渣油加氢装置的腐蚀风险分析

张天宇

（中石油辽阳石化分公司油化厂，辽宁 辽阳 111003）

近些年来石油资源的重质化、劣质化水平不断加剧，国家对于石油清洁能源的要求与日俱增。其中，石油中的渣油轻质化可以说是企业经济效益的重要来源之一。结合渣油加氢处理的模板要求，对原料中的氮、硫等元素杂质进行脱除，在提供基本生产原料的同时也提升了产品的整体附加值，从而实现了资源的高效利用。为了进一步探讨渣油加氢装置的腐蚀风险，现结合具体案例工况分析如下。

1 工况概述

某企业渣油加氢装置加工能力为年产200×104t，自加成后，配有一定减压蜡油。其主要分为分馏、反应以及脱硫等部分。其中反应部分包括加氢反应器以及加热炉，分馏部分为分馏塔、汽提塔以及分馏进料设备。在设备的使用过程中，原材料设计硫含量为3.1%，实际使用的硫含量为2.5%～3.7%，平均值超过了3.1%达到了3.59%。根据这个数据来看，原料的硫含量超过设计值，所以硫含量增加，引发了装置的低温部位、高温部位的腐蚀性杂质含量增加，从而导致部位严重腐蚀。

2 渣油加氢装置的腐蚀风险

2.1 反应部分的高温部位腐蚀

从反应原理上来看，高温高压的氢气会引起多种不同情况的结构性损伤，比如应力开裂、氢脆以及氢腐蚀等。其中，应力开裂是由于长期处于高温环境下，氢分子裂解为原子，并通过高压渗透到钢材当中，这些氢气原子在冷却过程中来不及扩散，出现氢原子过饱和，从而导致材料的塑性、韧性受到严重的影响，这个过程一般会出现在150℃。在选择加氢反应器时，其中最容易发生开裂的位置就是密封槽的拐角部分以及内部的焊缝部分。这两个位置长期受到高温高压的影响，同时在加热与冷却过程中有接触氢气的情况，所以很容易出现氢腐蚀的问题。一般来说，在升温过程中如果能够调整操作压力并保持在250℃进行消氢，能够有效避免氢腐蚀问题的产生。

从基本原理上来看，氢腐蚀属于扩散腐蚀，通过氢原子与碳化物反应生产甲烷的方式来进行内部脱碳，随后甲烷会具有一定的气体压力，这种压力导致最终内部开裂。在这个过程中，反应部分的高温区材料选择需要根据操作压力与氢分压进行挑选，尽可能接近耐腐蚀的设计要求。对于硫化氢类型的腐蚀，则需要选择奥氏体不锈钢这种材料，能够有效减缓腐蚀的速率。

2.2 反应部分的低温部位腐蚀

低温部分的腐蚀主要包括物换热、高压换热器、高压空冷器以及分离器等设备，其常出现的腐蚀类型有氯化铵盐腐蚀、硫化氢腐蚀以及硫氢化铵盐的腐蚀。根据反应过程来看，渣油的加氢装置氯化物的反应主要发生于230℃的高热分气换热器，该过程中氯化氢与氨气的反应生产了盐结晶体，这种结晶体会在很大程度上堵塞换热器的管束，从而导致腐蚀问题。为了解决这个问题，需要在换热器的入口部分注入水，通过冲洗氯化铵的方式来进行处理，同时还可以采取间断的注水模式，通过高压换热器的压降来进行监控，这样一来就可以在超过临界值时随时进行注水。在不需要注水时，则需要通过管理阀门的方式来防止水泄漏，否则就会出现酸性溶液进而导致腐蚀加剧。结合实际情况，选择不同的耐腐蚀材料，这里不推荐继续使用奥氏体不锈钢，可以选择的材料有镍基合金、双相不锈钢等等。

引起酸性水腐蚀主要原因是水中有硫化氢或者氨气，这些气体混合后会形成硫氢化铵结晶体，会导致冲蚀类型的腐蚀。导致腐蚀的因素是多方面的，硫氢化铵的浓度、流速都是重要的部分。除此之外，PH值也是一个问题，氧含量、氰化物的含量等都是需要考虑的部分。根据实际的操作经验来看，出现腐蚀的位置一般集中于低压的空冷器以及其他管线，而空冷器的管束腐蚀主要集中于加氢的装置上，这都是导致装置非计划停工的重要原因，同时也会影响到装置的安全运行。

湿硫化氢的腐蚀一般发生于120℃低温当中，腐蚀的形态主要包括减薄以及应力的开裂。在湿硫化氢的环境当中，低合金钢的腐蚀速度往往与硫化氢的含量、系统的PH值具有密切的关联，同时如果腐蚀温度达到65℃后，那么硬度与应力水平将成为主要的影响因素，为了防止腐蚀，可以通过焊接后热处理来消除应力。

2.3 脱硫部分的腐蚀

在脱硫部分发生的腐蚀主要是由于环境中的硫化氢融入水所导致的。在设备使用过程中，为了防止这类腐蚀，需要控制钢材中的锰含量，同时还需要避免各种类型的夹杂物的影响，通过优化结构的方式来避免出现应力集中的问题。在焊接处理后，需要对应力进行消除，通过热处理确保焊缝以及周围硬度在合理区间，通过降低湿硫化氢的应力腐蚀的敏感性来确保不出现裂纹。在耐腐蚀控制过程中，需要参考胺液的腐蚀性质，其大多表现为应力腐蚀开裂以及腐蚀减薄等，所以作为一种碱性环境下的腐蚀影响，其往往与PH值、应力等因素具有密切的关联。根据实际的经验来看，在设备使用过程中，90℃以上的再生塔经常出现这种类型的腐蚀，所以需要通过调整温度范围和进行应力预处理的方式来解决该问题，防止出现腐蚀开裂的问题。在环境中腐蚀减薄与腐蚀性杂质的选取具有密切的关联，在过滤时需要考虑到负荷设计的问题，尽可能通过温度控制的方式来避免系统设备的腐蚀。

2.4 循环冷却水的腐蚀

循环水系统中的腐蚀主要属于电化学腐蚀，其与水质管理、材质以及结构都具有密切的关系，工艺的运行参数也是一个重要的影响因素。在装置水冷器的喷涂处理方面，要选择合适的喷涂材料，确保防护的有效性。部分管板上可能会出现破损，如果破损比较严重，就需要及时对其进行处理，否则会从内部扩大，进而影响到已经完成防护的部分。在选择涂料时，需要考虑到涂料的耐温性能，在装置开停工时，要考虑到保护措施，选择合适的涂层，防止出现温度过高时脱落的情况。在加强换热管的腐蚀防护处理的过程中，由于电偶本身存在腐蚀，所以管箱、碳钢管板的腐蚀都会比较严重，针对这个部分进行保护可以采用牺牲阳极的阴极保护法，能够有效减缓腐蚀的速度。

2.5 分馏部分的腐蚀

（1）分馏部分高温腐蚀。在分馏过程中，其常出现的腐蚀介质为硫、硫化氢等物质，在高温条件下，内部的材料选择不锈钢，所以不容易出现腐蚀的问题。而柴油汽提塔的塔体采用了20R，在经过过热的蒸汽时出现了腐蚀，主要集中于塔体的封头部分以及内壁上，而在锈层的下部没有发现明显的腐蚀。在塔盘部分进行腐蚀分析，整体比较完整没有发现腐蚀。进料加热炉的路口温度为360℃，该部位主要包括介质两相流动以及流速引起的冲蚀，而腐蚀减薄的影响因素较多，运行中管道的腐蚀检测属于重要的保障环节，需要妥善管理。

（2）分馏部分低温腐蚀。分馏部分的低温生产环节的腐蚀主要集中于塔顶以及冷凝冷却装置，这些部分的腐蚀介质为硫化氢、水。在腐蚀过程中主要表现为应力腐蚀导致的局部开裂。从客观上来看，分馏塔的塔顶后冷器属于折流杆换热器，其壳程为油气，而管程则主要包括水。在筒体的内部具有较厚的油垢，下部则是大量的腐蚀坑。分析后发现，其中大部分弯曲或者断裂，管板表面腐蚀十分严重，深处的凹坑达到2.5mm，同时表面有蚀坑，深度约为2mm，表面有细小的蚀坑。拉杆的材料方面，成分为ASTM204，不锈钢的特征为锰代镍，具有提升电极电位的能力，钢本身的韧性较弱，所以只能适应一般环境，不能够适应腐蚀性过强的环境，所以在进行材料的选择时，需要充分考虑到腐蚀环境、应力腐蚀的开裂条件。

3 结语

综上所述，渣油加氢装置的设备腐蚀一般都是集中于反应部分高热分气转换过程中的换热器、冷高压分离器以及其他相连管道。为了避免出现高热分器换热流程中氯化铵盐导致腐蚀，需要做好原材料氯含量的控制，随时做好注水的管理，确保水的整体质量。在针对分馏塔的塔顶进行换热腐蚀管理时，则需要重点做好塔顶的缓蚀剂防腐，通过添加更大直径的接管或者采用流速较慢的设计可以有效降低腐蚀的影响。在确保安全运行的条件下，还需要对一些重点的腐蚀部位进行随时监测，包括分馏部分的高温系统管线、低温系统管道、分馏塔顶系统管线等，都需要使用在线监测的方式进行跟踪控制，确保不出现腐蚀故障。