍、幾十倍、甚至百倍、千倍,因此,設(shè)備防腐的重點(diǎn)和難點(diǎn)是材料的耐腐蝕性能保障,如按照ASTM G28A法,在沸騰的硫酸-硫酸鐵溶液中,合金601固溶態(tài)和敏化態(tài)的腐蝕速率相差20倍;按照ASTM G48A法,在6%FeCl3+0.05 mol/L 鹽酸溶液中,雙相不銹鋼2507固溶態(tài)和敏化態(tài)的腐蝕速率相差1 680倍;即使是最普通的奧氏體不銹鋼材料304L,其鐵素體含量通常在鋼板中僅為1%左右,但是仍有不少案例顯示,由該材料制造的封頭其直邊段的鐵素體含量超過(guò)50%,從而導(dǎo)致了開(kāi)裂問(wèn)題的發(fā)生。因此,在工程設(shè)計(jì)方面,設(shè)備防腐不僅需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選材合理,如何保障材料的耐腐蝕性能、力學(xué)性能,同樣也是重中之重。

材料的性能保障是一個(gè)復(fù)雜工程,需要從化學(xué)成分、力學(xué)性能、加工工藝性能、檢驗(yàn)檢測(cè)等方面進(jìn)行全面控制【9】。在工程設(shè)計(jì)中,需要綜合運(yùn)用各種龐大的標(biāo)準(zhǔn)體系以及各種技術(shù)要求,某種程度上甚至需要對(duì)原材料供貨商、制造廠和施工單位在材料供貨、運(yùn)輸、保存、施工等方面的工作進(jìn)行監(jiān)督,才能將材料的性能控制在一定的范圍之內(nèi),使其滿足使用要求。

1.2.2 應(yīng)用方面

在現(xiàn)階段,煉化廠設(shè)備專(zhuān)業(yè)是裝置防腐的主體,其通過(guò)監(jiān)檢測(cè)、維護(hù)和檢修對(duì)現(xiàn)場(chǎng)腐蝕問(wèn)題進(jìn)行處理并提出解決措施。在線腐蝕探針、在線測(cè)厚、紅外檢測(cè)、脈沖渦流掃查等各種監(jiān)檢測(cè)技術(shù)在煉化廠設(shè)備專(zhuān)業(yè)的防腐工作中均得到了廣泛應(yīng)用,提高了風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別率。關(guān)于這些技術(shù),已有大量的文獻(xiàn)對(duì)其進(jìn)行介紹。

但是,煉化廠設(shè)備專(zhuān)業(yè)處于防腐工作的末端,只能被動(dòng)防腐,無(wú)法減緩或消除腐蝕問(wèn)題,其主要價(jià)值在于對(duì)腐蝕問(wèn)題進(jìn)行監(jiān)控和處理,避免或減少因腐蝕問(wèn)題導(dǎo)致安全事故。

2 時(shí)間維度

空間維度主要是反映煉化裝置腐蝕問(wèn)題的完整性,將煉化裝置腐蝕防護(hù)的全貌展現(xiàn)出來(lái)。同時(shí),在這一維度中重新定義了工藝防腐的工作內(nèi)容,提出了材料性能保障的概念和其在設(shè)備防腐中的重要意義。工藝和設(shè)備、工程設(shè)計(jì)和制造與應(yīng)用在裝置防腐工作中扮演著不同的角色,也構(gòu)成了煉化裝置防腐的整體。煉化裝置腐蝕問(wèn)題解決方法如圖1所示。

圖1 煉化裝置腐蝕問(wèn)題解決方法

但是僅有完整性并不能徹底解決煉化裝置的腐蝕問(wèn)題。防腐技術(shù)涉及到工藝、設(shè)備、材料、腐蝕等多個(gè)專(zhuān)業(yè)的知識(shí),涉及多學(xué)科的交叉,對(duì)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)依賴(lài)度高,需要在“干中學(xué)”。在在役裝置長(zhǎng)期生產(chǎn)和創(chuàng)新實(shí)踐中所獲得的技術(shù)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)積累以及技術(shù)能力的提升,被稱(chēng)為技術(shù)積累【10-11】,其可為技術(shù)人員解決裝置腐蝕問(wèn)題提供技術(shù)支撐。

技術(shù)人員是解決裝置防腐的根本,技術(shù)能力需要大量的防腐技術(shù)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的支撐。然而國(guó)內(nèi)大量的工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)以及應(yīng)用基礎(chǔ)研究成果無(wú)法形成有效的技術(shù)積累,技術(shù)人員無(wú)法站在行業(yè)積累的技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)技術(shù)能力的快速提升,只能通過(guò)身體力行的學(xué)習(xí)和工作積累防腐技術(shù)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),人員成長(zhǎng)耗時(shí)長(zhǎng)、成本高、效率低。目前的現(xiàn)狀是:煉化裝置技術(shù)人員更替頻繁,打破了以往技術(shù)人員長(zhǎng)期深耕一個(gè)裝置的積累經(jīng)驗(yàn)的模式,但是新的技術(shù)積累模式又沒(méi)有建立起來(lái),造成了人員技術(shù)水平參差不齊的狀況,導(dǎo)致眾多腐蝕問(wèn)題在裝置之間多次、重復(fù)出現(xiàn)。因此,需要在防腐技術(shù)積累模式和技術(shù)體系方面進(jìn)行創(chuàng)新。

2.1 防腐技術(shù)積累模式的創(chuàng)新

個(gè)體層面上,目前煉化裝置防腐技術(shù)積累的模式是以技術(shù)人員作為技術(shù)的載體,隨著人員更替,裝置防腐的技術(shù)水平會(huì)出現(xiàn)周期性波動(dòng)。為此,需將防腐技術(shù)載體由技術(shù)人員轉(zhuǎn)變?yōu)檠b置本身,將技術(shù)知識(shí)、技術(shù)經(jīng)驗(yàn)顯性化處理,通過(guò)歷時(shí)性技術(shù)積累模式,實(shí)現(xiàn)防腐技術(shù)積累的傳承和穩(wěn)步提升。個(gè)體層面的技術(shù)積累模式如圖2所示。

圖2 個(gè)體層面的技術(shù)積累模式

行業(yè)層面上,目前主要通過(guò)同類(lèi)腐蝕環(huán)境的防腐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行技術(shù)積累,如濕硫化氫腐蝕(NACE 0103)、氫損傷(API 941)、高溫硫腐蝕(NACE 34103)等等。同類(lèi)型的腐蝕介質(zhì)往往會(huì)表現(xiàn)出相同的腐蝕機(jī)理、腐蝕形貌和腐蝕特征,對(duì)設(shè)計(jì)和材料性能有相似的要求,因此可以根據(jù)腐蝕介質(zhì)選擇相應(yīng)的材料,提出加工制造技術(shù)要求和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)檢測(cè)措施。但是不同裝置在裝置進(jìn)料、工藝類(lèi)型、操作和管理習(xí)慣等方面具有不同的特點(diǎn),導(dǎo)致同樣的腐蝕類(lèi)型在不同裝置中表現(xiàn)形式有所差異,解決措施也不盡相同。而同類(lèi)裝置之間的相似性往往會(huì)表現(xiàn)出類(lèi)似的腐蝕問(wèn)題,解決措施也更加具有參考價(jià)值,因此,借鑒同類(lèi)裝置的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),能夠快速積累相關(guān)的技術(shù)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),提前采取措施,預(yù)測(cè)或防止腐蝕問(wèn)題發(fā)生。

通過(guò)同類(lèi)裝置和同類(lèi)腐蝕環(huán)境兩條主線,將行業(yè)內(nèi)積累的防腐技術(shù)知識(shí)和裝置運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比、分析、整合和升華,可形成聚集性技術(shù)積累模式,構(gòu)建行業(yè)層面上裝置的防腐技術(shù)基礎(chǔ)。行業(yè)層面的技術(shù)積累模式如圖3所示。

圖3 行業(yè)層面的技術(shù)積累模式

2.2 防腐技術(shù)支持體系的創(chuàng)新

技術(shù)積累形成的技術(shù)知識(shí)并不能產(chǎn)生價(jià)值,只有技術(shù)人員使用技術(shù)知識(shí),將技術(shù)知識(shí)轉(zhuǎn)化為技術(shù)能力,才能產(chǎn)生價(jià)值,才能解決煉化裝置的腐蝕問(wèn)題。

將煉化行業(yè)防腐相關(guān)的工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)、應(yīng)用基礎(chǔ)研究以裝置為載體,以應(yīng)用為導(dǎo)向,進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化的整合,使工程公司和煉化廠的工藝、設(shè)備等專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員能夠快速了解本裝置所需的防腐專(zhuān)業(yè)知識(shí)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),才能真正實(shí)現(xiàn)技術(shù)人員技術(shù)能力的快速提升,大幅縮短技術(shù)人員的成長(zhǎng)周期。防腐應(yīng)用技術(shù)支持體系的總體思慮總結(jié)如圖4所示。

圖4 防腐應(yīng)用技術(shù)支持體系的總體思慮

3 結(jié)語(yǔ)

作者分析了上百套煉化裝置現(xiàn)場(chǎng)腐蝕的問(wèn)題,認(rèn)為解決煉化裝置的腐蝕問(wèn)題需要考慮兩個(gè)層面,具體如下:

1) 空間維度,解決防腐方案完整性問(wèn)題。即將工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用的工藝、設(shè)備等專(zhuān)業(yè)的防腐工作融為一體,形成整體防腐措施。

2) 時(shí)間維度,解決技術(shù)積累和技術(shù)支持的問(wèn)題。即將行業(yè)層面上積累的技術(shù)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化的整合,為技術(shù)人員提供技術(shù)支持,提升其技術(shù)能力。“以人為本”是解決煉化裝置腐蝕問(wèn)題的根本方法。