常减压蒸馏装置腐蚀分析与检测

张中洋,高 明,李 静

(1.中国石油化工股份有限公司天津分公司,天津 300270;2.空军油料研究所,北京 100076;3.空军 93668部队,北京 100076)

常减压蒸馏装置腐蚀分析与检测

张中洋1,高 明2,李 静3

(1.中国石油化工股份有限公司天津分公司,天津 300270;2.空军油料研究所,北京 100076;3.空军 93668部队,北京 100076)

国内炼油企业因腐蚀问题影响装置稳定运行的情况十分普遍,严重者造成安全事故。加工劣质油后,出现腐蚀事故的频次及程度不断增加,从而各炼油企业对防腐检测、防护及管理工作提出了更高的要求。对常减压蒸馏装置存在的主要腐蚀问题进行了分析,通过总结定点测厚工作存在的缺点和不足,提出全新的腐蚀检测理念。腐蚀检测通过对设备原始资料进行统计分析,识别腐蚀存在部位及表现形式,分析设备风险等级;根据腐蚀机理和 RB I风险分析结果,提出主要设备的测厚布点,对管线进行层次划分并制定检测原则;指出工艺防腐效果检测与腐蚀检测的关系,对原油质量及电脱盐控制、塔顶低温部位防腐监测、在线探针监测、不定期设备腐蚀检测管理与分析提出建议,为常减压蒸馏装置腐蚀检测与管理提供经验。

常减压蒸馏 腐蚀检测 工艺防腐

某厂常减压蒸馏装置处理能力为 10 Mt/a,2009年建成投产,该装置主要由原油电脱盐脱水、常压蒸馏、减压蒸馏和轻烃回收等部分组成。鉴于国际国内原油市场的变化及提高经济效益的需要,装置建成后所加工的混合原油的硫含量较以往有大幅度的提高,进一步加剧了常减压及后续装置的腐蚀。国内外炼油厂防腐对策主要包括原料控制、工艺防腐、腐蚀检测、合理选材、阴极保护和涂层保护等。该装置是按照加工硫质量分数小于 2.56%的原油设计建造的,装置选材基本符合 SH/T3096-2001《加工高硫原油重点装置主要设备选材设计导则》、SH3059-2001《加工高硫原油重点装置主要管道设计选材导则》的规定。但加工高硫原油后对防腐检测、防护及管理工作提出了更高的要求,腐蚀检测工作较以往应更加精细、合理、及时、准确,从而保证设备及管道的安全平稳运行。

1 装置腐蚀机理

(1)低温 (≤120℃)轻油部位腐蚀:在蒸馏过程中 HCl及硫化物加热分解生成的 H2S随同原油中的轻组分一同挥发进入分馏塔顶及冷凝冷却系统,当 HCl及 H2S都以气体形式存在时是没有腐蚀性的,但是,当其在冷凝区出现液体水时,HCl即溶于水中生成盐酸,此时由于初凝区水量极少,盐酸浓度很高,形成腐蚀性十分强烈的“稀盐酸腐蚀环境”。若有 H2S存在,可加速该部位的腐蚀。

(2)高温硫腐蚀:原油中所含硫化物的高温腐蚀,实质上是以硫化氢为主的活性硫的腐蚀。在实际的腐蚀过程中,首先是有机硫化物转化为硫化氢和元素硫,接着是它们与碳钢表面直接作用产生腐蚀,在 370℃的环境中以硫化氢腐蚀为主;在 350～400℃的环境中分解出来的硫元素比硫化氢有更强的活性,因此腐蚀也就更为激烈,此环境中低级硫醇也能与铁直接反应。

(3)环烷酸腐蚀:环烷酸与金属表面的铁反应生成环烷酸铁,环烷酸铁易溶于油中,从而使更多的金属表面暴露出来再次遭受酸腐蚀。由于原油中含有硫化氢,生成的环烷酸铁将继续与硫化氢反应,生成硫化铁和环烷酸,使腐蚀循环下去。生成的环烷酸铁富集后也是一种潜在的危险源。因为,虽然环烷酸铁本身没有腐蚀性,但当硫化氢存在时,腐蚀循环即可发生,可能造成严重的局部腐蚀[2]。

2 腐蚀检测与定点测厚

定点测厚是大多炼油厂发现装置运行隐患和检测腐蚀率的重要手段,在腐蚀检测中扮演着极其重要的角色[3]。该装置原定点测厚方法如下:根据各装置的腐蚀机理及分析结果,制定了各装置工艺设备和管道的定点测厚方案,各装置根据检测方案坚持每季度检测一次,针对重点监测部位加大频次,对出现的问题扩大范围举一反三,根据测厚结果对定点测厚方案进行动态优化调整测厚部位和测厚频率,使测厚布点合理,及时发现问题。实践证明,这种方法存在覆盖面小、检测时机不够及时准确、测厚布点主要依靠理论及技术人员的经验、与其他防腐监测方法结合不够、查找隐患能力不足等缺点。针对以上缺点,组织专业技术人员对定点测厚方法进行修改和补充,提出一种全新的腐蚀检测理念。其特点在于:充分结合腐蚀机理、RBJ风险分析、测厚历史数据及工艺防腐运行状况进行统计分析,制定检测方案,对管线测厚进行分层次检测和管理,对工艺防腐监测管理和不定期设备腐蚀检测管理给出分析意见。

2.1 原始资料统计与分析

搜集装置设备与管道档案资料,重点审查材质、操作温度、介质等信息;对装置腐蚀机理、RB I风险分析[4]、理论腐蚀速率[5,6]、测厚历史数据及工艺防腐状况进行统计和分析,识别材质偏低隐患、识别腐蚀存在部位及表现形式、分析风险等级。腐蚀机理分析见表 1,主要设备风险排序及依据见表 2。表 2中失效可能性共分 3级;失效后果分为A,B,C,D和 E5级。

表 1 腐蚀机理分析Table 1 Analyses for corrosion mechanis m

表 2 主要设备风险排序及排序依据Table 2 The risk rank ofmajor eguipment and the basis of ranking

常减压蒸馏装置主工艺管道共 910条,其中风险等级为中级的有 127条,风险等级为中高级的有10条;存在低温腐蚀的管道有 35条,存在高温硫腐蚀的管道有 105条,存在环烷酸腐蚀的管道 105条,存在应力腐蚀开裂倾向的管道有 49条。

2.2 参照依据

《加工高硫高酸原油重点装置主要设备设计选材导则》SH/T3096— 2001;

《加工高硫高酸原油重点装置主要管道设计选材导则》SH/T3129— 2002;

中国石油化工股份有限公司《加工高硫高酸原油部分装置在用设备及管道选材指导意见》;

中国石油化工股份有限公司《加工高含硫原油装置设备管道测厚管理规定》;

API Publication 581,Risk-Based Inspection Base Resource Document;

API RecommendedPractice 580,Risk-Based Inspection,First Edition;

《石油化工装置设备腐蚀与防护手册》;

2.3 测厚布点及检测原则

2.3.1 主要设备测厚布点

根据腐蚀机理和 RB I风险分析结果,分析出主要设备及管道的测厚布点,主要设备的测厚部位见表3。

表 3 主要设备的测厚部位Table 3 Thicknessmeasurement site ofmajon eguipment

2.3.2 管线的层次划分与检测原则

根据腐蚀机理、RB I风险分析结果、装置物流特性、硫分布、管线的重要性及出现腐蚀的危害程度,通常将常减压蒸馏装置的管线分成三个层次,这样既可以保证测厚的有效覆盖面,保证查找隐患的能力,又可以避免重复性的工作。第一层次的管线包括存在中高风险等级的管线、部分存在中风险等级的管线、存在应力腐蚀开裂倾向的管线、存在低温腐蚀的常顶及减顶油气线、部分高温硫 /环烷酸腐蚀的管线。中风险等级的管线参照《加工高硫高酸原油重点装置主要管道设计选材导则》将硫含量较高并且材质偏低的部位归为第一层次;存在高温硫 /环烷酸腐蚀的管线中将操作温度在 270～280℃或流速较高存在湍流的部位归为第一层次;存在应力腐蚀开裂倾向的管线在检测时除定点测厚以外,还应定期做无损检验。综合以上原则第一类管线共 210条。第二层次的管线包括剩余的存在高温硫 /环烷酸腐蚀的管线、剩余的中风险等级的管线、腐蚀机理不明确但对装置重要性高的管线、高温高压管线及流速较大的部位。综合以上原则第一类管线共 335条。除第一层次、第二层次之外,将装置剩余的管线都归为第三层次。

在从事腐蚀检测时,第一层次管线需将所有的弯头、三通及短节都纳入检测范围,并在每一轮腐蚀检测工作中对各部位均进行对应检测,一年至少完成三轮检测。第二层次管线需选取重点并具有代表性部位进行检测,一年至少完成两轮检测,减薄部位需增加检测频次。第三层次管线需选取重点部位进行检测,一年至少完成一轮检测。在每一轮检测工作完成后对数据进行统计分析,分析减薄原因,提出控制措施,并对检测方案进行调整优化。

3 工艺防腐蚀

工艺防腐是解决常减压蒸馏装置塔顶低温部位腐蚀的有效措施,其效果的好坏主要是通过原料质量的控制、电脱盐效果监测、塔顶冷凝水分析、在线探针监测及设备管线测厚结果来进行评价的。工艺防腐蚀方案应根据加工原料的变化、防腐效果评估、腐蚀检测结果进行调整;工艺防腐蚀方案发生改变时,应根据实际情况安排合理的腐蚀检测方式。

3.1 原料质量及电脱盐监测

控制好进装置原油的硫含量、盐含量、水含量,原则上不能超过设防值。当有特殊情况需短期、小幅超出设计值时,要制订并实施严格的工艺防腐蚀措施,同时要加强薄弱部位的腐蚀检测和对工艺防腐蚀措施实施效果的监督。

电脱盐的注水量、操作温度、压力、混合强度、电场强度、界位控制和停留时间等操作条件应经过实验确定,原油品种变化时,及时进行工艺评价与筛选研究,并对实际的脱盐工艺和药剂进行合理调整,确保电脱盐具有最佳效果。

3.2 塔顶低温部位防腐蚀监测

对于该常减压蒸馏装置分别在常压塔、减压塔和稳定塔塔顶低温部位加注了工艺防腐注剂,按照中石化工艺防腐管理规定,在施加工艺防腐的部位需有相应的监测措施,即应对三塔顶冷凝水中氯离子、铁离子及 pH值进行定期监测并制定严格的控制指标。“三注”后塔顶冷凝水控制指标详见表 4。

表 4 “三注”后塔顶冷凝水控制指标Table 4 Control targets of overhead condensatewater after‘pr iming’

3.3 在线探针监测

电脱盐及塔顶低温部位防腐效果监测对工艺防腐效果的评价具有一定的滞后性,无法快速及时地将数据反馈给操作现场,故仅能作为事后评价分析的工具。因此在现场安装在线探针,既可以准确地掌握设备正常运转时的腐蚀速率,预测设备的使用寿命,也可以在腐蚀速率骤然变化时,及时检查操作系统,找出问题所在,快速反应强化现场实时控制操作。现场安装在线探针位置见表 5。

表 5 现场安装在线探针位置Table 5 The on-siteinstallation location of online probe

4 不定期设备腐蚀检测管理与分析

(1)根据不同检测方式的检测结果,不定期进行腐蚀检测,如氢通量测试、热成像测试、烟道气硫酸露点测试等,并对检测结果分析整理。

(2)烟气露点测定:控制排烟温度,确保管壁温度高于烟气露点温度 10～15℃,露点温度可以使用露点测试仪检测得到。

(3)检测并分析炉管热电偶数据。

5 结语

对常减压蒸馏装置进行了腐蚀原因分析;对定点测厚工作进行补充和完善,提出全新的腐蚀检测理念;对工艺防腐情况进行了探讨,为常减压蒸馏装置腐蚀检测与管理提供了经验。

[1] 饶兴鹤.炼油工业防腐技术的若干进展[J].炼油,2000,5(1):65-70.

[2] 胜利炼油厂主编 .炼油厂设备的腐蚀与防腐[M].北京:石油工业出版社,1979:49-207.

[3] 王百森.炼油装置全面腐蚀控制体系建立与运行[J].石油化工设备,2009,38(5):69-72.

[4] API Publication 581-Risk-Based Inspection Base Resource Document[S].

[5] SH/T3096-2001,加工高硫高酸原油重点装置主要设备设计选材导则[S].

[6] SH/T3129-2002,加工高硫高酸原油重点装置主要管道设计选材导则[S].

[7] 夏延燊.蒸馏装置塔顶冷凝系统防腐蚀工艺与腐蚀监测[J].石油化工设计,2007,24(3)55-58.

[8] 曾彦华.腐蚀监测技术在炼油装置上的应用[J].石油化工腐蚀与防护,2005,22(1):56-59.

Analysis of Corrosion in At mospheric-vacuum D istillation and Testing

Zhang Zhongyang1,GaoM ing2,L i Jing3
(1.SINOPEC Tianjin Com pany,Tianjin 300270;2.O il Fuel Research Institute of A ir Force,Beijing 100076;3.Beijing93668A ir Force,Beijing100076)

When the refinery began to process low-quality crudes,the occurrence frequency of corrosion-related accidents and corrosion degrees are increased,which demands higher requirements for corrosion testing,corrosion protection and corrosion management of oil refining companies.The main corrosion problems in the atmospheric-vacuum distillation units are analyzed,inefficiency and shortcomings in fixed-point thickness measurement are summarized,and new corrosion testing concepts are proposed.In corrosion testing,the original data of equipment are first systematically analyzed to know the corrosion locations and forms and analyze the risk class of equipment.Based upon the corrosion mechanis ms and results of RB I risk analysis,the thickness measurement points distribution of main equipment are proposed,piping is classified and associated testing principles are deter mined.The relationship between process corrosion prevention testing and corrosion testing is described.Recommendations are proposed for control of crude quality and electric desalting,monitoring of corrosion in tower overhead low-temperature section,online electrical probe testing,random equipment corrosion testing management and analysis,which provides good experience for corrosion testing and corrosion management of atmospheric-vacuum distillation units.

atmospheric-vacuum distillation unit,corrosion testing,process corrosion prevention

TE986

A

1007-015X(2011)06-0040-04

2011-09- 02;修改稿收到日期:2011-10-14。

张中洋 (1982-),工程师,2008年毕业于辽宁石油化工大学化学工艺专业,现主要从事炼油化工设备的腐蚀检测与分析、实用腐蚀防护与检测技术的开发。邮箱:zhangzhongyang1982@163.com

(编辑 张向阳)