焦化裝置設(shè)備腐蝕情況綜述

1、焦化裝置設(shè)備腐蝕情況綜述張印國（中國石化股份有限公司滄州分公司 煉油三部）摘要：通過對焦化裝置典型設(shè)備腐蝕的論述，列舉出焦碳塔油氣線、輻射線、軟化水線、加熱爐、冷換設(shè)備及閥門等，分別分析出主要腐蝕原因，并且提出了處理與防范措施。關(guān)鍵詞：焦炭塔、加熱爐、分餾塔、沖蝕、閥門、測厚1 前言1.1中國石化股份有限公司滄州分公司50萬噸/年延遲焦化裝置于1999年3月底正式建成投產(chǎn)，采用典型“一爐兩塔加工工藝”。主要設(shè)備包括加熱爐1臺、塔5座、儲罐75臺、氣壓機組1套、冷換設(shè)備50臺、高溫管線2100多米。1.2主要設(shè)備防腐情況，加熱爐的輻射管及對流管均采用cr5mo材質(zhì)，焦碳塔筒體采用20r，分餾塔筒

2、體采用20r+0cr13al的復(fù)合鋼板、塔內(nèi)構(gòu)件及塔盤采用不銹鋼材質(zhì)，冷換設(shè)備根據(jù)不同操作條件分別采用了不同的管束防腐措施，分餾底循環(huán)、輻射等高溫管線1000多米采用cr5mo材質(zhì)，后來陸續(xù)對其它高溫管線進行材質(zhì)升級900多米。2焦碳塔高溫油氣線2.1焦碳塔頂部的高溫油氣線上部的支管多次發(fā)生泄漏，截止到2007年大修以前，泄漏達到20多次，主要統(tǒng)計如下表： 時間泄露部位支管規(guī)格及材質(zhì)腐蝕情況解決方法2001.08.1212米油氣線補油線168×6.5 cr5mo測厚減薄到3毫米更換2002.05.1539米油氣線引壓管48×4.5 20#局部穿孔泄露更換2002.05.18

3、39米油氣線急冷油管32×4.0 20#測厚減薄到1毫米更換2002.05.2439米油氣線熱電偶接管32×4.0 20#局部穿孔泄露更換2002.06.1712米油氣線引壓管48×4.5 20#局部穿孔泄露更換2002.09.1612米油氣線呼吸閥接管114×5.5 20#測厚減薄到2毫米更換2002.09.2012米油氣線安全閥接管168×6.5 20#測厚減薄到3毫米更換2004.06.2239米油氣線的開工線接管168×6.5 cr5mo測厚減薄到3毫米更換2004.09.1312米油氣線到放空塔接管273×7.5

4、20#局部穿孔泄露先包盒子檢修更換2004.09.1632米油氣線清焦手孔168×6.5 20#減薄到2毫米包盒子2005.05.1612米南塔溢流線大小頭273×8/219×7 20#局部穿孔泄露先包盒子2006.07.12南焦碳塔頂安全閥接管273×9 20#局部穿孔泄露包盒子2006.08.1北塔油氣線清焦手孔168×6.5 20#測厚減薄到3.2毫米包盒子2006.10.20北塔12米安全閥前接管168×6.5 20#減薄到3.8毫米包盒子2006.11.7南塔頂急冷油入塔接管89×5.5 20#局部穿孔泄露包盒子2

5、.2特點分析：泄露部位集中在高溫油氣的分支管道上，并且存在氣相與液相介質(zhì)交變經(jīng)過；管道減薄都發(fā)生在工藝生產(chǎn)存在死區(qū)的部位；死區(qū)管道一般兩邊減薄，中間最嚴(yán)重；高溫油氣主管道為377*10，材質(zhì)為20#，多次測厚沒有發(fā)現(xiàn)明顯減?。?006年8月份測厚主管局部由10毫米減薄到8毫米），而其上面接管，直徑從32到273都出現(xiàn)了嚴(yán)重減薄現(xiàn)象。典型分支管道容易腐蝕部位情況如圖（1）：2.3原因分析：高溫減壓渣油在焦碳塔內(nèi)經(jīng)過裂解與縮合反應(yīng)，產(chǎn)生焦碳與高溫油氣，高溫油氣在連續(xù)不斷進入分餾塔過程中，勢必對經(jīng)過的管道產(chǎn)生腐蝕作用，而死區(qū)的管道內(nèi)存有水，即使經(jīng)過蒸汽試壓、蒸汽預(yù)熱，也不能排凈其中的水，在油氣預(yù)熱、

6、油氣循環(huán)、換塔等過程中，管道溫度逐漸從常溫升到420的工作溫度，死區(qū)內(nèi)管道存水也是逐漸蒸發(fā)，并且與高溫油其中的硫、硫化物反應(yīng)產(chǎn)生酸性氣，對附近管道產(chǎn)生極強的腐蝕作用；管道雖然材料相同，由于材料中雜質(zhì)的存在，在有電解質(zhì)溶液水存在的情況下，管道本身還會發(fā)生電偶腐蝕；死區(qū)管道內(nèi)水完全蒸發(fā)后，只有高溫油氣經(jīng)過時，在死區(qū)管道又會產(chǎn)生渦流，反復(fù)沖刷管道內(nèi)壁。綜合分析，管道腐蝕主要原因三點：酸性氣腐蝕、電偶腐蝕、渦流沖刷。2.3.1酸性氣腐蝕：由于介質(zhì)含硫較高，酸性氣腐蝕主要是高溫硫腐蝕。當(dāng)介質(zhì)溫度高于240時，隨著溫度的提高則高溫硫腐蝕加劇，到430達到最高值。到480時分解接近完全，腐蝕開始下降。500

7、以后出現(xiàn)高溫氧化腐蝕，已經(jīng)無高溫硫腐蝕。腐蝕反應(yīng)式h2s+fefes+h2 h2sh2+sfe+sfesrch2ch2sh（二硫酸）+fefes+ rchch2+ h2 而腐蝕速率取決于硫化氫的濃度，由于各部位硫化氫濃度不等，所以管道并不是均勻腐蝕。若環(huán)境中同時存在硫與環(huán)烷酸的情況下，由于生成物硫化氫與硫化鐵都能參加二次反應(yīng)，因此會加劇腐蝕反應(yīng)過程。2.3.2沖刷腐蝕：由于腐蝕性流體與金屬表面的相對運動，引起金屬加速腐蝕與破壞。若物體流動速度大或者含有固體顆粒，則沖刷腐蝕速度會大大加快。高溫油氣介質(zhì)中就含有焦粉顆粒，對管道存在著一定的沖蝕。直管道內(nèi)壁均勻結(jié)焦，沖蝕并不嚴(yán)重，這也是結(jié)焦層保護的結(jié)

8、果，當(dāng)然若焦層變厚會影響到工藝操作。而主線的支管屬于流動的盲區(qū)，由于管徑突然變小，管道內(nèi)容易形成的渦流，受沖擊的表面剪切力增加，使沖刷腐蝕加劇。而且不斷的沖刷使管道內(nèi)壁形成的焦層逐步脫落，從而失去焦層保護的作用，又促進了酸性氣腐蝕。2.3.3電偶腐蝕：指兩種或兩種以上具有不同電位的金屬接觸時造成的腐蝕。而同種金屬由于內(nèi)部的化學(xué)與物理不均勻性，例如成份偏析、金相組織差異、以及焊接、冷變形加工等都會導(dǎo)致材料產(chǎn)生電位差，尤其是支管焊縫與支管基體之間也因此會形成電偶腐蝕在陽極區(qū)金屬經(jīng)離子狀態(tài)溶出，陰極區(qū)獲得殘余電子并發(fā)生析氫反應(yīng)。在酸性水溶液中：fefe2+2e- （陽極反應(yīng)）2h+2e-h2 （陰極

9、反應(yīng)）2.3.4綜上所述，油氣線上支管的腐蝕原因不是單一的，而是隨著生產(chǎn)周期的不同，主要腐蝕形態(tài)也會隨著變化，在生焦過程中主要是硫腐蝕與沖刷腐蝕；在冷焦放水、蒸汽試壓、蒸汽預(yù)熱、油氣預(yù)熱與循環(huán)過程中，腐蝕形態(tài)以電偶腐蝕為主。2.4采取的措施：對于dn50以下的接管如急冷油、熱電偶、壓力表等引壓管予以提高材質(zhì)等級，由20#更換為1cr18ni9ti；對于安全閥與呼吸閥的接管，在沒有材質(zhì)升級的情況下予以更換為厚壁管；對于發(fā)現(xiàn)幾處減薄部位，處于安全施工考慮，一般予以包盒子，到檢修期間予以更換。直到2007年大修，焦碳塔頂油氣線部分管道進行了材質(zhì)升級，由20#鋼全部升級為cr5mo材質(zhì)，同時去除了油氣

10、線上不必要的手孔。3軟化水線3.1 到2006年5月份，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)進裝置軟化水線腐蝕嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為腐蝕穿孔，僅做卡具就多達6處。進入11月份后，注水線又發(fā)生幾次泄漏：11月3日焦化爐南注水上游閥（dn40）本體焊縫泄漏，進行包盒子處理，分析主要原因在于閥門本身存在質(zhì)量缺陷，同時存在介質(zhì)腐蝕；11月21日，柴油與注水換熱器的注水出口接管焊縫部位腐蝕泄漏，以前曾經(jīng)兩次補焊完好，都是幾天不到又出現(xiàn)泄漏點，最后對焊縫部位予以整體包盒子；12月7日注水線（60*5 20#）在加熱爐西部出現(xiàn)砂眼，予以包盒子；12月7日加熱爐南注水控制閥處法蘭焊縫處砂眼，予以帶壓堵漏；12月18日注水線在分餾框架區(qū)部位出現(xiàn)

11、泄漏，測厚證明仍然是砂眼，予以打卡子堵漏；2007年1月8日發(fā)現(xiàn)加熱爐西側(cè)注水線出現(xiàn)三個砂眼，分布在儀表控制閥前過濾器的焊縫和管道焊縫上，當(dāng)時用錘子敲擊予以暫時封閉，不到一周時間該部位又出現(xiàn)泄漏，最后用卡蘭予以堵漏。3.2原因分析：發(fā)現(xiàn)泄漏點多為砂眼，也有焊縫缺陷，部位多發(fā)生在焊縫周圍。腐蝕管道內(nèi)部多為麻點狀坑蝕，分析認(rèn)為溶解氧腐蝕。溶解腐蝕是一種發(fā)生在鐵和氫或氧之間的自發(fā)的電化學(xué)過程。其反應(yīng)式有： 陽極：fe fe2+ 十 2e 陰極：2h+ 十 2e h2 1/2o2十2h+ + 2e h2o 1/2o2十h2o十2e 2oh-割除軟化水線腐蝕如下圖（2）：3.4采取措施：利用2007年大

12、修機會，對裝置原軟化水線進行更換；對2006年小修新上的注水管線，分析認(rèn)為管道施工存在質(zhì)量缺陷，將126道焊縫表面全部磨開，然后進行補焊處理。4輻射線4.1輻射線因為操作溫度達到380，因此管道設(shè)計材質(zhì)即為cr5mo，但裝置于2002年9月11日泄漏著火直接原因就是輻射線材質(zhì)用錯，用15crmo代替cr5mo材質(zhì)導(dǎo)致；2004年大修期間，在材質(zhì)普查確認(rèn)過程中發(fā)現(xiàn)輻射出口泄壓處的三通材質(zhì)為15crmo并且測厚不足4mm（原設(shè)計11mm），實行部分更換。4.2輻射線不僅操作溫度高，操作壓力也達到3.0mpa以上，因此它是防腐工作的重點，包括輻射泵的預(yù)熱線、管線上壓力表與溫度計接管、掃線與熱偶接管等

13、都不能疏漏。4.3在確保材質(zhì)不能用錯的前提下，增加測厚的頻次，發(fā)現(xiàn)異常情況要及時處理。5加熱爐5.1焦化爐的輻射爐管共計88根，下面的76根已經(jīng)由cr5mo升級到cr9mo，其中南北兩側(cè)最下面的10根爐管表面為防止高溫氧化，還進行滲鋁處理。幾次檢修檢查發(fā)現(xiàn)，滲鋁措施較好地解決了爐管表面氧化爆皮的問題。5.2因?qū)α魇翼敳看嬖跓煔饴饵c腐蝕，測厚發(fā)現(xiàn)注水管有減薄現(xiàn)象。利用2005年3月小修的機會，更換了加熱爐對流室內(nèi)的68根注水管。5.3預(yù)熱器管束多次腐蝕減薄甚至穿孔，而且翅片空隙中堆滿垢物。利用2007年大修機會，更換了全部熱管。目前排煙溫度在140左右，熱效率達到91%以上，但如何保持長周期的運

14、行仍然是一個課題。具體考慮的方案有：增加熱管翅片間距來減少取熱面積從而適當(dāng)提高排煙溫度或者選用表面鍍陶瓷熱管來避免金屬的露點腐蝕。腐蝕的預(yù)熱器熱管如下圖（3）：6冷換設(shè)備6.1焦化裝置冷換設(shè)備運行比較穩(wěn)定，絕大多數(shù)設(shè)備管束使用壽命在5-6年之間，個別情況問題也依然存在。6.2甩油與接觸冷卻塔底循環(huán)冷卻槽管束，原來更換周期一般為0.51年，失效形式表現(xiàn)為外壁腐蝕穿孔泄漏，因為管束浸在水中，而且屬于蛇行管結(jié)構(gòu)，維修起來非常困難。其中甩油冷卻器因為屬于間斷運行，溫度周期性變化，腐蝕更為嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)半年就腐蝕穿孔現(xiàn)象。后來采取定期置換冷卻水，減少水中氯離子，管束采用滲鋁等措施，起到較好效果。自200

15、4年3月更換至今運行已達三年多時間，未出現(xiàn)異常現(xiàn)象。6.3瓦斯與頂回流換熱器管束，原來更換周期一般為12年。多表現(xiàn)在管束與管板焊接的內(nèi)側(cè)產(chǎn)生縫隙腐蝕，泄露部位不是管子本身，而是管束與管板間的焊縫。分析認(rèn)為介質(zhì)瓦斯中含硫，能產(chǎn)生硫酸等腐蝕性產(chǎn)物，后來管束采取08cr2almo材質(zhì)，管子與管板采取“貼脹+強度焊”的制作工藝，有效解決了腐蝕問題。6.4柴油與軟化水換熱器管束，原來更換周期一般為12年。失效形式與上面類似，多為管束與管板間的焊縫泄漏，而且最常見的是四管程中間密封槽附近的焊縫。分析認(rèn)為介質(zhì)軟化水控制閥位于換熱流程前面，軟化水在與柴油進行換熱過程中，因流量時常處于波動狀態(tài)，當(dāng)水流量過小的時

16、后，部分軟化水變成水蒸氣，汽水混合物對管板等有很大沖擊作用。管板焊縫的突起部位在沖蝕作用下很容易減薄甚至泄漏，后來利用檢修機會將軟化水控制閥轉(zhuǎn)移到換熱流程的后部，焊縫沖蝕問題得到解決。7閥門7.1暴露問題的閥門主要集中在分餾塔底循環(huán)系統(tǒng)、焦碳塔7米進料線和甩油線系統(tǒng)中。失效形式表現(xiàn)為閥門閥桿局部腐蝕變細，介質(zhì)從盤根部位漏出。輕則影響設(shè)備及環(huán)境衛(wèi)生，重者會引起著火。7.2分析原因在于：介質(zhì)為高溫焦化油，存在高溫硫腐蝕。更關(guān)鍵一點在于日常操作中需要經(jīng)常進行蒸汽吹掃，如焦碳塔進料線、甩油線需要周期性小吹汽、掃線等；底循環(huán)系統(tǒng)因焦粉堵塞也需要經(jīng)常進行蒸汽吹掃。因此潮濕的環(huán)境更容易產(chǎn)生硫酸等腐蝕性產(chǎn)物，從而加劇腐蝕速度。7.3解決對策：一般要求操作閥門時要保證全開或全開，減少腐蝕產(chǎn)生的空間；選用耐腐蝕性材質(zhì)，如對閥桿等易腐蝕部位采用3cr13材質(zhì)，表面再進行ni-p鍍處理。8建議8.1引導(dǎo)職工加強巡回檢查，爭取把事故消滅在萌芽狀態(tài)。實踐證明：巡檢查到的問題已經(jīng)避免了多次重大事故隱患。8.2加強對所有人員尤其是技術(shù)人員的防腐知識培訓(xùn)，提高對腐蝕的認(rèn)識深度，從而對腐蝕更有預(yù)見性，判斷更趨準(zhǔn)確。8.3繼續(xù)對相關(guān)部位進行測厚檢查，可以提前發(fā)現(xiàn)很多問題。同時也要明白所有部位都測厚也是不符合實際的，即使全部測厚，也不一定全能發(fā)現(xiàn)管道的局部缺陷。8.4對于