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石油煉制設(shè)備腐蝕與防護綜述

2010-06-11 08:42劉小輝胡安定
中國設(shè)備工程 2010年11期
關(guān)鍵詞:原油石油裝置

劉小輝,胡安定

(1.中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院,山東 青島 266071;2.中國石油化工集團公司,北京 100728)

設(shè)備腐蝕一直是圍繞石油煉制企業(yè)裝置安全生產(chǎn)和長周期運行的一個重要課題。隨著近年來我國煉制高硫、高酸原油加工量的不斷增加,裝置設(shè)備的腐蝕越來越呈加劇的趨勢。在不同企業(yè)不同的裝置上,腐蝕的形態(tài)和發(fā)生的部位也越來越復(fù)雜多樣化。設(shè)備腐蝕對于操作連續(xù)性強、自動化水平高、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且具有高溫、高壓、易燃、易爆、易腐蝕、易中毒特點的石油煉制企業(yè)會造成嚴重后果:設(shè)備腐蝕泄漏會污染環(huán)境,損害人體健康,增加損耗,造成非計劃停工,甚至?xí)?dǎo)致火災(zāi)、爆炸、人身傷亡等重大事故的發(fā)生,直接影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。積極采取措施加強腐蝕的控制和防護,以確保企業(yè)裝置安全生產(chǎn)和長周期運行,就成為石油煉制企業(yè)必須常抓不懈的一項重要工作,也給石油煉制企業(yè)的設(shè)備管理、安全管理、裝置安全運行等方面提出了更高的要求。

因此,針對我國石油煉制企業(yè)的自身特點,分析石油煉制企業(yè)設(shè)備的典型腐蝕環(huán)境,找出制約裝置長周期運行的關(guān)鍵要素,做好加工高硫、高酸原油過程的腐蝕控制和防護,對企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益顯得尤為重要。

一、石油煉制企業(yè)典型的腐蝕環(huán)境

1.電化學(xué)腐蝕環(huán)境

電化學(xué)腐蝕是金屬腐蝕的一種最普遍的形式,其實質(zhì)是金屬材料與電解質(zhì)溶液接觸形成腐蝕原電池,較活潑金屬失去電子而被氧化。在石油煉制企業(yè),電化學(xué)腐蝕環(huán)境有常減壓蒸餾裝置塔頂及其冷凝冷卻系統(tǒng)、溫度低于120℃的HCl+H2S+H2O腐蝕環(huán)境;催化裂化裝置吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的溫度(40~50℃)和水存在的條件下形成的HCN+H2S+H2O腐蝕環(huán)境;加氫精制和加氫裂化裝置中反應(yīng)餾出物換熱設(shè)備及空冷器中的NH4Cl+NH4HS腐蝕環(huán)境;廣泛存在于二次加工裝置的輕油部位,如催化裂化裝置的吸收穩(wěn)定部分、產(chǎn)品精制裝置中的干氣及液化石油氣脫硫部分、酸性水汽提裝置的汽提塔、加氫裂化裝置和加氫脫硫裝置冷卻器、高壓分離器及其下游的過程設(shè)備的濕硫化氫腐蝕環(huán)境;干氣及液化石油氣脫硫的再生塔底部系統(tǒng)及富液管線系統(tǒng)(溫度高于90℃,壓力約0.2MPa) 的RNH2(乙醇胺)+CO2+H2S+H2O腐蝕環(huán)境;發(fā)生在石油煉制系統(tǒng)中由敏化不銹鋼制造的設(shè)備上的連多硫酸腐蝕環(huán)境;發(fā)生在加熱爐的低溫部位如空氣預(yù)熱器和煙道、廢熱鍋爐的省煤器及管道、圓筒加熱爐爐壁等位置的酸露點腐蝕環(huán)境;發(fā)生在烷基化裝置內(nèi)與介質(zhì)接觸的碳鋼及蒙乃爾合金設(shè)備及管道上的氫氟酸烷基化腐蝕環(huán)境;發(fā)生在輕質(zhì)油儲罐內(nèi),特別是內(nèi)浮頂罐的罐內(nèi)壁及罐頂內(nèi)側(cè),如直餾中間汽油罐、重整原料罐、焦化汽油罐等的硫化氫腐蝕環(huán)境等。此外,循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕、埋地管線和設(shè)備的土壤腐蝕、蒸汽系統(tǒng)的腐蝕、臨海煉油廠的大氣腐蝕也屬電化學(xué)腐蝕的范疇。

由于石油煉制工藝的特殊性,原油的劣質(zhì)化,造成電化學(xué)腐蝕的腐蝕介質(zhì)復(fù)雜多變,原油中S、N、Cl等非烴化合物在原油加工過程中轉(zhuǎn)變?yōu)镠Cl、H2S、NH3、HCN、H2SXO6(連多硫酸)等,同時在原油加工過程中人為加入RNH2(乙醇胺)、糠醛、氫氣、H2O等腐蝕性介質(zhì)。這些腐蝕性介質(zhì)可能單獨存在,也可能兩種或數(shù)種并存。應(yīng)用于石油煉制企業(yè)的低溫環(huán)境的金屬材料種類繁多,主要包括碳鋼、0Cr13、304L、316L、鈦材等。復(fù)雜多變的腐蝕介質(zhì)和種類繁多的金屬材料造成多種電化學(xué)腐蝕類型存在于裝置的低溫部位,主要包括均勻腐蝕、點蝕、應(yīng)力腐蝕開裂、氫致開裂、氫腐蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、晶間腐蝕、腐蝕疲勞、腐蝕磨損、酸露點腐蝕等。

2.化學(xué)腐蝕環(huán)境

化學(xué)腐蝕是材料與非導(dǎo)電性介質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起材料的破壞。在化學(xué)腐蝕過程中,電子的傳遞是在材料與介質(zhì)之間直接進行的,因而沒有電流產(chǎn)生?;瘜W(xué)腐蝕主要包括在干燥或高溫氣體中和非電解質(zhì)溶液中的腐蝕?;瘜W(xué)腐蝕環(huán)境有240℃以上的重油部位硫、硫化氫和硫醇形成的高溫硫腐蝕環(huán)境;主要集中在減壓系統(tǒng)的環(huán)烷酸的腐蝕環(huán)境,特別是減壓塔減二線、減三線、減四線填料及其抽出側(cè)線的管道、換熱器、機泵等,同時常壓轉(zhuǎn)油線、減壓轉(zhuǎn)油線由于流速高,腐蝕嚴重;高溫氫腐蝕環(huán)境主要發(fā)生于加氫精制、加氫裂化及催化重整裝置中高溫高壓臨氫設(shè)備及管線中,腐蝕形態(tài)為表面脫碳及內(nèi)部脫碳(氫腐蝕);高溫H2-H2S腐蝕環(huán)境,主要存在于加氫精制及加氫裂化裝置高溫(300~420℃)的反應(yīng)器容器、加熱爐管及工藝管線;高溫爐管的高溫氧化與滲碳等。

二、腐蝕是制約石油煉制企業(yè)裝置長周期運行的關(guān)鍵要素

從當前情況看,設(shè)備腐蝕是制約石油煉制企業(yè)裝置長周期運行的關(guān)鍵要素。長期以來,我國石油煉制企業(yè)緊緊圍繞裝置安全生產(chǎn)和長周期運行,開展了多方面、有針對性的防腐蝕科研和技術(shù)攻關(guān),采取了各種對策,從材質(zhì)選擇、工藝防腐、監(jiān)測技術(shù)等方面進行了大量的腐蝕防護工作,從而積累了許多成熟的經(jīng)驗,使得企業(yè)的腐蝕防護工作水平有了較大提高,不斷適應(yīng)和保證了裝置的安全和長周期運行。

但是,近幾年隨著原油品種、含硫、含酸量發(fā)生較大的變化,設(shè)備腐蝕方式、腐蝕速度、腐蝕機理都出現(xiàn)了新情況,如常減壓蒸餾塔頂系統(tǒng)設(shè)備和加熱爐出口轉(zhuǎn)油線的腐蝕速度、催化裂化裝置反再系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕開裂、煙機轉(zhuǎn)子的沖刷腐蝕等,都有了不同變化。

從中國石化、中國石油、中國海油調(diào)研的情況看,近年來由于加工原油性質(zhì)不斷劣質(zhì)化,設(shè)備、管線材質(zhì)不到位等多方面的原因,造成設(shè)備腐蝕泄漏、非計劃停工時有發(fā)生。

2008年調(diào)研了中國石化8家企業(yè)中,除一家投產(chǎn)不久的企業(yè)外,2006、2007兩年共發(fā)生腐蝕泄漏1 449次,造成裝置非計劃停工或局部停工12次;2008年共發(fā)生腐蝕泄漏739次,造成裝置非計劃停工或局部停工4次。

從圖1(按生產(chǎn)裝置分腐蝕泄漏情況)可看出,輔助生產(chǎn)裝置公用工程腐蝕泄漏要比主要生產(chǎn)裝置多。

從圖2(按不同設(shè)備類型分腐蝕泄漏情況)可看出,管道腐蝕泄漏占61%,其次是冷換設(shè)備占16%,因此今后防治腐蝕的重點部位管道和冷換設(shè)備不容忽視。

圖1 生產(chǎn)裝置腐蝕泄漏情況分析

圖2 不同設(shè)備類型腐蝕泄漏情況分析

2010年3、4月間,中國石油為了全面了解、掌握煉化裝置的設(shè)備腐蝕與防護情況,開展了煉化分公司全系統(tǒng)腐蝕與防護調(diào)研。調(diào)研的結(jié)果是:加工高(含)硫的進口原油(如俄羅斯原油、哈薩克斯坦原油、中東原油)及高酸值的稠油(如遼河原油、克拉瑪依九區(qū)稠油)的煉油裝置設(shè)備腐蝕比加工其他原油的腐蝕嚴重得多。

中國海油2009年3月建成投產(chǎn)的某煉油企業(yè),由于實際加工原油性質(zhì)比原設(shè)計的蓬萊-193原油性質(zhì)差別較大,輕組分多,硫含量相對較高,常頂負荷大、線速高,大大超出設(shè)計允許的線速度,導(dǎo)致設(shè)備腐蝕,尤其是常頂、減頂系統(tǒng)腐蝕加劇,目前已有3臺常頂循換熱器因為腐蝕發(fā)生泄漏。

腐蝕已成為裝置安全、長周期運行的主要問題。另外,許多傳統(tǒng)的防腐技術(shù),由于在實際操作中,執(zhí)行不嚴,也頻繁出現(xiàn)問題。像鍋爐水、余熱爐水的控制。還有“一脫三注”的質(zhì)量,循環(huán)水質(zhì)的質(zhì)量都需要在執(zhí)行中嚴格把關(guān)。這樣才能保障設(shè)備的正常運行,保障裝置長周期生產(chǎn)。

三、搞好腐蝕控制和防護必須抓好的幾項工作

1.轉(zhuǎn)變生產(chǎn)組織者觀念,切實重視腐蝕防護工作

腐蝕只能控制不能杜絕是一條自然規(guī)律。無論是國外還是國內(nèi),都把腐蝕防護事業(yè)當成國民經(jīng)濟發(fā)展的服務(wù)業(yè)。石油煉制企業(yè)盡管處于高危環(huán)境,客觀地說,也只有當腐蝕問題制約到裝置安全運行,腐蝕防護工作才被提到議事日程,才有可能被重視并加以解決。所以腐蝕防護總是落后于腐蝕的發(fā)生。正是由于這種認識定位上的滯后性,使得安全生產(chǎn)常常處于被動局面。因此,要轉(zhuǎn)變生產(chǎn)組織者的固有觀念,切實重視腐蝕防護工作。

2.開展在役裝置加工劣質(zhì)原油的腐蝕適應(yīng)性評估工作

煉油裝置的腐蝕風(fēng)險與壽命評估技術(shù),從無到有,近幾年有了很好的發(fā)展,在生產(chǎn)中已經(jīng)得到推廣應(yīng)用,不僅可以及時了解生產(chǎn)裝置的腐蝕狀況,預(yù)測裝置的使用壽命,而且為裝置的有計劃檢修、保證裝置平穩(wěn)運行、減少非計劃停工、延長裝置開工周期提供了保證。

3.根據(jù)全流程實際情況,科學(xué)合理確定原油中硫、酸的設(shè)防值

應(yīng)對已經(jīng)材質(zhì)升級完成的裝置,根據(jù)裝置設(shè)備材質(zhì)實際情況,以及全廠脫硫設(shè)施和脫硫能力、產(chǎn)品質(zhì)量要求等因素,合理確定出各裝置的硫、酸設(shè)防值,以指導(dǎo)企業(yè)組織原油資源及做好設(shè)備防腐工作。

4.加強工藝防腐與設(shè)備防腐的有效配合

材料防腐及工藝防腐措施應(yīng)雙管齊下,才能緩解腐蝕。在管理上應(yīng)促進這兩方面的有效配合。

5.進一步加大生產(chǎn)裝置材質(zhì)升級的力度

在原油劣質(zhì)化不斷加大的情況下,對生產(chǎn)裝置進行材質(zhì)升級很有必要。應(yīng)改變當前零打碎敲式的升級做法,系統(tǒng)、全面、徹底的進行升級、選擇有經(jīng)驗的腐蝕評估部門與設(shè)計部門,避免出現(xiàn)漏洞,為設(shè)備本質(zhì)安全打下堅實的基礎(chǔ)。

6.加強定點測厚工作,規(guī)范布點的合理性

根據(jù)不同裝置的腐蝕特點,規(guī)范裝置的測厚布點及監(jiān)測方法;對于新建裝置,在設(shè)計時就應(yīng)考慮裝置的定點測厚,在建設(shè)期布好測厚點,采用活動保溫套,避免管線保溫重復(fù)建設(shè)等。

7.加強防腐蝕監(jiān)管力度

監(jiān)管不力是影響腐蝕防護發(fā)展的重要外因,腐蝕防護是以現(xiàn)場制造為主的行業(yè),其質(zhì)量的好壞很大程度取決于施工制造質(zhì)量。

四、結(jié)語

石油煉制企業(yè)是發(fā)生設(shè)備腐蝕的“重災(zāi)區(qū)”。搞好設(shè)備腐蝕控制和防護是企業(yè)安全穩(wěn)定長周期生產(chǎn)的重要保證之一,也是延長裝置設(shè)備使用壽命、提高經(jīng)濟效益的重要因素。隨著中國三大石油公司加工劣質(zhì)原油總量的增加,以及國家對安全問責(zé)和環(huán)境保護要求越來越嚴,今后對腐蝕防護技術(shù)要求將更高。為此,要扭轉(zhuǎn)生產(chǎn)被動局面,必須克服腐蝕防護在認識定位上的滯后性。石油煉制企業(yè)還應(yīng)繼續(xù)加大對腐蝕防護領(lǐng)域的科研投入,開發(fā)新工藝、新設(shè)備,推廣新技術(shù)、新成果,提高防腐蝕技術(shù)水平和生產(chǎn)管理水平,加強國內(nèi)外的技術(shù)交流與合作,使腐蝕防護技術(shù)成套化、系列化,以適應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)不斷發(fā)展的要求。

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