常压塔塔顶系统腐蚀分析及防护措施*]

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(合肥通用机械研究院，国家压力容器与管道安全工程技术研究中心，安徽 合肥 230031)

1 装置介绍

某石化厂10 Mt/a常减压蒸馏装置主要由电脱盐系统、换热系统、常压蒸馏系统和减压蒸馏系统等部分组成，2014年1月投产。

1.1 装置原料

常减压蒸馏装置原料为混合原油，包括哈萨克斯坦原油、南疆原油、北疆原油和俄罗斯原油等，生产装置产生的污油也掺入原油进行回炼。

设计混合原油硫质量分数为1.0%，酸值为0.8 mgKOH/g，根据SH/T 3129—2012《高酸原油加工装置设备和管道设计选材导则》，属高硫高酸原油。

2014年1月至2017年5月原油采样情况见表1。由表1可见原油的硫含量均在设计范围以内，而酸值有时会超过设计值。

表1 原油采样数据

1.2 塔顶流程

常压塔塔顶系统主要设备有常压塔C102、原油/常顶油气换热器E101A-D(板式)、常顶油气空冷器EA101A-N、常顶油气后冷器E141A-D、常顶回流罐D101及常顶油气管线。通过在E101A-D前注入缓蚀剂和净化水来进行工艺防腐蚀。常压塔塔顶系统流程见图1。

图1 常压塔塔顶系统流程

1.3 塔顶选材

该装置常压塔塔顶系统的主要设备和管道选材情况见表2。由表2可以看出：常压塔塔顶系统主要设备和管道的选材情况与SH/T 3129—2012《高酸原油加工装置设备和管道设计选材导则》的要求基本一致。

2 腐蚀分析

2.1 腐蚀情况

对常压塔塔顶系统14条常顶油气管线进行测厚，统计情况见表3。由表3可以发现：这14条常顶油气管线最大腐蚀速率为1.77 mm/a，最小腐蚀速率为0.20 mm/a。其中，管线P-21914已发生泄漏。

表2 主要设备和管道选材情况

表3 常顶油气管线测厚统计

2.2 腐蚀分析

由图1可以看出,常压塔塔顶系统的操作温度为40～120 ℃，由表2和表3可以看出,常压塔塔顶系统主要设备和管线材质均为碳钢，对常压塔塔顶含硫污水进行采样分析，含硫污水铁离子质量浓度为0.1～0.7 mg/L,pH值为5.4～6.8，氯离子质量浓度为30～150 mg/L，总结以上数据，可以发现常压塔塔顶系统存在腐蚀。

2.2.1 湿硫化氢腐蚀

在含水和硫化氢环境中，碳钢和低合金钢会发生湿硫化氢破坏，包括氢鼓泡、氢致开裂、应力导向氢致开裂和硫化物应力腐蚀开裂4种形式。影响湿硫化氢环境腐蚀的关键因素有环境条件(pH值、硫化氢含量、污染物和温度)、材料特性(硬度、微观组织和强度)和拉伸应力水平(外加应力或残余应力)。

常顶系统设备和管线材质为碳钢,由于存在水和硫化氢，故会发生湿硫化氢腐蚀。

2.2.2 酸性酸水腐蚀

含有硫化氢且pH值为4.5～7.0的酸性水引起的腐蚀叫酸性酸水腐蚀。酸性酸水腐蚀一般为均匀腐蚀，有氧存在时易发生局部腐蚀或沉积垢下局部腐蚀，含有二氧化碳的环境还可能同时发生碳酸盐应力腐蚀。碳钢耐酸性酸水腐蚀能力较低。影响酸性酸水腐蚀的主要影响因素有硫化氢含量、pH值和流速等。

常顶系统设备和管线材质为碳钢，含硫污水pH值为5.4～6.8，会发生酸性酸水腐蚀。

2.2.3 盐酸腐蚀

金属与盐酸接触时发生的全面或局部腐蚀。碳钢的盐酸腐蚀一般表现为均匀腐蚀，但存在介质局部浓缩或者露点腐蚀时，也可表现为局部腐蚀或沉积物垢下腐蚀。盐酸腐蚀的主要影响因素有：盐酸含量、温度和合金成分等。

常顶系统设备和管线材质为碳钢，含硫污水pH值为5.4～6.8，且含硫污水中有氯离子，容易发生盐酸腐蚀。

2.3 基于风险评估的检测技术(RBI)

采用合肥通用机械研究院自主开发的RBI评估软件“通用石化装置工程风险分析系统”,对常压塔塔顶系统管线进行损伤机理识别，结果表明：常顶油气管线可能会发生酸性酸水腐蚀、盐酸腐蚀、硫化物应力腐蚀开裂和氢致开裂/应力导向氢致开裂(湿硫化氢环境)。RBI评估结果与采样数据、腐蚀分析结果相吻合。

3 防护措施

针对常压塔塔顶系统发生的腐蚀，结合腐蚀分析和实际生产情况，提出以下防护措施:

(1)加强原料管理，控制原料的硫含量和酸值不超过设计指标，并尽可能减少污油的回炼；

(2)将塔顶注水来源由净化水改为蒸汽凝结水，塔顶管线注水由直管插入改为采用雾化喷头；

(3)在空冷器入口增设注水点及缓蚀剂注入点，并采用雾化喷头；

(4)增加含硫污水在线pH计，实时监测含硫污水的pH值；

(5)以一个运行周期为单位考核缓蚀剂的缓蚀效果。

4 结 语

(1)10 Mt/a常减压蒸馏装置按照高硫高酸原油进行设计，实际加工原油硫含量符合设计值，但酸值偶尔会超过设计值；常压塔塔顶系统设备和管道选材符合相关标准要求，不存在选材不当的问题。

(2)针对常压塔塔顶系统管线存在的腐蚀减薄，结合含硫污水的采样分析数据进行腐蚀分析，发现常压塔塔顶系统主要存在湿硫化氢腐蚀、酸性酸水腐蚀和盐酸腐蚀。利用RBI评估软件对常压塔塔顶系统进行损伤机理识别，识别结果间接验证了腐蚀分析结果的可靠性。

(3)针对常压塔塔顶系统存在的腐蚀问题，提出了加强原料管理、改善塔顶注水水质和考核缓蚀剂的缓蚀效果等针对性的防护措施。