对加氢裂化装置防腐问题分析

2023-02-15

近些年来, 在石油技术领域, 我国的石油企业取得了长足的进步, 石油出口数量有了大幅度的增加, 但是出口质量却没有明显提高, 反而有所下降。在石油开采和储藏过程中, 我们必须进一步加强流程管理和技术手段创新。其中, 加氢裂化装置防腐就是目前研究的重点之一。加氢裂化原料质素、纯度的下降, 已经严重影响到了石油企业的经济效益和信誉度, 也很大程度上影响了石油的质量。首先, 原料纯度不足或者已经变质, 会腐蚀裂化装置, 氢气阀门一旦遭到腐蚀, 就可能造成氢气浪费;其次, 裂化装置受到腐蚀侵害之后比较容易形成污垢和残留结, 这也是导致原料油高压换热器运行故障的重要原因;此外, 原料纯度不足或者已经变质、参有杂质都会增加燃料的用量, 燃料上升又会为石油企业带来成本压力, 不利于其提高经济效益。此上种种后果都告诫我们无比进一步关注加氢裂化装置的防腐问题, 要针对目前的防腐现状制定采取有效的防腐对策, 这是能源节能的要求, 也是加氢装置长期安全运行的要求, 更是石油企业提高经济效益的要求。本文正是出于这样的考虑, 重点研究了加氢裂化装置的防腐现状和有效有针对性地防腐对策。

一、连多硫酸应力腐蚀的机理和目前加氢裂化装置防腐的现状

我国对加氢裂化装置防腐研究的重要性有了一定的共识, 但是防腐措施研究起步时间晚, 发展速度较为缓慢, 很大程度上难以满足当前的技术要求。加氢裂化装置腐蚀情形有很多种, 连多硫酸应力腐蚀开裂是一种比较常见的也是比较特殊的腐蚀情况。化工行业的大多数介质都含有一定含量的活性硫和H2S, 这些物质容易在高温环境下与金属铁发生化学反应生成Fe S。Fe S的稳定性较强, 它的生成被视作一层保护膜, 保护设备进一步遭到腐蚀。但是当降温、装置停车、设备打开之后, 当Fe S接触到大量的氧气、水分时, 就会再次发生化学反应, 生成大量的连多硫酸, 从而形成应力腐蚀环境。这个腐蚀机理表明, 酸度和温度都是形成开裂的介质环境的必不可少的因素。这种腐蚀容易出现在石油运输、储藏等各个环节。以下部分将重点阐述当前石油企业加氢裂化装置防腐过程中的问题。

1.加氢裂化装置内所接触的化学组成成分直接关系到腐蚀的速度和严重程度。在酸性或者碱性环境下, 即化学组成成分呈酸性或者碱性时, 装置容易发生腐蚀, 且腐蚀速率较快, 酸碱浓度又直接关系到腐蚀的速度。比如在连多硫酸溶液中, 酸浓度对敏化不锈钢沿晶应力腐蚀开裂就有显著影响, 酸浓度越高, 断裂时间就会越短。

2.要密切关注一些副反应物、中间产物对腐蚀速率、腐蚀程度的影响。加氢裂化装置中加入石油之后, 随着温度的变化, 化学成分也会发生一系列的变化, 从而产生的中间产物、副反应物 (比如H2S、一部分氰化物) 等, 这些副反应物也具有一定的腐蚀能力。尤其是氰化物的产生, 会极大加快腐蚀速率, 对加氢裂化装置带来巨大的影响。氰化物在很多加氢裂化装置中, 都是在装置原料含氮量比较高的情况下出现的, 也都是存在副反应物的物流中的, 因此, 应引起相关工作人员足够的重视。

3.装置内的含氧量也是影响装置腐蚀速度的关键因素。Kp值高的情况下腐蚀速率加快腐蚀程度加重。过去的化学反应形成的硫化铁在平常环境下和氧的参与下会出现不粘合的现象, 但是微量氧环境下的防腐机理还有待我们进一步的探索。虽然很多反应都是我们推测出来的, 但是在异构裂化和加氢处理装置中, 氧是可以促进将结垢和腐蚀的。除此之外, 氧还可以分解多硫化物防腐剂, 生成的产物一般都具有腐蚀性, 或者可以参与一些其他的腐蚀反应。

4.水是影响装置腐蚀速度的环境因素之一。反应产物冷却器的腐蚀实质是水腐蚀, 整个腐蚀过程离不开水的参与。在系统环境处于比较干燥的条件下时, 硫氢化氨晶体发生沉集现象, 冷却器就会在很短时间内结垢。向工艺物流中加入水, 考虑到硫氢化氨较好的溶水性, 从而有效防止硫氢化氨晶体沉集, 但是形成的硫氢化氨水溶液的腐蚀性比较强。

5.要关注高温状态下的氢腐蚀。虽然在常温状态下不需要考虑氢的腐蚀, 但是在一定的条件下, 比如高温高压, 氢还是会影响到装置的机械强度, 对装置造成一定的腐蚀, 因此在高温高压环境下的设备要尽可能低采用合金钢或者不锈钢。