苯乙烯装置腐蚀分析及腐蚀监测设置

(中国石油 独山子石化公司 研究院， 新疆 克拉玛依 833699)

技术应用

苯乙烯装置腐蚀分析及腐蚀监测设置

康强利

(中国石油 独山子石化公司 研究院， 新疆 克拉玛依 833699)

通过对苯乙烯生产装置的发展、生产原理、生产工艺及腐蚀性介质的介绍及分析，说明了苯乙烯装置产生腐蚀的必然性。通过对苯乙烯装置的腐蚀分析，确定了苯乙烯装置的主要腐蚀部位及腐蚀系统。采用几种通用的腐蚀监测手段对已确定的腐蚀系统或腐蚀单元进行腐蚀监测，实现了对苯乙烯生产装置腐蚀发展趋势及腐蚀严重程度的有效监控，达到了及时发现苯乙烯生产装置腐蚀问题及腐蚀隐患并及时采取有效腐蚀消控措施的目的，防止了苯乙烯生产装置突发腐蚀问题的发生，实现了装置安全、平稳生产，可为国内同类苯乙烯装置及其他装置的腐蚀控制提供借鉴。

苯乙烯装置； 工艺介质； 腐蚀分析； 腐蚀监测点设置； 腐蚀控制

最早于1839年发现的苯乙烯是聚苯乙烯及橡胶生产的原料，聚苯乙烯和橡胶在生活、工程及制药等领域有广泛的应用价值。1930年，美国道化学公司首创了乙苯热脱氢制取苯乙烯技术。1937年，美国陶氏化学公司和德国巴斯夫公司实现了苯乙烯工业化生产，开创了苯乙烯工业化生产的先河。苯乙烯产品市场需求的急速加大，推动了苯乙烯生产的快速发展[1]。

目前，世界范围内苯乙烯生产法主要是乙苯脱氢制苯乙烯、乙苯共氧化法、选择氧化脱氢工艺等生产技术，其中乙苯脱氢是目前国内外生产苯乙烯的主要方法，世界上约有90%的苯乙烯通过该方法进行生产。近几年，陆续开发出了苯乙烯生产新技术，主要包括裂解汽油抽提技术、CO2氧化脱氢制苯乙烯技术、催化裂化干气制苯乙烯以及乙醇直接烃化制苯乙烯技术等。2012年，全球苯乙烯生产能力达到3 236.6万t/a，预计到2017年全球苯乙烯的需求量将达到3 604.8万t/a[2-5]。

20世纪50年代，由前苏联援建的兰州石化2万t/a苯乙烯装置开始运行生产；80年代，燕山石化、齐鲁石化先后引进了2套8万t/a苯乙烯装置；90年代，茂名石化、杨-巴和吉化先后建成了10万t/a苯乙烯装置。在此过程中，国内也有企业引进和自建了多套苯乙烯装置。据有关资料表明，2008-06，我国苯乙烯生产能力达到了291万t/a，截止2016年年底，我国的苯乙烯产能达到844万t/a，增产高速。

中国石油兰州石化分公司是最早开发苯乙烯催化剂的厂家，厦门大学从20世纪70年代研发的催化剂在大庆、吉化、兰化苯乙烯装置上进行了应用，并且取得了可喜成绩。从20世纪80年代开始，上海石油化工研究院、华东理工大学及上海工程有限公司等单位合作, 共同开发大型苯乙烯生产工艺技术。到目前为止, 先后开发了生产规模为3～60万t/a苯乙烯成套技术工艺包，以上述工艺包为设计依据建成的苯乙烯装置已平稳运转多年。此外，中国石化的一些科研院所及国内部分科研机构与企业合作开发出了新的苯乙烯生产工艺，均已得到了成功应用。

苯乙烯装置腐蚀介质的来源有原料、生产过程以及在苯乙烯生产过程中加入的助剂这三方面。此外，苯乙烯装置的工艺介质兼具有毒、易燃、易爆特性，任何腐蚀泄漏都会导致生产波动，甚至发生着火、爆炸等恶性事故。近十几年来，国内苯乙烯装置的不同部位发生了多起因腐蚀导致的泄漏和停工事件。因此，对苯乙烯装置而言，腐蚀依然是严重的安全生产隐患。

文中通过对苯乙烯装置工艺及其腐蚀分析，用以确定出腐蚀单元、部位及系统，采用有效的腐蚀监测手段，通过腐蚀监测数据来评判苯乙烯装置的腐蚀程度及腐蚀的发展趋势，防止腐蚀问题的突发，为国内同类苯乙烯装置及其他装置的腐蚀控制提供借鉴。

1 32 万t/a苯乙烯装置概况

2009-09投产的某32 万t/a苯乙烯装置是100万t/a乙烯生产系统的配套装置，以乙烯和苯为原料，采用美国Stone & Webster公司技术，利用Exxon Mobil 的EBMax 液相烷基化技术制取乙苯，利用Total/Bager 的绝热脱氢技术最终生产出质量分数为99．9%的苯乙烯单体做为聚苯乙烯和丁苯橡胶装置的原料。装置开工以来，在乙苯单元、脱氢单元、苯乙烯精制单元及尾气凝液单元相继发生了数次腐蚀问题，对装置的安全、平稳生产产生了较大的影响。

32 万t/a苯乙烯装置的生产单元见表1，原则工艺流程见图1。

表1 32 万t/a苯乙烯装置主要生产单元

2 腐蚀介质及腐蚀部位确定[6-12]

2.1腐蚀介质

腐蚀介质主要包括苯乙烯的乙烯原料中带有的微量硫化物、氯化物等腐蚀性介质，苯乙烯的苯原料中带有的微量硫化物、噻吩等腐蚀性介质，生产过程中附带的多种催化剂、阻聚剂等其他助剂的介入，某些副反应产物中存在的腐蚀性介质。

2.2确定腐蚀部位

根据苯乙烯装置的生产工艺、设备特点以及工艺操作参数，结合此装置工艺介质中腐蚀介质的存量及聚集环境，借鉴国内同类苯乙烯装置曾经发生过的腐蚀部位，确定了此苯乙烯装置易腐蚀部位和易腐蚀系统，见表2。

图1 32 万t/a苯乙烯装置工艺流程简图

主单元分单元易腐蚀部位及腐蚀系统乙苯单元乙苯精馏单元 脱氢组分塔塔顶冷凝冷却系统苯乙烯单元苯乙烯精馏单元 粗苯乙烯沉降及附属系统,苯乙烯精馏系统苯乙烯单元尾气及凝液单元 尾气压缩、吸收、解析及凝液回收系统

3 苯乙烯装置腐蚀分析与监测方式[13-20]

如果装置的工艺介质中本身含有腐蚀性介质，则装置腐蚀无法避免。如何发现装置腐蚀部位的腐蚀程度及腐蚀发展趋势，防止突发腐蚀事件发生，在装置的腐蚀部位设立恰当的腐蚀监测方式则是一种有效的手段。

3.1乙苯单元脱氢组分塔塔顶冷凝冷却系统

乙苯单元中，乙烯与苯通过液相烷基化及烷基化转移反应生产乙苯，粗乙苯通过乙苯塔提纯后进入苯乙烯单元，新鲜苯的提纯、干制及乙苯单元的气相组分进入脱氢组分塔塔内。依据腐蚀分析，乙苯单元主要腐蚀部位在脱氢组分塔塔顶系统，其系统流程图见图2。

图2 乙苯单元脱氢组分塔塔顶冷却系统流程简图

在整个乙苯单元，几乎所有含腐蚀性介质的有机酸、无机酸均会聚集在脱氢组分塔塔顶的气相组分中。腐蚀则表现在塔顶冷凝冷却系统的设备及管线中，在形成的工艺可见水的环境下，会对塔及塔顶系统产生严重腐蚀。

针对脱氢组分塔塔顶腐蚀情况设立的腐蚀监测方式见表3。

表3 脱氢组分塔塔顶冷凝冷却系统腐蚀监测方式

3.2苯乙烯单元

在苯乙烯单元，乙苯经绝热脱氢反应后产生的粗苯乙烯经沉降、油水分离后，含粗苯乙烯的油相在苯乙烯精馏单元经苯/甲苯塔、乙苯回收塔及苯乙烯塔进行分离，苯乙烯精馏分离过程在真空环境下完成。在苯乙烯单元产生的不凝气及乙苯单元产生的气相组分进入尾气压缩、吸收、解析及凝液回收系统。乙苯绝热脱氢反应的副产物CO2、微量硫化物以及为防止单体聚合加入阻聚剂带入的腐蚀性介质会贯穿于苯乙烯单元所有气相组分及水相组分，会对整个苯乙烯单元产生较为严重的腐蚀。

3.2.1粗苯乙烯沉降及附属系统

在粗苯乙烯沉降罐及附属系统，主要涉及乙苯经脱氢反应冷凝后形成的粗苯乙烯，还有来自乙苯、苯乙烯精馏及尾气凝液单元含有腐蚀性介质的气相或液相介质，含有腐蚀性介质的沉降罐气相与凝汽器气相经尾气压缩后进入凝液单元，含有腐蚀性介质的沉降罐水相介质进入凝液汽提塔，此系统的工艺流程见图3。

此系统中的介质比较杂乱，至少有9种含腐蚀性的介质进入沉降罐，腐蚀性成分主要有：混合有脱氢反应的副产物CO2，介质中残留的硫化物、无机酸，过程反应产生的有机酸及阻聚剂带入的酸性介质等。

图3 粗苯乙烯沉降及附属系统工艺流程示图

该系统处于含水的低温环境，系统腐蚀属于酸性腐蚀。这些酸性介质会对系统产生较为严重的腐蚀，集中表现在含水凝液处理系统及相关设备和管线中。此系统可设立的腐蚀监测方式见表4。

3.2.2粗苯乙烯精制系统

来自粗苯乙烯沉降罐的粗苯乙烯进入真空操作的苯/甲苯塔，在塔顶分离出苯、甲苯，塔底的乙苯、苯乙烯进入高(低)压乙苯回收塔回收乙苯，塔顶回收的乙苯进入脱氢反应系统，塔底苯乙烯进入苯乙烯塔精馏苯乙烯，真空凝液进入尾气回收单元。为防止介质聚合，分别在苯/甲苯塔进料及苯乙烯塔塔顶线中注入缓聚剂及阻聚剂，此系统工艺流程见图4。

图4 粗苯乙烯精制系统工艺流程示图

监测方式监测部位监测项目冷凝水 (1)凝液泵出口 pH值、Fe2+/3+等探针监测 (1)凝液泵出口 (2)尾气冷凝器到沉降罐液相管线 (3)汽提塔冷凝器到沉降罐的管线 腐蚀速率腐蚀检查 (1)塔及容器:汽提塔、沉降罐、尾气冷凝器、放空密封罐 (2)热交换设备:进料汽化器、粗苯乙烯冷凝器、汽提塔冷凝器 (3)泵:凝液泵、粗苯乙烯泵 宏观检查、测厚、腐蚀挂片、拍照、摄像、失效原因分析管线测厚 (1)进料汽化器至沉降罐 (2)脱氢塔至沉降罐 (3)粗苯乙烯冷凝器至沉降罐 (4)凝液汽提塔至沉降罐 (5)尾气冷凝器至沉降罐 (6)苯/甲苯塔塔顶液相至沉降罐 (7)热井凝液泵至沉降罐 (8)沉降罐至凝液汽提塔 (9)多乙苯塔顶冷凝器至凝液汽提塔 (10)解析塔顶气相至粗苯乙烯冷凝器 管线的实际厚度、并计算管线的腐蚀速率

在苯乙烯精制系统中，腐蚀性介质是由粗苯乙烯带入的，主要腐蚀介质种类与粗苯乙烯沉降及辅助系统基本一致，系统处于含水环境，腐蚀属于酸性腐蚀。这些酸性介质会对系统产生腐蚀，集中表现在换热部位、塔顶冷凝冷却系统的相关设备、管线中，可设立的腐蚀监测方式见表5。

3.2.3尾气压缩、吸收、解析及凝液回收系统腐蚀分析与监测方式

对苯乙烯生产而言，由于其过程涉及的乙苯及苯乙烯精馏需要在真空条件下操作，大量尾气主要产生于苯乙烯单元，再加上生产过程中产生的不凝气，这些尾气经过压缩、吸收、解析及洗剂处理后，收集、处理及回收其中的烃类，合格后排放与回用。尾气中含有大量的腐蚀性介质，而且浓度会逐渐聚集，此系统的工艺流程见图5。

表5 苯乙烯精制系统腐蚀监测方式

图5 尾气压缩、吸收、解析及凝液回收系统工艺流程示图

在此系统中，腐蚀性介质主要由乙苯及苯乙烯精馏过程带入，主要腐蚀介质种类与上述系统基本一致，整个系统基本是低温操作，为含水环境，会对系统产生较为严重的腐蚀，设立的腐蚀监测方式见表6。

表6 尾气压缩、吸收、解析及凝液回收系统腐蚀监测方式

4 结语

对中国石油某企业典型苯乙烯装置进行了腐蚀分析，设置的腐蚀监测手段于2011-07运行，通过对这些手段获取的腐蚀监测数据的分析，发现了装置存在腐蚀问题的程度及发展趋势，及时采取了腐蚀防控措施，使曾经发生腐蚀的脱氢组分塔塔顶系统、尾气凝液系统、苯乙烯系统及精制系统的腐蚀得到控制，证明了腐蚀监测手段有效、可靠。

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(许编)

CorrosionAnalysisandMonitoringSettingsinStyreneUnit

KANGQiang-li

(Research Institute of Dushanzi Petrochemical Company, CNPC, Karamay 833699, China)

The inevitability of styrene device to corrosion was explained by introduction and analysis of development of styrene plant, production principle and production technology as well as corrosive medium. The corrosivity of process medium was analyzed to decide corrosion position and corrosion system. The corrosion system and section was monitored by mean of using several methods of general corrosion monitoring, and the effectively monitoring control was realized for corrosion development tendency and corrosion order of severity in styrene process units. By this means the corrosion problem and hidden danger were discovered in time in styrene unit, and the corrosion prevention measures were adopted. So the corrosion problem which have broken out was reduced to prevent the impact of corrosion occurred in styrene production plant and decrease the effects on the unit safe and stable production, which can take examples for domestic similar corrosion control of styrene device and other devices in China.

styrene unit; process medium; corrosion analysis; corrosion monitoring setting; corrosion control

TQ050.7； TG172.9

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.04.008

1000-7466(2017)04-0039-07①

2017-02-06

康强利(1965-)，男，陕西岐山人，高级工程师，硕士，主要从事炼油与化工装置防腐蚀技术研究、腐蚀监测及腐蚀控制技术工作。