炼油装置防腐蚀设防值研究

刘小辉，李贵军，兰正贵，黄贤滨，张艳玲

(中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，山东青岛 266071)

炼油装置防腐蚀设防值研究

刘小辉，李贵军，兰正贵，黄贤滨，张艳玲

(中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，山东青岛 266071)

设防值的概念是一个安全的概念，而设防值的目标是确定装置必须达到抗腐蚀的能力，保障装置安全平稳运行。加工劣质原油容易对装置的安全生产造成冲击，尤其对常减压蒸馏装置和二次加工装置造成严重腐蚀，并造成了一系列的安全问题，因此为装置设置一道安全警戒线即设防值显得尤为重要。确定装置设防值可以帮助企业合理安排生产，合理采购原油，合理地进行原油混兑，保证装置不因腐蚀发生事故造成停车。文章还就原油劣质化程度加重;装置设备和管道的改变;装置长周期安全运行的压力增大;装置本身存在缺陷;原油的合理采购与优化排产需要以及企业效益的变化等方面阐述了设防值研究的必要性，并对设防值的研究情况进行了分析。

劣质原油 腐蚀 设防值 硫含量 酸值 安全

设防值的概念是一个安全的概念，正如抗震设计中，根据使用功能的重要性把建筑物分为甲、乙、丙、丁四个抗震设防类别一样。而设防值的目标是确定装置必须达到的抗腐蚀的能力，保障装置安全平稳运行。

最初的设防值研究是2008年中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院(以下简称青岛安全工程研究院)针对某企业改炼高酸原油后为确保装置的安全平稳运行而研发的，是由装置的腐蚀适应性评估技术延伸出来的，腐蚀适应性评估技术是青岛安全工程研究院随着国内的石化企业加工原油不断劣质化，借鉴国外先进风险评估技术而发展起来的一项石化设备定量风险评估技术。

1 装置设防值研究的必要性

装置是针对特定的原料进行设计和建造的，对于新建装置，以设计的硫、酸含量作为设防值较为合理。但装置建成投产后，由于原料的变化以及随着生产时间的推移，情况将发生变化。

1.1原油劣质化程度加重

世界上含硫和高含硫原油的产量已占世界总产量的75%，其中硫质量分数大于2%的高含硫原油约占30%;2007年全球高酸原油(原油酸值＞1.0 mgKOH/g)产量为127 m3/d，占全球原油总产量的10%左右。不少炼油企业由于原油种类繁多，原油调合设施不完善，原油质量监控不及时，给装置带来了较为严重的腐蚀问题。确定装置设防值可以帮助企业合理排产，合理采购原油，合理地进行原料混兑，保证装置不因腐蚀发生事故造成停车。

1.2 装置设备和管道的改变

装置在生产运行期间或停工检修期间，会发生局部变化，如对部分设备管道进行更换、升级或改扩建等，装置材质和操作条件的变化也将影响到装置对腐蚀介质的耐受能力，发生改变后其设防值的合理性也需要进一步研究。

1.3 装置长周期安全运行的压力增大

近年来，中国石化进口高酸原油的数量和加工能力大幅度增长，2007年同比增长23.4%，2008年比上年又增长了44.4%，2010年比2008年又增长了49%。

为了提高经济效益而不失安全，挖掘装置加工劣质原料的潜力，则应根据装置的设计硫、酸含量，装置施工中关键部位的实际用材情况，腐蚀适应性评价结果，以及装置生产管理、腐蚀检测的实际水平和经验来推算设防值。

炼制高酸和高硫等劣质原油的利润较高，但不能牺牲安全获取效益。

1.4 装置本身存在缺陷

由于装置本身存在缺陷，长期超设防值运行极易产生异常腐蚀，并造成设备跑、冒、滴、漏以及装置的非计划停工。

造成装置长期超设防值运行的情况归结起来有以下几个方面:

(1)一些早期设计的装置，设防值较低，只能靠“吃精粮”，“吃不了粗粮”，但装置已经找不到“精粮吃”，只能靠“吃粗粮”，造成了装置长期超设防值运行。

(2)有的装置由于加工原油种类的变化，造成了装置长期超设防值运行。

(3)有的企业由于效益任务压力大，就在原油采购上尽量节省费用，以此降低加工成本，获取效益最大化，从而不顾装置设备和管道的腐蚀承受力，大量采购劣质原油，因而造成长期的超设防值运行，最终酿成了安全事故。

1.5 原油的合理采购与优化排产需要

作为炼油装置生产的组织并不只是一个部门的事情，而应从原料、排产、设备、生产、计划、技术和安全等方面齐抓共管，按照装置的设防值要求组织生产，才能最大限度避免安全事故的发生。

1.6 企业效益的变化

随着原油价格的变化，加工劣质原油的相对优势程度也会发生变化，企业的意愿也会随之发生改变。为了提高经济效益，挖掘装置加工劣质原料的潜力，企业希望了解装置各环节对于物料腐蚀介质的耐受能力，以期通过少量的材质升级或有针对性的加强薄弱环节的监检测，来提高装置腐蚀介质耐受能力，获得最大化的经济效益。

2 设防值的研究

硫和酸等腐蚀性杂质在高温下对材质造成高温硫和环烷酸腐蚀，随着温度升高腐蚀加剧;装置低温部位也会产生湿硫化氢等引起的腐蚀，低温部位的腐蚀可以通过工艺防腐蚀等措施来控制，从而减缓腐蚀。高温硫和环烷酸对装置造成的腐蚀只在装置某些部位发生，设防值的研究就是针对这些部位的设备、管道考虑的。比如说，各套炼油装置都有它的重点部位，对这些重点部位的设防，实质上就是装置的设防。

设防值评估首先是根据原油评价数据、硫分布和酸分布数据确定装置关键部位腐蚀介质含量;其次是结合高温部位进行理论腐蚀速率计算;然后根据现场监检测数据计算实际腐蚀速率并与理论腐蚀速率对比。综合考虑以上三方面因素给出装置腐蚀薄弱部位清单，核算这些薄弱部位所能承受的腐蚀介质最大含量，推算原料中允许的最大硫含量和酸值，评价装置当前设防值的合理性。同时给出目前装置薄弱部位的材质升级、腐蚀监检测等应对措施。

有些企业已确定了装置的设防值，对这些设防值要进行评价，首先要了解其确定设防值的依据，再根据上述确定装置设防值方法进行重新确定，从而可以知道已有的设防值是否合理。

3 案例

目前中国石化各企业常减压蒸馏装置大都制定了针对原油性质的防腐蚀设防值，而对其它炼油装置原料性质的防腐蚀设防值的制定有的企业还未开展，以下案例有助于这类企业有针对性的开展这项工作。

某企业委托青岛安全工程研究院对该公司的13套主要炼油装置进行了设防值研究，各装置需重点研究的部位是:

(1)常减压蒸馏装置重点部位:常三线、常四线、常压塔底、减二线、减三线、减四线、减压塔底、转油线(包括高速段和低速段)、加热炉及各侧线中高温设备;

(2)催化裂化装置重点部位:原料油线、回炼油线和油浆线等管道及相应的高温设备;

(3)延迟焦化装置重点部位:原料油线、蜡油线、柴油线、循环油线和加热炉等230℃以上管道及设备;

(4)加氢裂化装置重点部位:进料线、分馏塔底线、分馏塔底重沸炉、脱丁烷塔底和反应流出物高压换热器等部位;

(5)渣油加氢装置重点部位:进料线等部位;

(6)加氢精制装置重点部位:进料线、加氢分馏炉进出口管道等部位。

3.1 研究结果

通过对以上重点部位的研究得出结果是:

(1)按照企业预测的设防值要求，通过详细的核算对比研究发现，绝大部分装置仍存在有腐蚀薄弱部位;

(2)企业所提供的预期设防值偏高，不能完全满足装置腐蚀适应性要求，但只要采取局部材质升级并加强腐蚀监检测工作，还是可行的;

(3)从满足企业提出的需求考虑，对硫含量或酸值单项调低后再进行设防值的核算，结果行不通;也就是说，如果硫含量不变，将酸值降低，核算结果表明装置不适应;相反也不适应;

(4)主要针对高温部位工艺设备和管道，对设备接管和管道上小支管无法作全面的评估，需要企业核实这些部位的材质等级不低于设备本体或主管道材质;

(5)高温泵的核算仅考虑了对泵壳体的核算，虽然部分泵材质偏低，但这些泵大都有备用泵，可以切出来进行维修，所以对装置设防值影响较小;

(6)设防值研究结果已作为企业实际运行控制指标，企业为此下达了生产管理文件，要求生产、技术、安全、设备管理部门及各生产装置在组织生产中严格控制进装置原料的硫、酸值，做到不超设防值。

3.2 几点说明

(1)由于装置的腐蚀介质相当复杂，影响因素非常多，因此，决定了设防值只能是一个相对参数，找不到一个绝对准确数;

(2)装置核算的每个部位的硫、酸分布值是核算的基础数据，非常重要;

(3)核算需用专业软件进行;

(4)核算的腐蚀速率数据修正难度大，有的偏保守，要根据专家经验进行修正;

(5)核算的各参数大多数来自本企业，同时也参照了其它企业的分析数据，但不完全反映现场的实际腐蚀分析数据。

4 结论

(1)炼油装置设防值不应当只考虑原油中的硫和酸，还要考虑其他腐蚀性介质的影响(如盐含量、有机氯含量、氮化物含量和重金属含量)。

(2)炼油装置防腐蚀设防值的确定不应只以常减压蒸馏装置的设防能力来确定，而是一个全厂性的对一次、二次加工装置防腐蚀能力的综合评估的结果。

(3)合理的确定设防值是一项相当复杂的工作，不同原油中，硫和酸种类和在各馏程中分布不同，所以要想针对装置所加工的各种原油统一制定一个设防值不是很合理。

针对以上问题只能本着化繁为简，抓主要矛盾的原则，对装置先以原油中的硫含量、酸值作为设防指标，其它指标还需通过加强劣质原油加工的防腐蚀技术研究工作，寻求进一步确定的方法，最终实现装置的安全长周期运行。目前中国石化安全工程研究院已为多家企业开展了设防值研究，设防值研究这项安全保障技术已得到了许多企业的认可。

(4)为将设防值列为考核指标，中国石化提出了以下要求:要根据装置实际情况，科学合理确定原油中硫、酸的设防值;由于原油中酸只对一次装置和少数二次装置及润滑油质量产生影响，硫将贯穿整个炼制过程并对产品质量产生影响;因此，要对已经材质升级完成的企业，根据装置设备材质实际情况，以及全厂脱硫设施和脱硫能力、产品质量要求等因素，合理确定出各装置的硫、酸设防值，以指导企业组织原油资源及做好设备防腐蚀工作。

Study on Corrosion Prevention Threshold of Refinery Process Unit

Liu Xiaohui，Li Guijun，Lan Zhenggui，Huang Xianbin，Zhang Yanling
(SINOPEC Qingdao Safety Engineering Institute，Qingdao，Shandong 266071)

The threshold is a safety concept.The objective of specifying threshold is to determine the anti－ corrosion capability the units must have to ensure the safe operation of the units.Serious corrosion will occur in the process units when low －quality crude oils are processed，especially in the atmospheric－ vacuum distillation units and downstream process units，leading to a series of safety problems.Therefore，it is very important to specify a safety alarm line－threshold.The determination of threshold can help the refiners to appropriately arrange the production，purchase proper crude oils and have a good crude oil blending to prevent corrosion－related accidents and associated unscheduled unit shutdowns.The necessity of determination of threshold is discussed in respect of deteriorating crude oil quality，，changes of units and piping，increased requirement on long－term safe operation of units，existing defects of units，purchase of appropriate crude oils，requirement of optimized arrangement of refinery operation and changes of company＇s benefits，etc.

low － quality crude oil，corrosion，threshold，sulfur content，acid value，safety

TG991.9

A

1007－015X(2012)01－0027－03

2011－07－ 25;修改稿收到日期:2011－11－30。

刘小辉(1958－)，教授级高级工程师。中国石油大学(华东)化工设备与机械专业毕业，现从事设备安全技术研究工作。E-mail:liuxh.qday@sinopec.com。

(编辑 寇岱清)