常压塔顶系统腐蚀与控制

李春树

(中国石化天津分公司，天津 300132)

1 常压塔顶系统腐蚀概述

1.1 常压塔顶系统简介

蒸馏装置常顶系统常见的工艺流程为单回流罐流程，塔顶油气经油气线从常压塔顶出来，流经换热器、空气冷却器、水冷器，进塔顶回流罐，少部分液体产品回流，分液体产品、气体产品、污水从系统流出。塔顶油气温度在130 ℃左右，从换热器出来为80 ℃左右，从空冷器出来在60 ℃左右，经水冷器冷却后在40 ℃至50 ℃左右。塔顶回流温度也在40 ℃至50 ℃左右。不同的装置在规划上，对产品收率和能量回收要求不同，设备配置和工艺参数条件有所不同。为控制塔顶系统腐蚀，在塔顶油气进常顶换热器之前的管道上，向塔顶油气注入中和剂、缓蚀剂、水。也有的装置塔顶采用双回流罐流程，经换热器后进第一台回流罐，也叫热回流罐，部分回流，其余物料经空冷水冷后，进第二台回流罐，也叫冷回流罐，分馏出产品和污水，流出系统。双回流罐流程的塔顶塔顶注水在第一台回流罐之后，希望回流温度在水露点之上，在105 ℃左右。塔顶循环系统一般在140 ℃左右抽出，110 ℃左右返回塔内。

1.2 常压塔顶系统腐蚀机理

常压塔顶系统设备管道选材以碳钢为主，管道选材通常为碳钢，设备选材较为复杂，但常压塔顶一般为碳钢复合铁素体不锈钢、双相不锈钢、超级奥氏体不锈钢、蒙乃尔合金。换热器管束选用双相钢、钛材，空冷器选材一般为碳钢或双相钢。回流罐选用碳钢。塔顶循环系统泵、换热器、管线一般为碳钢。

常顶系统的腐蚀机理在理论上已经明确，第一种典型的腐蚀机理是氯化氢加硫化氢加水的酸腐蚀[1]，特别是在水露的初凝区，氯化氢被水露吸收，形成pH值在2～3的浓盐酸腐蚀，温度在90 ℃左右，对碳钢设备或管道造成局部区域的严重减薄。不恰当地选用奥氏体不锈钢材质，还会出现严重的点蚀和应力腐蚀开裂。这种腐蚀主要出现在油气物料的水露点区域，一般在介质温度的90 ℃左右的区间位置；第二种典型的腐蚀机理是铵(胺)盐结晶垢下腐蚀[1-3,5]。电脱盐系统运行不稳定，或脱盐未达到工艺防腐指标要求，在具有被铵(胺)盐析出的浓度和温度组合条件下，常顶系统氯离子和铵(胺)离子形成铵(胺)盐，铵盐吸潮会沉积黏附在某一部位，水解出的氯化氢加水，微区盐酸腐蚀，胺盐呈黏稠状，还具有流动性，不一定停留在析盐区域。铵(胺)盐垢下腐蚀常出现在塔盘、塔壁、塔顶接管死区部位；第三种腐蚀机理是多项流冲蚀[1,3]，主要发生在换热器进出口管线弯头部位。塔顶油气携带析出的HCl、H2S、胺盐、油气、注水，流经塔顶油气线，物流中有气相、液相携带黏稠的胺盐和机械杂质，流速过高，对弯头部位冲蚀明显。

1.3 常顶系统腐蚀影响因素

原油品质是常顶腐蚀的原料影响因素。硫含量越高，常压塔顶的硫化氢含量也越高，腐蚀性越强；盐含量和水含量越高，电脱盐运行管理越难，塔顶的氯离子水平越高，腐蚀性也越强。原油有机氯含量或氨氮含量高，增加塔顶结盐机会。电脱盐运行效果是影响常顶腐蚀主要工艺因素，电脱盐要能适应原油品种和特性的变化，保证脱盐、脱水效果。常压塔塔顶系统处理量、温度、压力和腐蚀介质组分，是常压塔运行的工艺因素。塔顶注中和剂、缓蚀剂和水是工艺防腐技术因素。工艺防腐措施要适应塔顶腐蚀环境的变化和防腐的要求。

2 常顶系统腐蚀的特点

2.1 原料的不确定性

我国是贫油国，原油进口依赖度高。沿海炼油厂原料已经100%依靠进口，为控制原油供应风险，产地多元化是原油供应战略之一。游轮到港进入港口码头库区，然后通过管道和炼油厂原油罐连通。罐容有限的前提下，原油调和预处理不够，塔顶系统腐蚀与原油品种密切相关，同一品种或产地的原油不能接续到港，不同油轮的原油性能指标波动较大，从而造成塔顶系统腐蚀出现与原油品种的相关和波动。即使是同一产地的原油，因采油过程所使用的注剂不同，原油特性也有所变化，原料特性的变化，容易引起常顶系统腐蚀的不确定性和波动性。水资源的缺乏和减排的要求，电脱盐注水、塔顶注水、冷却水等都需要循环使用，水资源多元化、水中腐蚀杂质也存在不确定性。

2.2 工艺的不稳定性

电脱盐运行直接受原油不确定性的干扰或冲击，有的原油易乳化，不易脱盐；有的原油比重大，脱水困难；甚至有的原油带水高，直接造成电脱盐系统跳闸失灵，造成装置进料含盐含水的波动，常压塔顶腐蚀迅速恶化。异常腐蚀发生时，腐蚀速率异常高，高到难以想象的程度。

2.3 腐蚀分布的不均匀性

塔顶系统的温度场、介质浓度场、流速场都存在明显的差异，且存在汽液相变，伴随有固体颗粒相析出。换热器、空冷器水冷器都是多台布置，介质分布上也存在不均匀性。3种腐蚀机理都是从工艺角度对系统进行了分布划分，伴随工艺和设备管道特性，腐蚀也表现出了明显的不均匀性。实际工程过程中，具体设备或管道的几何空间位置则难以确定，泄漏总先在最薄弱环节发生，但严重腐蚀又往往不止一处，腐蚀隐蔽地分布在设备和管道上，在装置运行管理上，难以准确把握安全的薄弱环节。

2.4 腐蚀风险高

一是常顶系统腐蚀是问题多发频发部位；二是一旦发生泄漏，容易引起火灾；三是常减压装置是炼油生产的龙头装置，装置一旦因事故停车，对炼油流程上下游都将会带来严重影响，供应端接收原油困难，下游装置原料不保，特别是装置大型化，事故后果更加严重。

2.5 腐蚀管控要求高

装置大型化，运行周期延长，安全环保要求高，对腐蚀管控提出了更高的要求。而腐蚀本身影响因素多，过程存在不确定性，腐蚀问题复杂，常顶腐蚀部位分布广[1,4-7]，且后果严重，如塔顶油气挥发线严重减薄、换热器空冷器泄漏、塔壁穿孔着火、塔顶循线泄漏，对腐蚀管控能力和执行都提出了更高的要求。

3 常顶系统腐蚀控制措施

3.1 装置设计建设防腐控制

明确装置加工原油的腐蚀参数设计指标，分别给出装置酸值、硫含量、盐含量控制指标，依此设计加工原油常顶系统流程，加设配套塔顶注中和剂、缓蚀剂和注水等工艺防腐设施，根据结盐风险，设定塔顶洗盐、脱盐辅助设施；设备管道选用适当的材料[1]，必要时塔顶部位选用高等级不锈钢材质塔盘，塔体选用高等级不锈钢或蒙乃尔合金复合板；存在露点腐蚀或结盐腐蚀的换热器，管束可以考虑选用钛材，而不选用碳钢材质。在建设过程控制装置建设质量，避免材质误用或质量缺陷。为适应加工重质高酸原油，装置加设注碱防腐措施。加工多元化的海外原油的大型装置，考虑增上一级电脱盐罐[4]。

3.2 装置加工原油品质管控

按设计条件，设定装置加工原油适应范围，特别注意控制原油酸值、盐含量不能长期超出设计指标。机会原油与基础原油混炼，按腐蚀监测结果，控制混炼比例；实施原油脱水、注破乳剂，缓解电脱盐工艺运行压力。

3.3 稳定电脱盐运行

实施电脱盐运行效果跟踪，脱后含盐量或塔顶腐蚀探针监测的腐蚀速率出现波动时，及时跟踪调节破乳剂注入或优选破乳剂、电脱盐运行参数、调整混炼比、调整注水等，保持电脱盐效果稳定。

3.4 开展塔顶系统在线腐蚀监测与控制

在塔顶系统筛选对酸露点腐蚀和铵盐结晶腐蚀敏感的部位，如油气换热器或空冷器进出口安装腐蚀在线腐蚀监测探针，油气线或塔顶等部位安装超声波定点测厚系统，实施监测塔顶系统腐蚀状态，结合塔顶酸性水分析的铁离子、氯离子、pH值等分析化验指标和塔顶工艺参数，评价腐蚀状态，为改进调整塔顶注中和剂、缓蚀剂和注水等提供控制反馈。实施塔顶系统结盐风险分析，设定塔顶操作安全窗口[5]，控制塔顶和回流温度，必要时投用注碱和塔顶除盐设施，严重时实施洗塔。

3.5 塔顶系统设备管线周期性定点测厚

实施腐蚀风险分析，制定塔顶系统设备和管线测厚方案，实施周期性定点测厚[4]，保障设备管道安全。

4 结论

a) 原油劣质化，原料多元化，常压塔顶系统腐蚀具有随机性和不确定性，腐蚀机理复杂，影响因素多，腐蚀防控要求高。

b) 劣质原油加工，初凝区腐蚀非常突出，初凝区设备设计要选用适当材质，必要时选用钛材换热管，最好落在三注之后的换热器内。空冷器内不要存在冷凝区，并且多台空冷器要对称布置，改善物流分布，必要时每台空冷增加注水。

c) 注意原油品质管控，机会油加工，要注意预处理，避免电脱盐运行波动。

d) 把腐蚀监测系统设置在敏感部位，并依据监测结果调整运行和工艺防腐操作。实施定点测厚，守住安全底线。