煉油裝置工藝防腐體系的建立
2025-07-03 17:08:09
作者:腐蝕與防護(hù) 來(lái)源:化工活動(dòng)家
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煉油裝置建成投產(chǎn)后,設(shè)備、管線的材質(zhì)已經(jīng)確定。但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,常出現(xiàn)裝置加工原料超出設(shè)計(jì)值的情況,為了有效降低腐蝕的發(fā)生、加劇,常常采取各種措施降低工藝介質(zhì)的腐蝕性,如腐蝕性介質(zhì)的脫除。通過(guò)控制溫度、流速、流態(tài)等各類(lèi)工藝措施,以及注水、注緩蝕劑的位置、加注量、加注方式等,以避免或減緩腐蝕的發(fā)生。因此,為了系統(tǒng)地控制煉油裝置的腐蝕風(fēng)險(xiǎn),必須從裝置的加工原料、工藝特點(diǎn)、腐蝕機(jī)理等方面進(jìn)行全面的分析,并采取有針對(duì)性的防控措施。
腐蝕回路是指在設(shè)備材質(zhì)、工作溫度、壓力、相變狀態(tài)、工藝介質(zhì)、損傷機(jī)理等方面相同或相近的管線或設(shè)備。腐蝕回路可以形象地對(duì)裝置具體部位損傷機(jī)理進(jìn)行展示,在常減壓及其他煉油裝置的腐蝕分析、工藝防腐措施調(diào)整和腐蝕監(jiān)檢測(cè)方案制定等方面具有重要意義。根據(jù)煉油裝置的材質(zhì)、加工原料和工藝流程,對(duì)裝置全流程的腐蝕物流進(jìn)行識(shí)別。依據(jù)《API 571—2020 Damage Mechanisms Affecting Fixed Equipment in the Refining Industry》、《API PR 584—2014 Integrity Operating Windows》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合裝置的工藝參數(shù)、操作條件以及行業(yè)經(jīng)驗(yàn),分析各部位的腐蝕機(jī)理,進(jìn)行腐蝕回路的劃分,在此基礎(chǔ)上分析裝置每個(gè)腐蝕回路的特點(diǎn)和腐蝕控制方法,為裝置系統(tǒng)制定和優(yōu)化防腐方案提供基礎(chǔ)依據(jù)。
為了充分掌握煉油裝置加工原料中的腐蝕性介質(zhì)可能帶來(lái)的腐蝕風(fēng)險(xiǎn),需對(duì)裝置中原料的腐蝕性進(jìn)行分析,并采取原油混煉、優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程控制、有害介質(zhì)脫除工藝等措施盡可能降低進(jìn)入各裝置的原料帶來(lái)的腐蝕風(fēng)險(xiǎn):
(1)對(duì)煉油裝置加工原料的酸值、硫含量、氯含量、氮含量、重金屬含量、水含量等關(guān)鍵腐蝕因子含量進(jìn)行化驗(yàn)分析(各裝置應(yīng)根據(jù)加工原料、生產(chǎn)工藝、腐蝕機(jī)理、歷史腐蝕狀況等實(shí)際情況,確定重點(diǎn)分析監(jiān)控項(xiàng)目),掌握原料的腐蝕性及其加工過(guò)程中可能會(huì)造成的腐蝕影響;同時(shí)結(jié)合裝置的加工原料、設(shè)計(jì)、工況等實(shí)際情況,研究確定裝置的設(shè)防值。關(guān)鍵腐蝕性介質(zhì)含量原則上不能超過(guò)裝置的設(shè)防值,特殊情況下應(yīng)制定有針對(duì)性的腐蝕控制及監(jiān)控措施。
(2)常減壓裝置通過(guò)對(duì)進(jìn)入裝置的各類(lèi)品種原油比例調(diào)整,以及優(yōu)化電脫鹽工藝控制參數(shù)等措施,降低進(jìn)裝置原油的硫、環(huán)烷酸、鹽、氯、水等含量,從源頭降低本裝置以及二次加工裝置的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。可以采用原油混煉、原油儲(chǔ)罐靜止脫水等方式盡可能降低原油進(jìn)入裝置后的腐蝕影響。電脫鹽注水水質(zhì)應(yīng)符合指標(biāo)要求,嚴(yán)格控制破乳劑質(zhì)量,選擇合理的注劑量和注入方式,并嚴(yán)格控制操作溫度、壓力、電場(chǎng)強(qiáng)度、停留時(shí)間、油水界位等工藝指標(biāo),保證電脫鹽達(dá)到預(yù)期效果。一般來(lái)說(shuō),電脫鹽脫后含鹽量應(yīng)控制在3mg/L以下,脫后含水量應(yīng)控制在0.3%以下。
(3)通過(guò)工藝優(yōu)化與控制,盡可能降低進(jìn)入催化裂化、加氫、重整等二次加工裝置原料的腐蝕性介質(zhì)含量,減緩對(duì)對(duì)裝置的腐蝕影響。如采取脫硫、脫氯、脫氮、脫重金屬等措施,盡量降低腐蝕性介質(zhì)的含量,減緩裝置設(shè)備與管線的腐蝕。常減壓裝置應(yīng)分析監(jiān)測(cè)各側(cè)線的硫、環(huán)烷酸、氯(包括有機(jī)氯)、鐵離子、金屬含量等,以掌握本裝置的腐蝕狀況以及對(duì)后續(xù)裝置的腐蝕影響。催化裂化裝置分餾塔頂可考慮增設(shè)脫鹽工藝,降低本裝置以及后續(xù)加氫等裝置的氯化銨/硫氫化銨結(jié)鹽腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。酸性水汽提等裝置應(yīng)保證凈化水達(dá)標(biāo),以避免因凈化水的回用導(dǎo)致各裝置的腐蝕加劇。
(4)對(duì)裝置加工過(guò)程中的其他介質(zhì)造成的腐蝕影響也應(yīng)進(jìn)行充分評(píng)估,在符合設(shè)計(jì)要求的前提下,加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵性指標(biāo)的控制。如加氫裝置使用的氫氣一般應(yīng)控制其氯化氫含量在0.5mg/m3以下,循環(huán)氫氣脫后的硫化氫含量在0.1%(V)以下,以降低反應(yīng)流出物系統(tǒng)氯化銨/硫氫化銨結(jié)鹽等腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。重整裝置一般應(yīng)控制預(yù)加氫高溫脫氯罐和重整生成油脫氯罐后氯含量在1×10-6以下,重整氫氣脫氯罐后氯化氫含量在1×10-6以下,以降低加工過(guò)程中的HCl-H2S-H2O等腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。此外,如加熱爐燃料氣中的硫化氫含量,以及干氣、液化氣脫硫裝置溶劑中的熱穩(wěn)態(tài)鹽含量等關(guān)鍵指標(biāo)均應(yīng)嚴(yán)格控制在指標(biāo)范圍內(nèi)。
煉油裝置低溫部位的腐蝕,主要集中在分餾塔頂冷凝冷卻系統(tǒng),以及加氫裝置反應(yīng)流出物系統(tǒng)等部位,如各裝置分餾塔頂換熱器、空冷器及其管線,尤其是入口管線的腐蝕最為嚴(yán)重。加氫裝置反應(yīng)流出物系統(tǒng)的換熱器、空冷器及其管線等,常常發(fā)生嚴(yán)重的氯化銨/硫氫化銨結(jié)鹽腐蝕。低溫系統(tǒng)的腐蝕防護(hù)主要以露點(diǎn)溫度控制以及注水、注緩蝕劑等工藝防腐措施為主,同時(shí)需對(duì)控制效果進(jìn)行監(jiān)控。
為了避免或減緩各煉油裝置分餾塔頂餾出管線的露點(diǎn)腐蝕,一般需要控制塔頂油氣溫度在水露點(diǎn)溫度以上。因此,需通過(guò)工藝核算塔頂油氣中的水露點(diǎn)溫度。考慮到計(jì)算的誤差并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn),一般應(yīng)控制塔頂內(nèi)部操作溫度高于水露點(diǎn)溫度14℃以上或者更高。
針對(duì)常減壓裝置“三頂”以及其他裝置的塔頂冷凝冷卻系統(tǒng)的腐蝕,在塔頂揮發(fā)線注水、注中和劑、注緩蝕劑是目前成熟有效的工藝防腐措施。為了保證工藝防腐的效果,首先應(yīng)嚴(yán)格控制緩蝕劑、中和劑的質(zhì)量,并保證注水水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到要求。中和劑的注入量一般根據(jù)塔頂排水的pH值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,緩蝕劑的注入量一般不超過(guò)20μg/g(相對(duì)于塔頂總流出物)。同時(shí)通過(guò)工藝核算確定適宜的注水量,保證注水點(diǎn)有10%~25%液態(tài)水。另外,一些裝置的分餾塔頂、頂循管線也可能會(huì)發(fā)生氯化銨/硫氫化銨結(jié)鹽腐蝕,防控方式也主要以注水、注緩蝕劑為主。生產(chǎn)過(guò)程中,一般通過(guò)對(duì)塔頂冷凝水的腐蝕性相關(guān)指標(biāo)(pH值、鐵離子含量、氯離子含量、硫離子含量、氨氮含量等)進(jìn)行分析監(jiān)測(cè),考察注水、注劑的實(shí)施效果,并根據(jù)分析監(jiān)測(cè)結(jié)果調(diào)整和優(yōu)化注水、注劑量。
加氫裝置的反應(yīng)流出物系統(tǒng)是最為典型的氯化銨/硫氫化銨結(jié)鹽腐蝕。為了避免高壓換熱器、空冷器的結(jié)鹽腐蝕,首先應(yīng)依據(jù)《API 932B—2019 Design,Materials,Fabrication,Operation,and Inspection Guidelines for Corrosion Control in Hydroprocessing Reactor Effluent AirCooler REAC Systems》,結(jié)合裝置的實(shí)際工況條件,分別估算氯化銨、硫氫化銨的Kp值以及對(duì)應(yīng)的結(jié)鹽溫度,根據(jù)高壓換熱器、空冷器的實(shí)際操作溫度,判斷結(jié)鹽腐蝕傾向。在裝置工藝操作允許的情況下,盡可能控制高壓換熱器、空冷器的溫度在結(jié)鹽溫度以上,以降低換熱器、空冷器管束的結(jié)鹽腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。
在加氫反應(yīng)流出物系統(tǒng)中注水、注劑是控制氯化銨/硫氫化銨結(jié)鹽腐蝕的有效措施。注水點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在結(jié)鹽點(diǎn)之前的管線(根據(jù)氯化銨、硫氫化銨結(jié)鹽溫度和工況參數(shù)確定)。一般在高壓換熱器、空冷器入口分別采用單點(diǎn)連續(xù)注水方式,根據(jù)裝置的實(shí)際情況也可以同時(shí)加注緩蝕劑,以防止高壓換熱器、空冷器及管線發(fā)生銨鹽沉積和腐蝕。為保證注水的效果,首先應(yīng)控制注水的水質(zhì),此外應(yīng)通過(guò)工藝核算,控制適宜的注水量,一般需保證總注水量的25%在注水部位為液態(tài)。同時(shí),還需對(duì)反應(yīng)流出物系統(tǒng)的壓降進(jìn)行監(jiān)控,如果壓降明顯增大,說(shuō)明可能已經(jīng)發(fā)生結(jié)鹽,也應(yīng)適當(dāng)加大注水量進(jìn)行沖洗。
為了考察注水的效果,一般需對(duì)冷高壓分離器排水、冷低壓分離器排水的pH值、鐵離子含量等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行分析監(jiān)測(cè),必要時(shí)對(duì)氯離子含量、硫離子含量、氨氮含量進(jìn)行分析監(jiān)測(cè),并根據(jù)分析監(jiān)測(cè)結(jié)果及數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)對(duì)注水量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和優(yōu)化。
對(duì)煉油裝置的其他低溫部位的腐蝕,也應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況采取合理的防控措施。如針對(duì)催化裂化裝置富氣壓縮機(jī)系統(tǒng)管線濕硫化氫等腐蝕,必要時(shí)可在富氣壓縮機(jī)級(jí)間排水、出口管線注水或注緩蝕劑,并控制排水的pH值<8.5。為避免蒸發(fā)式空冷器表面的結(jié)垢、腐蝕,一般使用除鹽水作為冷卻水,必要時(shí)可以使用緩蝕劑。為防止循環(huán)冷卻水換熱器的結(jié)垢和腐蝕,其管程流速一般需控制在1.0m/s以上,水冷器出口溫度一般應(yīng)控制在50℃以下。
煉油裝置的高溫部位的腐蝕防護(hù)一般以材質(zhì)升級(jí)為主,必要時(shí)也可采用注緩蝕劑等措施。為了掌握裝置的材質(zhì)選擇是否合理,首先需要對(duì)裝置的材質(zhì)適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)裝置工藝、材質(zhì)以及加工原料的實(shí)際情況,主要依據(jù)《SHT 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》及《SHT 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》,對(duì)重點(diǎn)部位的腐蝕速率進(jìn)行核算,高溫臨氫(200℃以上)部位的設(shè)備及管束選材應(yīng)依據(jù)該導(dǎo)則中的納爾遜曲線和麥克諾米曲線進(jìn)行選擇。通過(guò)材質(zhì)適應(yīng)性評(píng)估,評(píng)價(jià)裝置選材的合理性,制定裝置適宜的材質(zhì)升級(jí)策略,擇機(jī)實(shí)施。
此外,根據(jù)裝置在生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際情況,高溫部位也可采取適當(dāng)?shù)墓に嚪栏胧H缂庸じ咚嵩统p壓裝置,溫度>220℃的設(shè)備、管線材質(zhì)低于316類(lèi)不銹鋼、減壓塔填料低于317類(lèi)不銹鋼或油相中鐵含量>1μg/g的情況下,可以選擇加注高溫緩蝕劑控制高溫環(huán)烷酸腐蝕。加熱爐在生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)爐管的設(shè)計(jì)溫度,嚴(yán)格控制爐管表面溫度,燒焦時(shí)的溫度應(yīng)不超過(guò)各種材料爐管的極限設(shè)計(jì)金屬溫度。
(1)各煉油裝置應(yīng)對(duì)腐蝕相關(guān)的關(guān)鍵溫度、壓力、流速等各項(xiàng)工藝參數(shù)嚴(yán)格進(jìn)行控制,避免由此引起的腐蝕問(wèn)題。
(2)有針對(duì)性地加強(qiáng)部分裝置關(guān)鍵環(huán)節(jié)的腐蝕控制,如針對(duì)溶劑系統(tǒng)的pH值、溫度的控制;針對(duì)臨氫系統(tǒng)的Cr-Mo鋼回火脆性問(wèn)題的溫度控制;針對(duì)MTBE裝置萃取水的pH控制等。
(3)針對(duì)加熱爐煙氣系統(tǒng)的露點(diǎn)腐蝕,需控制排煙溫度高于露點(diǎn)溫度,結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn),一般應(yīng)確保管壁溫度高于煙氣露點(diǎn)溫度8℃以上。
(4)加強(qiáng)裝置開(kāi)停工過(guò)程中的腐蝕防護(hù),如為防止塔器、容器、換熱器等在開(kāi)停工過(guò)程中的硫化亞鐵自燃,停工時(shí)應(yīng)采取FeS鈍化措施;裝置停工期間,再生后的溶劑應(yīng)采用氮?dú)饷芊獗Wo(hù)等。
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