提高炼油加氢装置设备防腐蚀的管控能力

滕小勇

(大庆炼化公司,黑龙江 大庆 163411)

提高炼油加氢装置设备防腐蚀的管控能力

滕小勇

(大庆炼化公司,黑龙江 大庆 163411)

通过对炼油加氢装置易腐蚀部位及腐蚀机理的分析，从设备防腐、腐蚀监测及工艺防腐三方面制定了加氢装置防腐蚀管控措施。

腐蚀;炼油加氢;工艺防腐

引 言

由于加氢装置工艺条件的特殊性：高温、高压，氢气、氨及硫化氢等介质的存在，同时，由于原料中腐蚀介质含量日益升高，装置面临的设备腐蚀泄漏风险较大。所以，必须在生产运行、装置检修过程加强对设备腐蚀的管理，提前发现腐蚀隐患，杜绝因设备腐蚀造成的生产事故。

1 加氢装置易腐蚀部位及腐蚀机理

1.1 易腐蚀部位及腐蚀形式

1) 反应器、热高压分离器：连多硫酸开裂、高温氢侵蚀、回火脆化、氢致脆化及氯化物应力腐蚀开裂。

2) 反应空冷器：硫氢化铵腐蚀、氯化铵腐蚀、盐酸腐蚀、冲蚀以及氯化物应力腐蚀开裂。

3) 冷高压分离器：湿硫化氢损伤、硫氢化铵腐蚀及冲蚀。

4) 脱硫化氢塔系统：湿硫化氢损伤、氯化铵腐蚀与氯化物应力腐蚀。

5) 加热炉炉管：硫腐蚀、蠕变/应力破裂、高温H2/H2S腐蚀、连多硫酸开裂、环烷酸腐蚀、氯化物应力腐蚀开裂及短期过热应力开裂。

6) 加热炉空预系统：高温硫腐蚀与低温露点腐蚀。

7) 循环氢脱硫系统：湿硫化氢损伤、胺开裂、胺腐蚀。

1.2 腐蚀机理

1) 高温氢/硫化氢腐蚀：H2S+H2在大于200 ℃的条件，氢渗入金属表面FeS保护膜，使其失去保护作用。FeS保护膜反复剥离、生成，加快腐蚀。

2) 高温氢腐蚀：在高温条件下，分子氢发生部分分解而变成原子氢或离子氢，并通过金属晶格和晶界向钢内扩散，扩散侵入钢中的氢与不稳定的碳化物发生化学反应，生产甲烷气泡,并在晶间空穴和非金属杂质部位聚集，而甲烷在钢中的扩散能力很小，聚集在晶界原有的微观孔隙内，使钢产生龟裂、裂纹或鼓包。

3) 氯化物应力腐蚀：原料中的氯加氢后生成的氯化氢，在高温条件下会与容器或管线中的铁、镍反应产生腐蚀。因为它们极易积聚在管子和设备的低点等处，形成很高的氯化物浓度，致使氯应力腐蚀发生。

4) 硫氢化铵、氯化铵腐蚀：HCl、H2S和系统中的NH3反应生成NH4Cl、NH4HS，在低于一定温度条件下就会沉积出来而堵塞系统，容易造成垢下腐蚀。

5) 加热炉的腐蚀：加热炉烟气温度低于水蒸气的露点温度时，烟气中的水蒸气会冷凝下来，和烟气中的SO2和SO3一起对管子进行化学腐蚀和电化学腐蚀。

6) 奥氏体不锈钢的连多硫酸腐蚀：在炼油装置停工过程中，系统降温降压后，有水气冷凝下来或打开设备检修时，设备和管线内部与湿空气接触,铁/铬的硫化物与水和氧发生化学反应，就有亚硫酸和连多硫酸生成，从而产生腐蚀。

7) 湿硫化氢腐蚀：湿硫化氢腐蚀主要是H2S在水中发生电离与铁发生电化学反应生成硫化亚铁和氢原子，而氢原子扩散至钢中引起的[1]。

8) 氢脆：在高温高压、H2环境下的设备，在操作状态下，器壁中会吸收一定量的氢。在停工过程中，由于冷却速度快，残留的氢来不及扩散出去，过饱和的氢残留在器壁内，在温度低于150 ℃时可能会引起亚临界裂纹扩展，对设备的使用安全带来威胁[2]。

2 加氢装置腐蚀管控手段

1) 设备防腐手段

设备的防腐手段有材质升级、表面处理、阴极保护。

加氢装置在设计阶段，应针对装置加工原料种类和性质及工艺操作条件，评估装置将会承受的腐蚀风险。从而对设备正确选材及对其进行防腐蚀处理。

在装置检修阶段应对腐蚀部位进行再次评估，根据评估结果判断是否进行材质升级或防腐处理。

2) 腐蚀监测

大检修腐蚀检测：通过系统的腐蚀检测，充分掌握设备腐蚀状况，并分析哪些方面还有管理缺失。全面评估上一周期工艺运行状况以及助剂加注情况，对工艺防腐提出建议和要求。

关键部位日常腐蚀检测：定期对重点管线、设备定点测厚工作，建立台账，判断管线、设备的腐蚀程度。

重点部位腐蚀在线监测：能够实时监测、掌握腐蚀性介质对设备或管道的腐蚀程度及腐蚀发展趋势，及时发现设备隐患，采取应对措施，保证装置长周期安全运行。

3) 工艺防腐

掌控加工原料中的硫、氮、氯等腐蚀性物质含量，以及每个部位的腐蚀性介质含量，科学设定设防值，同时加强对腐蚀产物及影响设备腐蚀的工艺参数的监控，制定工艺过程控制措施,建立腐蚀监测台帐，保证生产的安全运行。

3 加氢装置工艺防腐蚀过程控制

1) 设防值的制定：

a)原料油、氢气中氯含量不高于1×10-6；

b)燃料气中硫含量不高于100 mg/m3，燃料油中硫质量分数不高于0.5 %；

c)易腐蚀设备水溶液中总含铁量≤3 mg/L；

d)原料油中的硫、氮含量不超过设计值。

2) 工艺操作条件的控制

a)控制排烟温度，确保管壁温度高于烟气露点温度5 ℃。

b)根据使用的炉管材质，控制炉管表面温度不超过最高使用温度。

c)反应注水

注水量：保证总注水量的25%在注水部位为液态，并控制高分水NH4HS质量分数<4%。正常情况高压空冷器前采取连续注水，如果含硫污水监测NH4HS浓度增加，可适当增加注水量。其他部位应根据实际采用间歇/连续注水方式。控制流速3 m/s～6 m/s：局部流速过大易产生冲刷腐蚀，流速过小易产生垢下腐蚀。

注水水质：除氧水或临氢系统净化水(用量不大于50%)。

控制冷高分入口温度为40 ℃～55 ℃。

d)由于NH4Cl的结晶温度随原料油中氯、氮、新氢中HCl含量及反应氢油比和反应压力的变化而改变，根据装置运行情况判断反应产物中NH4HS和NH4Cl结晶部位，调整反应器后换热温度、注水量或注水点。

e)采用热开停工工艺避免铬钼钢设备脆性破坏，热开停工工艺是指反应器开停工时，当器壁温度低于最低升压温度时(早期121 ℃，随着材料的纯洁化降低到56 ℃)，反应器内的压力不得超过20%材料的屈服极限[2]。

防止氢脆问题：开工和停工时的升温和降温速度不大于25 ℃/h，装置停工时冷却速度不应过快，且停工过程中应有使钢中吸收的氢能尽量释放出去的工艺过程，以减少器壁中的残余氢含量。

f)防止连多硫酸腐蚀：停工时设备内部充氮气保持正压，使奥氏体不锈钢设备和管线的金属表面保持干燥。不能干燥和氮气隔离的设备，应用1.5%～2.0%的碳酸钠或氢氧化钠溶液进行中和清洗。冲洗后须用不含氯的软化水或冷凝水冲洗。以防止残余的碱留在金属表面发生碱脆和开工时带到催化剂影响其活性。

g)控制循环氢脱硫后的H2S体积分数0.02%～0.10%。

3) 化学注剂控制腐蚀：根据加氢装置汽提塔、分馏塔等塔顶油气中水露点温度，控制塔顶内部操作温度高于水露点温度14 ℃～28 ℃，有效控制塔顶回流，避免塔内因塔顶回流形成液相水腐蚀环境；塔顶系统根据实际腐蚀情况选择加注缓蚀剂，缓蚀剂注入推荐采用原剂注入方式，使用自动注入设备，保证均匀、连续注入。

也可根据实际腐蚀情况在高压空冷前选择加注缓蚀剂，建议加注部位距空冷器入口大于5 m或与高压注水共同加注。

4 结论

建立健全设备防腐管控体系，掌握加工原料中的硫、氮、氯等腐蚀性物质含量和装置涉及到的腐蚀性介质含量，科学设定设防值，同时加强腐蚀产物的监控，分析工艺参数、物料平衡变化带来的腐蚀问题，从工艺控制、腐蚀监测等方面综合分析，系统控制设备腐蚀。

[1] 刘小辉.设备腐蚀与防护技术问答[M].北京：中国石化出版社，2014.

[2] 金德浩，刘建晖，申涛.加氢裂化装置技术问答[M].北京：中国石化出版社，2016.

Improving control capability of equipment in refinery hydrogenation unit against corrosion

TENG Xiaoyong

(Daqing Refining & Chemical Company, Daqing Heilongjiang 163411, China)

Through the analysis of the easy corrosion parts and corrosion mechanism of refinery hydrogenation unit, the measures for corrosion prevention and control of hydrogenation unit are developed from three aspects of equipment corrosion protection, corrosion monitoring and process corrosion prevention.

corrosion; refinery hydrogenation; process corrosion protection

2017-04-14

滕小勇，男，1983年出生，2007年毕业于西南石油大学高分子材料与工程专业，工程师。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.04.37

TQ050.9

A

1004-7050(2017)04-0106-03

生产与应用