渣油加氢装置原料系统腐蚀分析及对策

胡 洋，刘志民，张鸿泽，李越强

(中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司，山东 淄博 255434)

某公司炼油厂渣油加氢装置(简称VRDS)1992 年5 月建成投产，1999 年10 月进行了装置扩能改造，年处理能力为1.5 Mt/a，主要加工中东减压渣油，生产石脑油、柴油和蜡油。自2010 年3 月第四常减压建成投产后以来，装置加工原料为第三、四常减压装置直接热进料的减压渣油和减四线油，造成原料线系统多次出现腐蚀问题，影响装置安全平稳生产。

1 VRDS 原料系统流程

VRDS 原料现为三常减四线、四常减四线及罐区渣油，各部分原料的比例因全厂生产平衡略有不同。原料从原料缓冲罐V-1300 由P-1300 抽出，与来自V-1318 与E-1300 换热的稀释油混合，依次通过原料/常渣换热器 E-1301A/B，E-1305A/B/C/D，E-1306A/B，E-1307A/B，E-1308A/B/C/D/E/F 换热至300 ℃，分两路进入反应加热炉(F-1310，F-1311)的对流室继续预热至320 ℃，然后经过过滤器KF-1305，KF-1310，KF-1320 过滤，进入原料缓冲罐V-1310，由高压进料泵P-1310 抽出进入加热炉辐射段加热后进入反应器。原料系统工艺流程见图1。

图1 原料系统工艺流程示意Fig.1 Process diagram of feeding system

2 原料系统腐蚀情况

VRDS 装置2011 年10 月22 日停工检修，11月20 日进料开工正常，装置运行至12 月下旬，发现进料泵P1310 和P1310A 排量下降，拆泵检查后发现，泵入口段及泵壳体内有多处蚀坑，五级导叶内壁腐蚀穿孔，具体腐蚀部位照片见图2～图4。

图2 P1310 入口段腐蚀照片(面积约50 mm×30 mm，最深度约10 mm)Fig.2 Corrosion in the entrance of P1310

图3 P1310 5 级导叶内壁腐蚀穿孔(面积约10 mm×10 mm，穿孔到牵拉螺栓孔内)Fig.3 Corrosion in inner wall of 5 stage guide blade

图4 P1310 泵入口短节腐蚀照片Fig.4 Corrosion in entrance of P1310

3 腐蚀原因分析

3.1 VRDS 原料分析

VRDS 混合原料的硫质量分数平均为2.86%，最高3.7%，最低1.72%，图5 列出了2011 年1 月4 日到2014 年1 月4 日期间VRDS混合原料的硫含量变化趋势。

图5 混合原料硫含量分析Fig.5 Sulfur content in mixed feeding

VRDS 装置目前日进料约为4 500 t，其中2 500 t为原料油，2 000 t 为稀释油+急冷油+封油等。VRDS 原料组成及酸值分析见表1。

表1 VRDS 原料组成及酸值分析Table 1 Compositions and TANs of VRDS feeding

从表1 中可以看出，VRDS 目前原料情况下酸值超标较严重，主要的酸值贡献来自四常减三线。要将VRDS 酸值控制在0.5 mgKOH/g 以下，至少要将四常减三线的量降低到20 t/h 以下。表中四常减三线和减四线的酸值分析数据为LIMS 数据的平均值，对应的原油酸值约为1.7 mgKOH/g。而本周期四常开工以来，装置加工原油的酸值平均为1.81 mgKOH/g，最高2.5 mgKOH/g，因此，VRDS 原料中的酸值应该更高。

在高硫、高酸、温度大于240 ℃的情况下，碳钢及Cr5Mo 钢等材质发生较严重的腐蚀问题。

3.2 设备管道材质及操作温度

原料系统主要管道从原料进装置到P1310前，材质为碳钢，操作温度从120 ℃升至320 ℃。加热炉对流室炉管材质为Cr5Mo，出口温度为322 ℃。换热器及容器材质及操作温度情况分别见表2 和表3。

表2 换热器材质及操作温度统计Table 2 Materials and operating temperatures of heat exchangers

表3 容器类材质及操作温度统计Table 3 Materials and operating temperatures of vessels

从操作温度看，换热器选材没有问题;容器类除几组过滤器的壳体外，其他选材也没有问题。在温度高于240 ℃的操作条件下，管道选用碳钢等级偏低。加热炉对流室选用Cr5Mo 材质也偏低。

3.3 腐蚀率测算

从前面的分析看，可能发生问题的是碳钢管道和过滤器壳体，以及对流室的Cr5Mo 炉管。

按混合原料加工量为190 t/h、密度0.97 g/cm3计算，直径219 mm 的主管道内流速大约为1.7 m/s，对流室炉管出口流速大约为5.5 m/s，低于30 m/s的环烷酸流速限制，这些部位环烷酸腐蚀的流速因素可以忽略。根据API 581 附录G-减薄技术模块中提供的估算表格，按照设备管道使用温度和硫含量，测算腐蚀速率，结果见表4～表6。

P1310/1310A/1310B 过流件为316L，叶轮直径为290 mm，泵转速为4 913 r/min，计算泵出口流体的线速度为76 m/s，高于30 m/s 的环烷酸流速限制，腐蚀速率按API 581 附录G-减薄技术模块的测算值的5 倍计算，结果见表7。

表4 原料中硫质量分数为2.86%时碳钢的腐蚀速率Table 4 Corrosion rates of carbon steel (Sulfur content is 2.86%)mm/a

表5 原料中硫质量分数为3.7%时碳钢的腐蚀速率Table 5 Corrosion rates of carbon steel (Sulfur content is 3.7%)mm/a

表6 316～344 ℃时Cr5Mo 的腐蚀速率Table 6 Corrosion rates of Cr5Mo at 316～344 ℃ mm/a

表7 316～344 ℃时316L 的腐蚀速率Table 7 Corrosion rates of 316L at 316～344℃ mm/a

从表4～表7 中可以看出，如果VRDS 原料中的酸值超过0.5 mgKOH/g，则232 ℃以上的碳钢设备管道都会发生较严重的环烷酸腐蚀。应控制混合原料的酸值不超过0.5 mgKOH/g。

4 对策及建议

4.1 调整原料配比降低混合原料酸值

对P1310/1310A/1310B 过流件的腐蚀，由于流速高，单纯材质升级很难彻底解决问题，因此首先要考虑降低四常减四线和减三线的量，保证VRDS 原料的酸值不超过0.5 mgKOH/g。如果能控制原料酸值低于0.2 mgKOH/g，则可以有效缓解该部位的环烷酸腐蚀。

4.2 优化调整工艺流程

2013 年3 月渣油加氢装置检修时，将原料系统换热流程进行了改造，图6 和图7 分别显示了改造前后的换热流程。改造后增加了蒸汽发生器E1520A/B 产0.8 MPa 蒸汽，并增加原料跨线13TIC1203，将E1308E/F 出口VRDS 原料温度降低，保证VRDS 原料在加热炉F1310/1311 对流室出口温度280 ℃，前路的换热系统温度也不同程度下降，使设备管道环烷酸腐蚀得到控制。

图6 改造前换热流程Fig.6 Heat exchange flow diagram before revamping

图7 改造后换热流程Fig.7 Heat exchange flow diagram after revamping

4.3 材质升级

对材质偏低的部位如过滤器壳体、温度高于240 ℃的管道、加热炉对流室炉管，材质升级到321。321 材质在流速不高于30 m/s 条件下的腐蚀速率测算值见表8、表9。

表8 原料中硫质量分数为2.86%时321 的腐蚀速率Table 8 Corrosion rates of 321 (the sulfur content is 2.86%)mm/a

表9 原料中硫质量分数为3.7%时321 的腐蚀速率Table 9 Corrosion rates of 321 (the sulfur content is 3.7%)mm/a

4.4 加强腐蚀监控

采用氢通量、定点测厚等方法，加强对材质偏低部位的腐蚀监控，增加检测频次，并考虑在流速较高的部位安装高温超声波检测点。同时，将VRDS 混合原料的酸值分析定期化，以便于更为准确地监控装置的环烷酸腐蚀。

5 结语

渣油加氢装置在处理高酸值原料油后，原料泵及管道都存在较严重的环烷酸腐蚀。通过原料调配、材质升级、工艺流程改造等方法，可以有效降低原料系统腐蚀隐患，保证生产装置的长期稳定安全运行。