鞍钢大型煤焦油加工装置设备防腐蚀对策

王政强，张欣，王晓楠，边志达，庞庆益

（鞍钢化学科技有限公司，辽宁 鞍山 114021）

鞍钢化学科技有限公司（以下简称“鞍钢”）30万t煤焦油加工装置引进的是法国LITWIN公司技术，主要包括蒸馏、改质沥青、精萘、酚精制、喹啉精制等五大工序，应用的是工艺先进、产品质量好、技术成熟、能耗低、操作环境好的焦油精制技术。该套装置自2013年2月投产以来，多次出现设备腐蚀泄漏情况，需停机检修，影响正常生产。为了解决此问题，分析了设备腐蚀原因，并探讨了设备防腐蚀对策，本文对此做一介绍。

1 工艺流程简介

鞍钢30万t煤焦油加工工艺为常减压流程，其以煤焦油为原料，采取常压脱水、脱沥青，馏分减压下分馏，脱出沥青后馏分加碱洗涤等工艺处理，分馏得到的产品主要有轻油、酚油、萘油、洗油、蒽油、重油、中温沥青和改质沥青。具体工艺流程[1]如图1所示。按工艺流程划分：脱水塔至中和塔这段流程简称01-04段，分为脱水、初馏、急冷、中和、导热油5个单元；预蒸馏塔至蒽蒸馏塔这段流程简称05段，分为预蒸馏、萘塔蒸馏、蒽塔蒸馏（负压蒸馏）3个单元。

图1 鞍钢30万t煤焦油加工工艺流程Fig.1 Process Flow of Processing 300 000 t Coal Tar in Ansteel

2 设备腐蚀原因分析

2.1 设备腐蚀原理

煤焦油深加工过程中的腐蚀主要表现为电化学腐蚀、化学腐蚀、冲刷腐蚀和晶间腐蚀。传统的焦油加工工艺是先加碳酸钠，但是由于炭黑市场对炭黑油中钠离子的要求，鞍钢采用了后加碱工艺，导致脱水塔后续设备和管道的腐蚀比较严重，容易发生泄漏，在焦油蒸馏系统中存在下列腐蚀[2]。

2.1.1 电化学腐蚀

焦油中含有固定铵盐（NH4Cl、NH4CN、（NH4）2SO4等），其中主要是 NH4Cl，这些成分进入焦油蒸馏系统，经升温后与焦油中夹带的水分接触转化成 H3O+、NH4+、OH-、CN-等离子，成为电化学腐蚀过程中阴极反应的氧化剂和阳极反应的活化剂，进行电化学腐蚀。在焦油蒸馏系统中，只要有水存在的地方就有电化学腐蚀，可以说电化学腐蚀贯穿于整个系统中。

2.1.2 化学腐蚀

焦油经过脱水塔后，铵盐仍然存在于焦油中，当加热至220～250℃时，固定铵盐分解成游离酸和氨气，产生的酸存在于焦油中，当焦油中有水存在时就会腐蚀管道和设备，具体反应过程如下列方程式所示：

2.1.3 冲刷腐蚀

在管道弯头和三通部位，由于介质的运动速度急剧增大形成湍流，导致构件的局部表面遭受严重的冲刷腐蚀，不仅增加了电化学腐蚀的速度，而且形成了流体对表面的切应力，同时，切应力能够把已经腐蚀的产物剥离、带走，加剧腐蚀。

2.1.4 晶间腐蚀

不锈钢对晶间腐蚀敏感性高，在焊接受热不当时，会发生组织改变，造成晶粒与晶界存在一定的电位差，并以此为起源，在晶粒和高温物料的作用下，诱发晶间腐蚀。法兰及弯头的焊口处是晶间腐蚀的主要部位，受热或焊接缺陷都会造成晶间腐蚀问题。

2.2 设备腐蚀原因分析

统计2013年11月至2015年4月设备腐蚀泄漏情况。设备腐蚀泄漏情况及原因见表1。

表1 设备腐蚀泄漏情况统计Table 1 Leakage Situation on Equipment Due to Corrosion and Leakage Causes

由表1可以看出，在01-04段，初馏塔、脱水塔到初馏塔管道、初馏塔循环管道的腐蚀主要是电化学腐蚀和化学腐蚀；在05段，由于鞍钢的煤焦油加工工艺是经过一次加热后，冷却下来再进行加碱，然后进行加热升温蒸馏，宽馏分油里含水，因此4种腐蚀都存在。但主要是高速流体和焦粉导致的冲刷腐蚀，使三通、弯头、萘塔、萘塔提镏段塔盘、闪蒸阀及节能器H0537的减薄，从而导致泄漏。

3 设备防腐蚀对策

3.1 强化设备防腐管理

3.1.1 设备分级管理

根据可在线检查、检修和必须停产检查检修设备的区分及设备在工艺中的重要程度，将设备、管道、阀门和电气仪表分为A、B、C三类。A类为直接导致全线停产的设备，B类为重要但不会导致全线停产的设备，C类为对生产过程无影响的设备，具体情况见表2。通过分级管理，确定停产时重点检查内容，做到设备防腐蚀检查有的放矢。

表2 不同类别设备分级管理Table 2 Management at Different Grades for Different Types of Equipment

3.1.2 建立设备和管道检测制度

明确设备和管道检测项目，掌握设备劣化规律。

（1）以超声波测厚仪为仪器，建立以各类设备设施为检测点的设备和管道检测制度，对检测点进行检测并形成记录。设备和管道主要检测点如表3所示。

表3 设备和管道主要检测点Table 3 Main Inspection Points of Equipment and Pipelines

（2）对比历次停产检修检测数据，形成设备、管道劣化趋势图，通过趋势图，掌握其腐蚀规律，有计划地对装置进行检修、检查，在设备或管道泄漏前，提前进行检修或更换。前塔向萘塔拨料管道腐蚀趋势如图2所示。由图2可以看出，管道平均壁厚不断减小，腐蚀速率也在发生变化，生产中可根据此趋势图预测管道壁厚，在泄漏前提前更换。

图2 前塔向萘塔拨料管道腐蚀趋势Fig.2 Corrosion Trend of Material Allocation Pipeline from Front Tower to Naphthalene Tower

3.1.3 设备防腐蚀模型和周期

制定30万t煤焦油加工装置设备防腐蚀检查、检修模型，确定设备防腐蚀模型周期。

（1）设备防腐蚀模型是以A类设备为主线，以2013年开工以来设备产生腐蚀问题为重点，以设备及管道检测、检查为基础。

（2）设备防腐蚀模型周期：每年检修2次，每次25～30天。检修时，设备、工艺系统常规检查项目56项，电气、仪表系统常规检查项目38项。

3.2 改进设备易腐蚀部位材质和结构

根据对设备腐蚀部位的分析，提高最容易腐蚀部位的材质等级，改进部分设备的结构形式，从而实现设备防治腐蚀的目标。

3.2.1 提高设备材质等级

针对关键设备的最容易腐蚀部位，使用高等级的材质替代原来的材质，此方法投资不是很大。在本套焦油加工装置中，初馏塔是关键设备，在2014年至2016年间发生过多次腐蚀泄漏，且均为局部腐蚀，处理难度大，危险性高。将初镏塔频繁泄漏的最上部塔体及各部短节由15CrMo材质更换为304材质，解决设备腐蚀泄漏问题。高温焦油的各换热器列管易产生腐蚀泄漏，用304材质列管替换原碳钢材质列管，效果较好，改进后未发生腐蚀泄漏现象。如果投资允许，将容易腐蚀的部位用哈氏合金材质代替，效果会更好[3]。

3.2.2 改进设备腐蚀部位结构型式

主要针对05段设备腐蚀的部位和严重程度，在易腐蚀的部位进行结构改进，提高其抗腐蚀的能力。节能器（H0537）在2014年12月发生泄漏，经检查是大面积冲刷腐蚀导致的，将盘管壁厚由3 mm改为6 mm，提高盘管的腐蚀余量和使用周期。萘塔是本套加工装置的高温设备，温度达330℃，而且是本套装置最先发生泄漏的设备。针对萘塔循环闪蒸入口易发生腐蚀问题，对萘塔闪蒸入口管结构形式进行改进，在萘塔入口短节增加套管，防止高温介质直接冲刷萘塔短节，在萘塔闪蒸入口内部增加防冲刷导流管，使高温介质不再直接冲刷萘塔本体。

3.3 加强焦油原料预处理

焦油中所含的腐蚀因子如氯化铵、硫氢化铵、硫酸铵等都是可溶性盐类，要减少焦油中固定铵盐的含量，最直接的办法就是降低焦油中水的含量。一般采用机械式超级离心机脱出大部分水分和焦油渣，并辅以加热静置脱水的方法，将焦油水分控制在1.5%以内，可以使腐蚀因子总量大大降低[4]。

鞍钢化学科技有限公司自2015年采取以上设备防腐蚀对策后，实现了焦油年处理量30万t的设计目标，设备腐蚀泄漏次数在检修周期内降为零，年检修时间由3个月延长至6个月，效果较好，为其他焦油类加工装置的设备维修、防腐蚀提供了借鉴。

4 结论

鞍钢化学科技有限公司基于设备腐蚀泄漏跟踪实践，探讨了大型焦油加工装置设备的防腐蚀对策：

（1）对设备及管道、阀门等进行分级管理，按照对生产影响的严重程度进行检查、检修，做到防腐蚀检查有的放矢。

（2）通过测量设备、管道厚度等手段，建立设备、管道等腐蚀劣化图，逐步掌握设备腐蚀劣化规律，做到定期检修和安全生产。

（3）制定设备及管道防腐蚀停机检查、检修模型，以此模型探讨设备及管道腐蚀的规律和周期，逐步判定设备及管道检修周期，在设备及管道腐蚀泄漏前有计划组织检修或更换。

（4）在现有条件不增加投资的情况下，对设备及管道易腐蚀关键部位进行材质升级和结构改进，提高其耐腐蚀性能。

（5）从源头抓起，降低原料焦中水分含量，用机械式超级离心机脱出水分，进入焦油加工装置的原料水分尽量控制在1.5%以内。