催化裂化裝置腐蝕與典型設備防腐措施初探
2021-04-20 01:21:13
hualin
催(cui)化(hua)裝置主要是以減(jian)壓(ya)蠟油(you)和(he)(he)部分重餾分油(you)為原(yuan)料(liao)油(you)，在催(cui)化(hua)劑作(zuo)用下轉化(hua)為高辛烷值汽油(you)和(he)(he)化(hua)工原(yuan)料(liao)。本文簡(jian)要介紹了催(cui)化(hua)裂化(hua)裝置的腐蝕(shi)情(qing)況，并對典型設(she)備波紋管膨脹節和(he)(he)分餾塔(ta)塔(ta)頂循環換熱器的腐蝕(shi)情(qing)況、原(yuan)因和(he)(he)防(fang)腐措施進行了初步探(tan)討。
1、催化(hua)裝(zhuang)置主要腐蝕情況
在催化裝(zhuang)置中，由于工藝(yi)系(xi)統的(de)復雜和腐蝕介質的(de)不同，所以表現出的(de)腐蝕形式(shi)也較多(duo)。在不同的(de)系(xi)統，有不同的(de)腐蝕形式(shi)。
1.1 反(fan)應(ying)一再生系統
反應一再生系統的(de)主要腐蝕(shi)(shi)(shi)形(xing)式(shi)為(wei)： 高(gao)溫氣體(ti)腐蝕(shi)(shi)(shi)、催化劑引起的(de)磨蝕(shi)(shi)(shi)和(he)沖(chong)蝕(shi)(shi)(shi)、奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼的(de)高(gao)溫水應力(li)腐蝕(shi)(shi)(shi)開裂和(he)熱應力(li)腐蝕(shi)(shi)(shi)疲勞等。腐蝕(shi)(shi)(shi)形(xing)態通常為(wei)均勻減薄(bo)、坑蝕(shi)(shi)(shi)或局部穿(chuan)孔、裂紋等。
高溫氧化(hua)腐蝕較嚴(yan)重的部位(wei)有(you)(you)： 再(zai)(zai)生器(qi)(qi)(qi)(qi)溢流管、檢修平(ping)臺(tai)及旋(xuan)(xuan)風(feng)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)拉(la)(la)筋： 反應(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)粗旋(xuan)(xuan)風(feng)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)外部、旋(xuan)(xuan)風(feng)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)料腿拉(la)(la)桿等。高流速催化(hua)劑磨蝕和沖(chong)蝕較嚴(yan)重的部位(wei)有(you)(you)： 再(zai)(zai)生器(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布管（ 板） 、旋(xuan)(xuan)風(feng)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)灰斗及翼閥、大煙道雙動滑閥及煙道擋板； 反應(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布管、旋(xuan)(xuan)風(feng)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)器(qi)(qi)(qi)(qi)灰斗及翼閥等。
1. 2、分(fen)餾系(xi)統
分餾(liu)系統的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)形(xing)式主要(yao)是高(gao)(gao)溫(wen)硫腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)高(gao)(gao)溫(wen)環(huan)烷(wan)酸腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。高(gao)(gao)溫(wen)硫腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)部(bu)(bu)(bu)位(wei)(wei)主要(yao)存在于分餾(liu)塔底及相應的(de)底部(bu)(bu)(bu)管線(xian)、泵、換(huan)熱器等設備，腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)形(xing)態為(wei)均勻減薄及局部(bu)(bu)(bu)穿孔(kong)。高(gao)(gao)溫(wen)環(huan)烷(wan)酸腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)部(bu)(bu)(bu)位(wei)(wei)基本同(tong)(tong)于高(gao)(gao)溫(wen)硫腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)，主要(yao)集中于分餾(liu)塔的(de)下部(bu)(bu)(bu)，同(tong)(tong)時也存在于重(zhong)油管線(xian)，分餾(liu)塔內件以及相應的(de)管線(xian)換(huan)熱器等部(bu)(bu)(bu)位(wei)(wei)。腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)部(bu)(bu)(bu)位(wei)(wei)一般光滑無垢，腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)形(xing)態為(wei)帶有銳角邊的(de)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)坑和(he)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)槽，其特點是受溫(wen)度(du)及流體(ti)速度(du)的(de)影響較(jiao)大。
1.3、 吸收穩定系統
吸(xi)收(shou)穩定系統的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)主要是H2S -HCN－H2O型的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)。腐(fu)蝕(shi)(shi)形式表(biao)現為全面腐(fu)蝕(shi)(shi)、鼓(gu)(gu)泡(pao)及(ji)硫化物(wu)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)開裂(lie)。全面腐(fu)蝕(shi)(shi)存(cun)在于(yu)吸(xi)收(shou)解(jie)吸(xi)塔(ta)(ta)頂(ding)部及(ji)底部、穩定塔(ta)(ta)頂(ding)部及(ji)中都、再吸(xi)收(shou)塔(ta)(ta)頂(ding)部及(ji)中部。上述部位(wei)呈均(jun)勻點(dian)蝕(shi)(shi)和(he)坑蝕(shi)(shi)直至(zhi)穿(chuan)孔。鼓(gu)(gu)泡(pao)存(cun)在于(yu)解(jie)吸(xi)塔(ta)(ta)頂(ding)和(he)解(jie)吸(xi)氣空(kong)冷(leng)器至(zhi)后冷(leng)器殼體、凝縮油沉降罐(guan)罐(guan)壁(bi)(bi)和(he)吸(xi)收(shou)解(jie)吸(xi)段塔(ta)(ta)塔(ta)(ta)壁(bi)(bi)、再吸(xi)收(shou)塔(ta)(ta)塔(ta)(ta)壁(bi)(bi)、穩定塔(ta)(ta)塔(ta)(ta)壁(bi)(bi)及(ji)其塔(ta)(ta)頂(ding)油水分(fen)離(li)器器壁(bi)(bi)等部位(wei)。硫化物(wu)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)開裂(lie)存(cun)在于(yu)奧氏體不銹鋼焊縫及(ji)其熱影響區(qu)，如該系統的(de)工藝管(guan)線、換熱器管(guan)束等等。
1.4、 能量回收系統
該系統的(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)形式主要有高溫煙(yan)氣的(de)沖蝕(shi)(shi)(shi)和磨蝕(shi)(shi)(shi)、亞硫酸或硫酸的(de)“露點”腐蝕(shi)(shi)(shi)以及 Cl－引(yin)起的(de)奧氏體(ti)不銹剛的(de)應力腐蝕(shi)(shi)(shi)開裂(lie)。主要腐蝕(shi)(shi)(shi)部位通常存在于三級旋風分離器的(de)分離單(dan)管(guan)及后部的(de)雙(shuang)動滑閥、煙(yan)氣輪機葉片、波紋管(guan)膨脹節(jie)和再生器取熱管(guan)等。
2典型設備防腐措施
2.1、波紋管(guan)膨脹(zhang)節防腐措(cuo)施
腐蝕(shi)(shi)概況：波(bo)(bo)紋(wen)管膨脹(zhang)節是一種良好的(de)變形補償沒備(bei)。由于催化(hua)(hua)反應一再(zai)生系統的(de)操作條(tiao)件苛(ke)刻，腐蝕(shi)(shi)性極(ji)強(qiang)，煙氣中(zhong)的(de)催化(hua)(hua)劑對設備(bei)沖刷嚴重。因(yin)此，波(bo)(bo)紋(wen)管膨脹(zhang)節在使用過程(cheng)中(zhong)長則數月短則數天就會失效。通常在催化(hua)(hua)裝置常用的(de)是18 － 8型奧氏(shi)體不銹剛波(bo)(bo)紋(wen)管膨脹(zhang)節，其(qi)屬蝕(shi)(shi)失效形態主(zhu)要表現為波(bo)(bo)紋(wen)管的(de)穿孔和開裂(lie)。波(bo)(bo)紋(wen)管膨脹(zhang)節接觸的(de)是再(zai)生煙氣。其(qi)溫(wen)室高達 700 ℃，主(zhu)要成(cheng)分 CO2、CO、O2、N2、H2S、NOx、氯離子(zi)、催化(hua)(hua)粉(fen)塵和水蒸(zheng)氣，在一定條(tiao)件下它們會造成(cheng)膨脹(zhang)節的(de)腐蝕(shi)(shi)。由于波(bo)(bo)紋(wen)管的(de)管壁很薄(bo)，極(ji)易造成(cheng)穿孔和開裂(lie)。
（1） 波(bo)紋(wen)(wen)管膨脹節(jie)的穿(chuan)(chuan)孔部(bu)位一般出現在波(bo)紋(wen)(wen)管下部(bu)的波(bo)峰部(bu)位。有(you)三種原因會導致(zhi)波(bo)紋(wen)(wen)管的穿(chuan)(chuan)孔。
① 氯化物引起的(de)(de)穿(chuan)孔。煙氣中的(de)(de)氯化物溶解在膨脹節(jie)內表(biao)面波峰處的(de)(de)冷凝液體(ti)中。形式含氯腐蝕介質。當其濃度(du)超(chao)過產(chan)生點(dian)蝕的(de)(de)臨界濃度(du)時。就會使波峰處產(chan)生蝕坑(keng)。內表(biao)面有缺(que)陷處或表(biao)面膜不完整處將成為點(dian)蝕的(de)(de)引發(fa)源，隨著點(dian)蝕的(de)(de)不斷(duan)發(fa)展(zhan)最終導(dao)致穿(chuan)孔。
② 垢下(xia)腐(fu)蝕(shi)引起的穿孔。煙氣中(zhong)的催化粉塵等雜質(zhi)沉淀在波紋管的下(xia)部(bu)波峰處，使(shi)其覆蓋下(xia)的金屬表面在電解質(zhi)溶液中(zhong)與同周(zhou)圍金屬形成(cheng)(cheng)宏觀(guan)腐(fu)蝕(shi)電池，其金屬成(cheng)(cheng)為腐(fu)蝕(shi)電池的陽極而被腐(fu)蝕(shi)直至(zhi)穿孔。穿孔部(bu)位大多覆蓋著催化劑(ji)粉塵和硫(liu)磺等物(wu)質(zhi)。
③“露點”腐(fu)蝕引起(qi)的穿孔。由于(yu)波紋管膨脹節(jie)(jie)處沒有保(bao)溫(wen)，且內部(bu)有導流(liu)筒，有的還通冷卻蒸汽，使(shi)得(de)膨脹節(jie)(jie)的表(biao)面溫(wen)度較低，從(cong)而產生“露點”腐(fu)蝕，即煙氣(qi)中(zhong)的二氧化(hua)硫(liu)、三氧化(hua)硫(liu)及水蒸氣(qi)在(zai)膨脹節(jie)(jie)內表(biao)面冷凝(ning)，形成(cheng)混酸腐(fu)蝕膨脹節(jie)(jie)。
（2） 波(bo)紋(wen)管膨(peng)脹節(jie)(jie)的開裂(lie)一般出現在邊(bian)波(bo)與直邊(bian)過渡(du)段(duan)及焊接熱(re)影響區(qu)，裂(lie)紋(wen)呈環向。有兩種(zhong)原(yuan)因可導致波(bo)紋(wen)管膨(peng)脹節(jie)(jie)的開裂(lie)。
① 氯化(hua)物引起的應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)開(kai)(kai)裂(lie)。由于波紋(wen)管膨脹(zhang)節(jie)在制造、安裝過程中(zhong)不可避免(mian)地存在殘余拉應(ying)力(li)，且波紋(wen)管的表面(mian)溫度(du)(du)怡好處在 Cr-Ni 奧氏體(ti)不銹鋼產生 應(ying) 力(li) 腐(fu) 蝕(shi)(shi) 開(kai)(kai) 裂(lie) 的 敏 感(gan) 溫 度(du)(du) 范 圍 內 （ 150 ～200 ℃ ） ，介質中(zhong)很少(shao)量的 Cl－就可導(dao)致波紋(wen)管膨脹(zhang)節(jie)的應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)開(kai)(kai)裂(lie)。
② 連多硫酸（ H2SxO6） 可引(yin)起(qi)的(de)應力腐蝕開(kai)裂。H2SxO6
是由設備運(yun)行中表面生成的FeS 與 O2和 H2O一(yi)起作用形(xing)成的，一(yi)般(ban)在設備停工(gong)期(qi)(qi)間(jian)會產(chan)生 H2SxO6，故 H2SxO6引(yin)起的應力腐蝕開裂一(yi)般(ban)發生在停工(gong)期(qi)(qi)間(jian)。
防腐措施
（1） 為防止波紋(wen)膨脹節腐蝕(shi)開裂，可在工(gong)藝上采取以(yi)下(xia)措施： 盡量減少(shao)開停工(gong)次(ci)數(shu)，這(zhe)樣(yang)既(ji)可減少(shao)停機期間波紋(wen)管(guan)處產生H2
SxO6的(de)(de)(de)(de)可能，又可避免(mian)因(yin)熱疲勞造成(cheng)的(de)(de)(de)(de)損傷； 停機期間對(dui)波(bo)紋(wen)(wen)管(guan)進行通 N2保(bao)護，防止 H2SxO6的(de)(de)(de)(de)生成(cheng)，或用(yong)堿液進行局部涂刷清(qing)洗，將(jiang)波(bo)紋(wen)(wen)管(guan)表面生成(cheng)的(de)(de)(de)(de)H2SxO6中(zhong)和掉（ 使(shi) p H值(zhi)大(da)于5） ;波(bo)紋(wen)(wen)管(guan)在役過程中(zhong)停注(zhu)冷卻蒸(zheng)汽。從波(bo)紋(wen)(wen)管(guan)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕類(lei)型來說，各種(zhong)腐(fu)蝕均屬(shu)電化學(xue)腐(fu)性，停注(zhu)冷卻蒸(zheng)汽，可避免(mian)在役中(zhong)的(de)(de)(de)(de)波(bo)紋(wen)(wen)管(guan)澎服節表面電解質的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)。對(dui)防止波(bo)紋(wen)(wen)管(guan)的(de)(de)(de)(de)穿(chuan)孔(kong)和開裂均有好處。
（ 2） 18 － 8 型奧氏體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼表(biao)面改性。將18 － 8型奧氏體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼進行(xing)特殊(shu)的(de)陽極(ji)氧化處理，使(shi)其表(biao)面生成(cheng)一層富Cr 保(bao)護膜(mo)，可(ke)使(shi)其點蝕電(dian)位大(da)大(da)提高，同(tong)時對于H2SxO6造成(cheng)的(de)應力(li)腐(fu)蝕開(kai)裂的(de)敏感性也大(da)大(da)降低。對其表(biao)面進行(xing)滲鋁保(bao)護，也是可(ke)取的(de)辦法。
（ 3） 選擇合適的(de)(de)耐蝕材料。對(dui)于因(yin) Cl－造成(cheng)的(de)(de)點(dian)蝕或應(ying)力腐(fu)蝕開(kai)裂，可(ke)(ke)用抗(kang)點(dian)蝕或應(ying)力腐(fu)蝕的(de)(de)鋼種，如0Cr18Ni12Mo2Ti，00Cr18Ni12Mo2，OCr18Ni12Mo3Ti或00Cr18Ni12Mo3，對(dui)于因(yin)H2SxO6引起的(de)(de)應(ying)力腐(fu)蝕開(kai)裂，可(ke)(ke)選用316L 或 321 作為抗(kang)連多硫酸的(de)(de)材料。
（ 4） 消(xiao)(xiao)除(chu)(chu)殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)。殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)有加工(gong)殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)和焊接殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)。消(xiao)(xiao)除(chu)(chu)殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)對(dui)防止點蝕(shi)和應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)開裂(lie)均有好處(chu)。對(dui)于奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)應(ying)(ying)進行(xing)固溶處(chu)理(li)(li)，若(ruo)是含(han)(han)(han)穩定(ding)化元素(su)的奧體不銹(xiu)鋼(gang)則要(yao)進行(xing)固溶處(chu)理(li)(li)及(ji)穩定(ding)化處(chu)理(li)(li)，這(zhe)樣不僅可(ke)(ke)以(yi)消(xiao)(xiao)除(chu)(chu)加工(gong)殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)，還可(ke)(ke)消(xiao)(xiao)除(chu)(chu)因(yin)加工(gong)產(chan)生的形變馬氏(shi)體。通常采(cai)用(yong)噴丸處(chu)理(li)(li)可(ke)(ke)消(xiao)(xiao)除(chu)(chu)一部分殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)，而對(dui)于因(yin)焊接產(chan)生的應(ying)(ying)腐蝕(shi)開裂(lie)，可(ke)(ke)采(cai)用(yong)超低碳和含(han)(han)(han)Nb焊條（ Nb的含(han)(han)(han)量(liang)至少為 C含(han)(han)(han)量(liang)的 10 倍） ，并采(cai)用(yong)吸熱(re)焊，將焊接產(chan)生的殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)變為壓(ya)應(ying)(ying)力(li)來消(xiao)(xiao)除(chu)(chu)。
2.2、催化分(fen)餾塔(ta)頂循環換熱器的防腐措施(shi)
腐(fu)蝕(shi)概況：催(cui)化分餾(liu)(liu)塔頂循環(huan)(huan)回流換熱器(qi)采(cai)(cai)用塔頂循環(huan)(huan)抽出(chu)層(ceng)抽出(chu)的(de)135 ℃左 右 的(de) 頂 循 環(huan)(huan) 油 與 低 溫 鹽(yan)(yan) 水（ 45 ℃和90 ℃） 換熱，頂循環(huan)(huan)油走殼程(cheng)，除鹽(yan)(yan)水走管程(cheng)。腐(fu)蝕(shi)主(zhu)要發生(sheng)在殼程(cheng)，腐(fu)蝕(shi)形態為腐(fu)蝕(shi)穿孔。隨著原油性質的(de)變化，催(cui)化分餾(liu)(liu)塔結鹽(yan)(yan)頻率(lv)愈來愈高，因此(ci)在生(sheng)產中(zhong)不(bu)(bu)得(de)不(bu)(bu)多次洗塔。雖然也(ye)采(cai)(cai)取(qu)了對重油脫(tuo)鹽(yan)(yan)的(de)措施，使分餾(liu)(liu)塔結鹽(yan)(yan)有所緩(huan)解，但是由于(yu)(yu)原油中(zhong)有機氯(lv)的(de)增加，使電(dian)脫(tuo)鹽(yan)(yan)除氯(lv)不(bu)(bu)徹底。鹽(yan)(yan)的(de)主(zhu)要成分為 NH4Cl，因此(ci)大量的(de) Cl－便成為腐(fu)蝕(shi)的(de)根源。對于(yu)(yu)碳(tan)鋼(gang)管束(shu)，腐(fu)蝕(shi)發生(sheng)在垢下(xia)(xia)，產生(sheng)嚴重的(de)垢下(xia)(xia)腐(fu)蝕(shi)； 對于(yu)(yu)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)管束(shu)，腐(fu)蝕(shi)發生(sheng)在鈍化膜破的(de)活(huo)性點處，產生(sheng)點腐(fu)蝕(shi)，由于(yu)(yu)面積較(jiao)小，因此(ci)穿孔的(de)幾率(lv)較(jiao)高。
防腐(fu)措施：（1） 不在原油(you)中(zhong)(zhong)投加(jia)(jia)含(han)(han)氯化(hua)學(xue)藥(yao)劑(ji)。油(you)田為降凝增(zeng)產而(er)投加(jia)(jia)的(de)各種藥(yao)劑(ji)中(zhong)(zhong)含(han)(han)有(you)四氯化(hua)碳、二氯甲烷(wan)等含(han)(han)氯化(hua)合物，使原油(you)中(zhong)(zhong)含(han)(han)氯量急劇升高，進而(er)加(jia)(jia)速催化(hua)分餾塔結鹽和頂(ding)循(xun)(xun)環熱器腐(fu)蝕。因此，研制和使用(yong)不含(han)(han)氯和硫(liu)的(de)化(hua)學(xue)藥(yao)劑(ji)，是減緩(huan)包括頂(ding)循(xun)(xun)環換(huan)熱器等下(xia)游設備腐(fu)蝕的(de)有(you)效手段。
（2） 采用(yong)涂層(ceng)和(he)陰(yin)極保(bao)護(hu)聯合防腐措施。采用(yong)化學(xue)穩定性高(gao)且有較高(gao)防腐蝕、耐(nai)溫、耐(nai)油性能(neng)的非(fei)晶態(tai) Ni-P 化學(xue)鍍層(ceng)，可提高(gao)設備的耐(nai) Cl－性能(neng)。但是無論采用(yong)涂料還是化學(xue)鍍層(ceng)防護(hu)都不可避免產生針孔，從而形成小陽(yang)極大陰(yin)極，反而可能(neng)使(shi)孔蝕強度增加，因(yin)此(ci)有必要(yao)采用(yong)涂鍍層(ceng)和(he)陰(yin)極保(bao)護(hu)聯合防腐措施。
（3） 采用水洗(xi)(xi)加注緩蝕(shi)劑。采用水洗(xi)(xi)加注緩蝕(shi)劑既可防止催化分(fen)餾塔結鹽，又可控(kong)制頂循環換(huan)熱器的(de)腐(fu)蝕(shi)。生產(chan)實踐(jian)證(zheng)明(ming)，這也是(shi)一個非(fei)常(chang)經濟和有效的(de)防腐(fu)措施。