延迟焦化装置的腐蚀与防护

刘维建

（辽河石油勘探局有限公司石油化工分公司，辽宁 盘锦 124022）

0 引言

延迟焦化属于二次加工技术，加工生产期间主要以重质油为原材料，以高温为反应环境，经过热裂化、缩合等一系列化学反应获得汽油、柴油等生成物。由于原料中含有硫元素等腐蚀性元素，在反应生产过程中容易对设备产生腐蚀影响，腐蚀问题严重时会危及设备稳定运行。本文所研究的延迟焦化装置所使用的反应原材料—重质油含硫量相当高，要比普通原油高出60%左右。再加上运行环境长时间处于高温状态，利于促成腐蚀反应发生。针对于此，必须加强对延迟焦化装置腐蚀问题的深入研究分析，通过科学分析腐蚀成因、具体位置等提出针对性的防护策略，才能确保延迟焦化装置的安全运行。

1 延迟焦化装置的腐蚀原因

1.1 高温S-H2S-RSH型腐蚀

这一腐蚀类型属于高温硫腐蚀，从根本上来看，主要可以理解为活性硫腐蚀反应。究其原因，主要是因为反应环境温度处于高温状态，即使反应物质属于非活性硫，也会在高温状态下转变成为活性硫，加剧设备装置腐蚀严重程度。生产过程中，温度条件处于240～480℃之间很容易发生上述腐蚀反应。像焦炭塔顶油气线、加热炉炉管等重要位置极易发生腐蚀反应，需要高度重视。

腐蚀发生流程如下：反应环境温度达到240℃时，腐蚀反应逐渐发生。从反应原理上来看，反应温度低于240～340℃之间，原油中的有机硫会在高温条件下转变为硫元素与硫化氢。这两种物质都会与铁元素发生化学反应；当温度介于350～400℃之间时，硫化氢会在更高温的条件下发生分解反应，生成元素硫。

分解得到的元素硫与硫化氢相比，有着更为活跃的性质，而且，当达到350～400℃的温度时，材料中的硫醇也会与铁元素发生反应，造成腐蚀[1]。

整个反应过程会受到温度变化而发生相应变化，当反应温度不超过430℃时，腐蚀反应会随着温度的升高而愈加强烈，直到430℃时达到腐蚀速率最高点。而超过430℃之后，硫化氢基本分解完成，此时腐蚀速率会随着温度的升高而逐渐下降。反应过程中得到的FeS会停留在装置表层，起到一定的保护作用，能够在一定程度上降低腐蚀速率。值得注意的是，如果FeS处于湍流处或者高流速位置，那么其表面所形成的保护膜将会失去原有效应，被冲洗掉，继续发生腐蚀反应。

1.2 高温S-H2S-RSH-RCOOH型腐蚀

这种腐蚀反应可以理解为高温硫腐蚀形态下所形成的一种具有特殊性的反应形式。与其他腐蚀反应不同，这类腐蚀问题通常出现在进料预热换热器的管道以及设备等重要位置，主要表现为非均匀减薄或者存在流线型沟槽问题。结合大量经验来看，当环境温度超过220℃且满足酸值超过0.5mgKOH/g的条件时，其内部就会出现环烷酸腐蚀反应。从反应物质上来看，环烷酸与铁会发生强烈的化学反应，经过一系列反应之后生成油溶性环烷酸亚铁。同时，环烷酸还会与金属表层的硫化亚铁物质发生强烈的化学反应，经过反应之后生成具有油溶性特征的环烷酸铁与硫化氢，在二者的加持下会严重加剧金属材料腐蚀程度。此外，反应温度超过400℃时，环烷酸会被完全汽化[2]。

1.3 低温H2S-HCI-NH3-H2O型腐蚀

与其他腐蚀反应相比，这类腐蚀反应属于低温环境下发生的腐蚀反应类型，一般多出现在120℃以下的反应环境中。像分馏塔顶的塔盘以及塔壁等位置都容易发生此类腐蚀反应，表现为非均匀性腐蚀或者点蚀特点。温度升高的情况下，此类腐蚀反应速率会明显减弱。从反应成因上来看，主要是因为材料中存在氮化物及硫化物等反应物质，再加上反应后的原油中仍旧存在氯离子或者氯化物。上述物质很容易与金属材料发生强烈的腐蚀反应，一旦接触，装置在形态上将会出现均匀减薄的情况。虽然材料中存在的NH3可以减缓腐蚀速率，但其所生成的NH4CI结晶会引发垢下腐蚀问题。

1.4 辐射段炉管的高温氧化、硫化腐蚀

加热炉燃料气中通常存在大量硫物质，因此辐射段炉管极易出现高温氧化、硫化腐蚀等化学反应现象。此外，硫物质过多也会加剧炉管腐蚀严重程度。

2 防护策略

通过上述分析，可以发现在延迟焦化装置中，包含的腐蚀类型有很多种，针对不同的工作环境、工作条件制定相应的防护策略，以减轻或控制腐蚀的发展，确保设备的安全运行。

2.1 工艺方面

关于延迟焦化装置防腐蚀工艺的探讨分析主要可以从分馏塔顶、顶回流系统以及焦化炉装置等重要位置做好防腐工作。首先，工作人员需要确认塔顶水露点温度是否符合规定要求，防止液态水问题；其次，高硫渣油生产期间应该关注防腐蚀问题，如借助自动化设备以相对均匀缓慢的速度将缓蚀剂及水向分馏塔顶管线注去；最后，为尽可能的避免硫腐蚀，应有效控制燃料气中硫的含量，一般来说硫含量应控制在100mg/cm3以下。实际上，减少燃料气中的硫含量不仅能够减轻装置的腐蚀，还能减少SO2的排放，起到很好的环境保护效果。

2.2 材料方面

在材料方面，主要是对当前的装置进行材料上的升级改造，对焦化设备来说，由于其长时间处于高温状态，建议优先选择不锈钢、合金钢等材料配置使用；对处在低温环境下的设备及装置优先选择抗氢致开裂碳钢等新型材料[3]。此外，工作介质为循环水的换热管束禁止使用渗铝层防腐策略，原因是反应生成的物质会存留于管内，影响换热器功能发挥。可以选择涂层与牺牲阳极结合法达到防腐目的。

2.3 其他方面

重视焦化设备日常腐蚀检测也是防范腐蚀风险问题的重要手段。负责人员可以按照停工检测为主、日常检测为辅的规章制度强化检测力度。检测期间，应该对各项检测数据结果进行精准记录，并构建相关档案，方便人员分析各管线装置的腐蚀严重程度。其中，对于高温管线关键位置可以采取半年检测一次的频率排查腐蚀故障。当然，防腐工作的顺利开展离不开高效的管理，负责人员还需要对设备装置风险评估与检测工作予以高度关注。可以结合设备腐蚀问题发生规律及特点，绘制腐蚀过程图，识别风险点位置并做好风险等级排序工作，强化防腐蚀效果。

3 结语

综上所述，延迟焦化装置腐蚀问题会造成较为严重的安全隐患，在很大程度上影响到设备的稳定运行。因此，要对延迟焦化装置的腐蚀问题予以高度重视，对其腐蚀原因、腐蚀位置进行详细的分析，并提出针对性的防护策略，以确保延迟焦化装置的安全稳定运行。而焦化装置的防腐蚀是一项系统性工程，要做到具体问题具体分析，以取得良好的防腐效果。为减轻设备腐蚀，避免各类重大安全事故的发生，负责人员必须重视延迟焦化装置防腐工作，结合相关经验并吸取教训，总结装置腐蚀发生规律及腐蚀特点，提前做好应对措施并加强日常维护保养，杜绝腐蚀问题频繁出现。此外，负责人员可以引进应用新型防腐设备，进一步增强装置设备的防腐能力。