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常减压装置压力容器腐蚀类型分析与检测

发表时间：2021/7/28 来源：《中国科技信息》2021年9月上作者：邱焕利

[导读] 常减压装置是原油进行一次加工的第一道工序，是将原油分馏成汽油、煤油、柴油、蜡油、渣油等组分的加工装置。

胜利油田石化总厂邱焕利山东东营 257000

摘要：常减压装置是原油进行一次加工的第一道工序，是将原油分馏成汽油、煤油、柴油、蜡油、渣油等组分的加工装置。该装置操作是否平稳影响整个石化企业的正常生产,因而被人们称为石化企业的“龙头”装置,也是设备腐蚀最为严重的部位。近年来伴随着油田的深度开采，原油重质化、劣质化程度不断加深，原油中硫、酸及盐含量日益增加，使得石化企业的设备腐蚀更加严重。
关键词：常减压装置；设备腐蚀；检测技术
        1常减压装置主要腐蚀类型
        通常来讲，常减压装置的腐蚀主要集中于低温轻油部位和高温重油部位，这方面的研究也多有报道。
        1.1低温部位的HCl-H2S-H2O型腐蚀
        低温部位主要存在的是HCl-H2S-H2O型腐蚀，这主要是由于含盐引起的。当氯化氢、硫化物、水蒸气进入低温部位时，水蒸气开始冷凝，并凝结在金属表面，溶解了氯化氢形成盐酸溶液，此时由于水量极少，产生强烈的腐蚀作用，腐蚀反应按下式进行：首先是无机盐的水解：MgCl2+2H2O→Mg（OH）2+2HCl；CaCl2+2H2O→Ca（OH）2+2HCl然后：Fe+2HCl→FeCl2+H2；FeS+2HCl→FeCl2+H2S；由于H2S的存在，又引起下列反应：FeCl2+H2S→FeS+2HCl；；Fe+2HCl→FeCl2+H2；FeS+2HCl→FeCl2+H2S当H2S存在时，可对该部位的腐蚀加速，构成HCl-H2S-H2O型循环腐蚀。
        1.2高温部位的H2S-S-RCOOH型腐蚀
        高温部位主要存在的是H2S-S-RCOOH型腐蚀，这主要是活性硫和环烷酸引起的。高温硫腐蚀主要是硫化氢、硫醇和单质硫腐蚀，而这些物质大多都是其他硫化合物分解的产物，这些物质在大约300~400℃时能直接与金属发生化学反应：Fe+H2S→FeS+H2；Fe+RCH2CH2SH→FeS+（RCH=CH2）+H2形成的硫化亚铁在金属表面会形成比较松散的保护膜，受高速流体冲击后，腐蚀层容易破坏脱落，新的金属表面又暴露于介质中使腐蚀继续。在340~400℃时，硫化氢可分解产生单质硫，其活性比硫化氢更强，促使腐蚀加剧。环烷酸一般在低温时腐蚀并不强烈，一旦沸腾，特别是在高温无水环境中，腐蚀最激烈，腐蚀反应按下式进行：Fe+2RCOOH→Fe（RCOOH）2+H2；FeS+2RCOOH→Fe（RCOOH）2+H2S由于Fe(RCOO)2是一种油溶性腐蚀产物，能为油流所带走，因此不易在金属设备表面上形成保护膜。即使形成硫化亚铁保护膜，也会因与环烷酸发生反应，而完全暴露出新的金属表面，使腐蚀继续进行。统计资料和试验研究均表明，当原油酸值大于0.5mgKOH/g时，温度在270~280℃和350~400℃，环烷酸腐蚀最严重。环烷酸腐蚀具有鲜明的特征，在原油的高温高流速区域，环烷酸腐蚀呈锐缘的流线状沟槽，在低流速区域，则呈边缘锐利的凹坑状。由于环烷酸具有这种特殊的腐蚀形态，通常的工作环境为压力容器或管道，且对钢材具有较高的腐蚀速率，所以特别危险。
        2常减压装置压力容器的全面检验
        在常减压装置中，电脱盐罐、闪蒸罐、常压塔、常压汽提塔为关键设备。某石化厂常减压装置由国内设计，在第一次停工检修中，通过对常减压装置压力容器出厂原始资料进行初步审查的基础上，根据失效模式，制定压力容器全面检验方案。根据检验方案，对电脱盐罐、闪蒸罐、塔器、冷换设备、其他罐类压力容器进行了全面检验。
        2.1塔器
        （1）常压塔
        常压塔上部材质为20R+0Cr13A，下部为20R+00Cr17Ni14Mo2，塔顶的操作压力为0.14MPa，操作温度为157℃，该操作条件可提高塔顶温度使露点腐蚀后移，以避免塔顶低温露点腐蚀；常压塔底部操作温度为350℃，该操作条件下主要腐蚀机理为高温硫化物和环烷酸腐蚀，但由于设备材质为复合板，复层材料为00Cr17Ni14Mo2，能很好地预防腐蚀。

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经检查，复合板复层完好，塔盘、浮阀完好，塔顶无明显腐蚀，常二线、常三线抽出口集油箱变形严重；壁厚无明显减薄；经渗透检测，未发现超标缺陷。
        （2）常一线汽提塔
        常一线汽提塔材质为16MnR，操作压力为0.17MPa，操作温度为192℃，代表性介质为常一抽出油，根据有关分析，该操作条件下基本无腐蚀机理。经检查，设备内壁有锈垢；壁厚无明显减薄；经磁粉检测，未发现超标缺陷。
       （3）常二、三线汽提塔
        常二、三线汽提塔材质为20R+00Cr17Ni14Mo2，操作压力为0.17MPa，操作温度为240℃（上部）/305℃（下部），该操作条件下主要腐蚀机理为高温硫化物和环烷酸腐蚀，但由于设备材质为复合板，复层材料为00Cr17Ni14Mo2，能很好地预防腐蚀。经检查，复合板复层完好，塔盘、浮阀完好；壁厚无明显减薄；经渗透检测，未发现超标缺陷。
        2.2冷换设备
        本次检修共检查冷换设备82台，无损检测发现严重缺陷情况分析：材质为碳钢或低合金钢的换热器：管板表面存在大量淤泥，管口处结垢明显，部分换热器防冲板下游管束已被沉积物堵死，部分换热器管口结垢呈褐色、污泥状，部分管束存在变形。材质为复合板的换热器：管板表面基本不存在淤泥，管口无结构现象。所有冷换设备壁厚无明显减薄；经表面无损检测，发现8台有表面裂纹，2台接管处存在未焊透。本次检修发现装置中15台热媒水换热器腐蚀比较严重，并对其中共７台换热器管束进行更换，对部分冷却水换热器的管板以及管箱表面进行了防腐涂层处理。
        2.3罐类
        （1）电脱盐罐
        设备材质为16MnR，操作压力为1.62MPa，操作温度为142℃，有保温层，介质为原油、水、破乳剂，腐蚀性介质有少量水、H2S，综合考虑上述条件主要腐蚀机理有硫化物应力腐蚀开裂、盐酸腐蚀，敏感性低。经检查，设备内表面无明显腐蚀；壁厚无明显减薄；经磁粉检测，发现接管角焊缝外表面有超标缺陷，经打磨已消除。
        （2）闪蒸罐
        设备材质为16MnR，操作压力为0.31MPa，操作温度为158℃，有保温层，介质为原油、油气。经检查，闪蒸罐进料旋流式进料分布器螺栓松动，设备内表面无明显腐蚀；壁厚无明显减薄；经磁粉检测，发现内表面有超标缺陷，经打磨已消除。（3）其他罐类设备，除减顶气胺接触罐D204有明显腐蚀外，其他均无明显腐蚀，壁厚无明显减薄。经表面检测，未发现超标缺陷。
        3检验结果分析
        根据常减压装置压力容器的使用情况、失效模式制定检验方案。通过全面检验，发现部分缺陷是制造遗留问题，所以压力容器的制造监督检验必须严格把关，进一步提高监督检验工作的有效性，避免把缺陷带到使用环节。对于低温轻油部位，为做好设备的防腐工作，装置采用的中和剂和缓蚀剂两种，根据UOP炼厂操作经验，塔顶罐切水的PH在5.5～6.5之间，腐蚀是最小的。装置根据原油性质变化和化验结果，调整中和剂的注入量，保证PH在范围之内，同时调整缓蚀剂的注入量，保证铁离子的含量在3mg/L以下，从而确保低温轻油部位较好地预防了防腐。对于高温硫腐蚀和环烷酸腐蚀，由于工艺防腐技术尚不成熟，现在多采用通过选耐蚀材料进行材质升级的办法来防腐。装置高温部位均采用316L不锈钢，很好地预防了腐蚀。
        4结束语
        通过采取相应的措施，严格控制各项防腐蚀指标，常减压装置能长周期运行达到3年以上。同时说明国内已经具备10Mt/a常减压装置的设计能力，整体设计水平已经达到国内先进水平。
参考文献：
[1]中国石化设备管理协会.石油化工装置设备腐蚀与防护手册[M].北京:中国石化出版社，2001.
[2]张艳玲，郑俊鹤，刘小辉.常减压装置主要腐蚀机理分析与防护措施[J].安全技术，2019，10(2):15-17.
[3]韩冰，胡军，李普方，等.10Mt/a常减压蒸馏装置设计探讨[J].石油化工设计，2018，28(3):5-7.