2焦化装置硫腐蚀及原因分析
2.1焦化装置硫腐蚀情况
延迟焦化过程要将油品两次加热,因此,在焦化装置中高温部位较多,主要腐蚀为典型的高温硫腐蚀,如分馏塔250℃以上的侧线、循环线、从分馏塔经进料泵、加热炉至焦炭塔的高温渣油线及焦炭塔底拿油线等。硫的分布主要集中于重质馏分和气体中,这两部分的硫腐蚀十分严重。
2000年焦化装置的汽油线腐蚀速率达1.6mm/a,加热炉到焦炭塔的转油线腐蚀速率达到1.33mm/a,原料进料线的腐蚀速率达到1.55mm/a。2002年焦化装置管线测厚情况表明:①温度越高,腐蚀速率越大;②管内介质流速越大,腐蚀越严重;③弯头、大小头、三通、设备进出口接管等易产生湍流、涡流部位,腐蚀速率高;④直管段腐蚀速率最小;⑤高温下碳钢腐蚀速率较大。
近几年来,焦化装置因腐蚀穿孔泄漏的事件频频发生,表2为2001~2002年焦化装置的腐蚀情况。
由表2可知,焦化装置泄漏事件的主要原因是高温硫腐蚀、低温硫腐蚀及露点腐蚀等。
表22001~2002年设备、管线腐蚀泄漏情况统计
装置 | 日期 | 部位 | 原因 |
焦化 | 2001.8.6 | 塔-2一层回流孔板引线 | 高温S及H2S腐蚀 |
焦化 | 2001.8.19 | 容-2浮筒液位计引出管 | 低温下湿H2S腐蚀 |
焦化 | 2001.8.25 | 脱硫容-15压力表引管 | 低温下湿H2S腐蚀 |
焦化 | 2001.10.31 | 塔-1放水线 | 低温下湿H2S腐蚀 |
焦化 | 2001.12.18 | 塔-1/1转油线热偶套 | 高温S及H2S |
焦化 | 2002.2.15 | 炉-1对流室注水管 | 露点腐蚀 |
焦化 | 2002.4.27 | 容-1放空线弯头 | 低温下湿H2S腐蚀 |
焦化 | 2002.6.20 | 炉-2对流室注水管 | 露点腐蚀 |
焦化 | 2002.2.15 | 炉-1对流室注水管 | 露点腐蚀 |
焦化 | 2002.4.27 | 容-1放空线弯头 | 低温下湿H2S腐蚀 |
焦化 | 2002.6.20 | 炉-2对流室注水管 | 露点腐蚀 |
2.2硫腐蚀原因分析
2.2.1高温硫腐蚀
高温硫化物的腐蚀是指温度在240℃以上硫、硫化氢和硫醇形成的腐蚀,如延迟焦化装置主分馏塔的下部腐蚀等。在高温条件下,活性硫与金属直接反应,表现为均匀腐蚀,其中以硫化氢的腐蚀性最强.
高温硫腐蚀的影响因素主要有温度、硫化氢浓度、介质流速、材质及介质流动状态等。
a)温度:由于焦化经过近500℃的高温段,原料中的非活性硫化物经过充分的分解生成硫化氢,硫化氢又分解生成单质硫和硫醇.其活性硫含量剧增,腐蚀性增大,温度越高,腐蚀速率越大。
b)硫化氢浓度:硫化氢是所有活性硫化物中腐蚀性最大的,硫化氢浓度越高,腐蚀越严重.
c)介质流速:流速越大,金属表面上的硫化亚铁腐蚀产物保护膜越易脱落,腐蚀也就加剧。
d)材质:碳钢腐蚀率较大。
e)介质流动状态:管线的弯头、大小头、设备的进出口接管、孔板等改变物流形态的部位.容易产生湍流、涡流及紊流,冲刷金属表面.腐蚀率增高。介质长期不流动的盲区,腐蚀速率较高。
2.2.2低温硫腐蚀
低温硫腐蚀在表面发生反应,反应的结果使原子氢渗透到钢的基体,通过扩散到钢的缺陷处,并析出氢分子,产生很高的应力,从而造成氢鼓泡、氢致开裂、氢脆.
3硫腐蚀的防范对策
3.1材质升级
研究表明:在Fe—Cr合金表面生成的硫化物膜为三层结构:Fe—S、FeCr2S4、铁铬硫化物。由于基体中的高Cr的作用,生成尖晶石硫化物FeCr2S4,形成较致密的膜,可抑制腐蚀的继续进行。因此,在高温部位,尤其在高温含固体颗粒介质的部位采用Cr5Mo钢和含铬13%以上的不锈钢是有效的防腐蚀措施。早期焦化装置未广泛使用含铬钢材,建议在焦化易腐蚀高温段的管线及设备进行材质升级。
茂名石化公司2001年焦化装置材质升级的部位主要有焦炭塔挥发线、高温部位管线、加热炉辐射管、冷换热器管束、循环油泵、拿油泵、蜡油泵、中段回流泵及拿油线等。
3.2加强腐蚀监测
通过在线腐蚀监测系统取得相关数据,为以后装置大修改造、材质升级提供基础数据。
由于高温硫腐蚀为均匀腐蚀,可以通过测厚等检测方法进行监测。近年来对焦化装置实施管道定期测厚制度,并根据检测情况及时调整检测频率,以便对全装置的工艺管道的腐蚀情况进行监控。表3列举了一些检测点的检测情况。
表3部分客理检测记录
测点部位 | 材质 | 原始壁厚/mm | 实测壁厚/mm |
1997年 1998年 1999年 2000年 |
辐射阀组至炉-1南 | Cr5Mo | 7 | 6.9 | 6.3 | 6.3 | 6.2 |