程 偉,任日菊,楊 軍,陳 浩,古華山,袁文彬

(合肥通用機械研究院 國家壓力容器與管道安全工程技術(shù)研究中心，安徽 合肥 230031)

?

催化裂化裝置的腐蝕調(diào)查與腐蝕分析

程 偉,任日菊,楊 軍,陳 浩,古華山,袁文彬

(合肥通用機械研究院 國家壓力容器與管道安全工程技術(shù)研究中心，安徽 合肥 230031)

對六套催化裂化裝置的577臺設(shè)備進行腐蝕調(diào)查，并對調(diào)查結(jié)果進行匯總分析。按設(shè)備類型進行統(tǒng)計，反應(yīng)器、塔器、鍋爐、換熱器和容器的腐蝕比例依次為： 91.67%，47.37%，40.00%，32.40%和14.41%；按所處工段進行統(tǒng)計，反應(yīng)再生系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)的腐蝕比例依次為：52.54%，32.85%，27.96%和17.24%。催化裂化裝置的主要腐蝕有：沖刷腐蝕、循環(huán)水/垢下腐蝕、H2S-HCl-NH3-CO2-H2O體系腐蝕和高溫硫腐蝕等。

催化裂化 腐蝕調(diào)查 腐蝕分析

催化裂化是在熱能和催化劑的作用下使重質(zhì)油發(fā)生裂化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)榱鸦瘹?、汽油和柴油等輕質(zhì)油的過程，是煉油廠核心工藝之一。然而，近年來，伴隨原油的劣質(zhì)化、設(shè)備的老化，催化裂化裝置的腐蝕問題日益突出[1-3]，嚴(yán)重影響了石化裝置的安全長周期運行。自2012年4月起，先后對國內(nèi)六套催化裂化裝置的577臺設(shè)備進行腐蝕調(diào)查，并對調(diào)查結(jié)果進行匯總分析，得到了催化裂化

裝置比較詳細(xì)的腐蝕情況。

1 裝置介紹

1.1 原料情況

腐蝕調(diào)查的六套催化裂化裝置基本情況見表1，這六套催化裂化裝置的原料中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都不高，均小于1%。

表1 六套催化裂化裝置的基本情況

1.2 選材情況

以廠三為例，簡要說明這六套催化裂化裝置的選材情況(詳見表2)。從表2看出，廠三催化裂化裝置的主要設(shè)備選材與高硫原油加工裝置設(shè)備和管道設(shè)計選材導(dǎo)則SH/T3096基本一致，不同之處在于：分餾塔和穩(wěn)定塔缺少內(nèi)襯。考慮廠三原料油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較低(為0.07%)，選材可以滿足生產(chǎn)需求。其他五套催化裂化裝置設(shè)備選材情況，與廠三相似，基本符合SH/T3096的選材要求。

2 腐蝕統(tǒng)計

2.1 按設(shè)備類型統(tǒng)計

將進行腐蝕調(diào)查的設(shè)備分為五類：塔器、反應(yīng)器、換熱器(含空冷器)、容器(含過濾器)和鍋爐。表3中給出了各個廠進行腐蝕調(diào)查的五類容器的數(shù)量和發(fā)現(xiàn)問題的五類設(shè)備的數(shù)量。腐蝕比例是經(jīng)腐蝕調(diào)查發(fā)現(xiàn)存在問題的設(shè)備數(shù)量占該裝置腐蝕調(diào)查的設(shè)備數(shù)量的百分比。

表2 廠三主要設(shè)備選材情況

表3 催化裂化裝置按設(shè)備類型統(tǒng)計 臺

注：表中“問題(臺)”，不僅包含在腐蝕調(diào)查中發(fā)現(xiàn)存在腐蝕的設(shè)備數(shù)量，還包括在腐蝕調(diào)查中發(fā)現(xiàn)存在原始缺陷或機械損傷的設(shè)備數(shù)量。

從表3可以看出，在五類設(shè)備中，反應(yīng)器發(fā)生腐蝕的概率最高，為91.67%；其次為塔器，為47.37%；容器發(fā)生腐蝕的概率最低，為14.41%。五類設(shè)備的平均腐蝕比例為32.24%，也就是說約有三分之一的設(shè)備會發(fā)生或大或小的腐蝕。

2.2 按所處工段統(tǒng)計

一般情況下，催化裂化裝置可分為反應(yīng)再生系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)這四個部分(見表4)。從表4可以看出，反應(yīng)再生系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)這四個部分的設(shè)備的腐蝕比例分別為52.54%，32.85%，27.96%和17.24%，也就是反應(yīng)再生系統(tǒng)是催化裝置最易發(fā)生腐蝕的位置，其次是分餾系統(tǒng)。

3 腐蝕分析

根據(jù)腐蝕調(diào)查結(jié)果，結(jié)合各個系統(tǒng)的操作條件、介質(zhì)和材質(zhì)，對各個系統(tǒng)的腐蝕情況進行分析。

3.1 反應(yīng)再生系統(tǒng)

六套催化裂化裝置的反應(yīng)再生系統(tǒng)共檢查設(shè)備59臺，包括24臺反應(yīng)器、3臺輔助燃燒爐、1臺外取熱器和31臺容器，發(fā)現(xiàn)的腐蝕主要有：沖刷腐蝕、內(nèi)襯損傷、酸性水腐蝕、保溫層下腐蝕、高溫氣體氧化和硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(詳見表5)。

表5 反應(yīng)再生系統(tǒng)腐蝕機理統(tǒng)計

3.1.1 沖刷腐蝕

沖刷腐蝕是反應(yīng)再生系統(tǒng)的主要腐蝕，主要是由催化劑引起的[4]。隨反應(yīng)油氣和再生煙氣流動的催化劑，不斷沖刷著構(gòu)件的表面，使構(gòu)件大面積減薄，甚至局部穿孔。在檢查的59臺設(shè)備中有24臺設(shè)備發(fā)現(xiàn)有沖刷腐蝕，包括反應(yīng)器、再生器、沉降器、旋風(fēng)分離器、外取熱器(見圖1)、催化劑細(xì)粉儲罐和輔助燃燒爐(見圖2)。

圖1 外取熱器下出口接管沖刷腐蝕

圖2 輔助燃燒爐噴火嘴沖刷腐蝕

3.1.2 內(nèi)襯損傷

反應(yīng)再生系統(tǒng)的操作溫度較高，為了防止母材的熱疲勞、石墨化，通常會在設(shè)備內(nèi)壁添加隔熱耐磨襯里。但是催化劑、預(yù)提升蒸汽等會對襯里產(chǎn)生沖刷或者磨損[5]，導(dǎo)致了內(nèi)襯損傷。在檢查的59臺設(shè)備中，有6臺設(shè)備發(fā)現(xiàn)有內(nèi)襯損傷，包括反應(yīng)器(見圖3)、再生器、沉降器和旋風(fēng)分離器(見圖4)。

圖3 提升管反應(yīng)器底部封頭盤管內(nèi)襯損傷

圖4 旋風(fēng)分離器內(nèi)襯損傷

3.1.3 其他

除了沖刷腐蝕、內(nèi)襯損傷，還發(fā)現(xiàn)以下腐蝕：

煙氣水封罐筒體內(nèi)壁存在腐蝕坑(見圖5)、燃料氣汽化器(給輔助燃燒爐提供燃料，見圖6)筒體內(nèi)壁存在腐蝕坑，屬于酸性水腐蝕；

沉降器頂大油氣線上的放空線第一彎頭、第二彎頭減薄，屬于高溫氣體腐蝕[6]；

外取熱器煙氣返回管線人孔處縱向焊縫開裂(見圖7)，屬于硫化物應(yīng)力腐蝕開裂；

廢催化劑罐的熱催化劑入口接管(DN150)防腐油漆疏松、脫落，造成嚴(yán)重的外部腐蝕(見圖8)，接管表面布滿深約1～2 mm的腐蝕坑，屬于保溫層下腐蝕。

圖5 煙氣水封罐內(nèi)壁腐蝕坑

圖6 燃料氣汽化器內(nèi)壁腐蝕坑

圖7 外取熱器人孔焊縫開裂

圖8 廢催化劑罐熱催化劑入口接管腐蝕

3.2 分餾系統(tǒng)

六套催化裂化裝置的分餾系統(tǒng)共檢查設(shè)備277臺，包括塔器14臺，換熱器199臺，空冷器38臺，容器26臺，發(fā)現(xiàn)的腐蝕有：分餾塔頂冷凝冷卻系統(tǒng)及頂循環(huán)回流系統(tǒng)的H2S-HCl-NH3-CO2-H2O型腐蝕、油漿系統(tǒng)的高溫硫腐蝕、催化劑的沖刷腐蝕、循環(huán)水/垢下腐蝕、保溫層下腐蝕和原始缺陷等(見表6)。

3.2.1 循環(huán)水/垢下腐蝕

在檢查的277臺設(shè)備中，有47臺設(shè)備發(fā)生循環(huán)水/垢下腐蝕，全部為換熱器。對于采用循環(huán)水、冷卻水、除氧水、采暖水和鍋爐水等各類非新鮮水進行換熱的換熱器來說，循環(huán)水/垢下腐蝕已經(jīng)成為一種非常普遍且嚴(yán)重的局部腐蝕。

表6 分餾系統(tǒng)腐蝕機理統(tǒng)計

值得注意的是廠四的分餾塔頂除氧水冷卻器E201，管殼程均發(fā)生了循環(huán)水/垢下腐蝕(見圖9和圖10)。殼程介質(zhì)是分餾塔頂油氣，但是生產(chǎn)中塔頂注水，進入分餾塔頂油氣，造成分餾塔頂除氧水冷卻器殼程發(fā)生循環(huán)水/垢下腐蝕，管束外表面結(jié)垢嚴(yán)重。

圖9 E201管束外壁腐蝕形貌

圖10 E201管板腐蝕形貌

3.2.2 H2S-HCl-NH3-CO2-H2O型腐蝕體系

在檢查的277臺設(shè)備中，有30臺設(shè)備發(fā)生H2S-HCl-NH3-CO2-H2O型腐蝕[7]，包括分餾塔頂部、分餾塔頂油氣換熱器、分餾塔頂冷卻器、頂循回流冷卻器和封油罐等設(shè)備。

廠四分餾塔T201塔頂受液盤、降液板、回流管和溢流堰腐蝕穿孔(見圖11和圖12)，對塔頂腐蝕產(chǎn)物進行X射線衍射(簡稱XRD)分析(見圖13)，結(jié)果顯示：腐蝕產(chǎn)物主要是Fe2O3，F(xiàn)eCl3和FeCl2，還含有少量的FeS和Fe3O4，表明塔頂油氣中含有氯和硫，符合H2S-HCl-NH3-CO2-H2O型腐蝕體系。

圖11 T201溢流堰腐蝕穿孔

圖12 T201回流管腐蝕穿孔

圖13 T201塔頂腐蝕產(chǎn)物XRD分析

值得注意的是，廠五封油罐(介質(zhì)：輕柴油；材質(zhì)：Q235-A；操作溫度：60 ℃)人孔及筒體內(nèi)壁均出現(xiàn)腐蝕坑(見圖14)，深約1 mm。這主要是由于輕柴油中含有微量H2S和水，造成了酸性水腐蝕。

3.2.3 高溫硫腐蝕

在檢查的277臺設(shè)備中，有12臺設(shè)備發(fā)生高溫硫腐蝕，包括分餾塔底部、輕柴油汽提塔、重柴油汽提塔、油漿換熱器和二中段油換熱器。

廠四輕柴油汽提塔T202上部第2層人孔受液盤腐蝕穿孔(見圖15)，對腐蝕產(chǎn)物進行XRD分析，結(jié)果顯示腐蝕產(chǎn)物主要是Fe2O3和FeS，屬于高溫硫腐蝕。

圖14 封油罐內(nèi)壁腐蝕坑

圖15 T202受液盤腐蝕穿孔

圖16 T202受液盤腐蝕產(chǎn)物XRD分析

3.2.4 其他

3臺油漿換熱器，發(fā)現(xiàn)沖刷腐蝕，這主要是由油漿中的催化劑所導(dǎo)致的；

2臺設(shè)備發(fā)現(xiàn)保溫層下腐蝕(油漿蒸汽發(fā)生器汽包、原料油緩沖罐)；

5臺設(shè)備發(fā)現(xiàn)原始缺陷。

3.3 吸收穩(wěn)定系統(tǒng)

六套催化裂化裝置的吸收穩(wěn)定系統(tǒng)共檢查設(shè)備211臺，包括塔器24臺，換熱器127臺，空冷器21臺，容器39臺，發(fā)現(xiàn)的腐蝕有：H2S+HCN+H2O型腐蝕、循環(huán)水/垢下腐蝕、高溫硫腐蝕和原始缺陷(詳見表7)。

表7 吸收穩(wěn)定系統(tǒng)腐蝕機理統(tǒng)計

3.3.1 循環(huán)水/垢下腐蝕

在檢查的211臺設(shè)備中，有38臺設(shè)備發(fā)生循環(huán)水/垢下腐蝕[8]，全部為換熱器。與分餾系統(tǒng)循環(huán)水/垢下腐蝕類似，循環(huán)水/垢下腐蝕在吸收穩(wěn)定系統(tǒng)采用水進行換熱的換熱器中也十分常見。廠四穩(wěn)定塔頂油氣冷凝器E312A管箱發(fā)生循環(huán)水/垢下腐蝕(見圖17和圖18)，對隔板腐蝕產(chǎn)物進行XRD分析，結(jié)果顯示：腐蝕產(chǎn)物主要是Fe3O4和Fe2O3，還含有少量的FeCl2和FeS2(見圖19)。

圖17 管口雜物

圖18 管箱隔板腐蝕

圖19 E312A腐蝕產(chǎn)物XRD分析圖

3.3.2 H2S-HCN-H2O腐蝕體系

吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的腐蝕，主要是H2S-HCN-H2O型腐蝕[9]。催化原料油中的硫化物在裂化反應(yīng)的溫度條件下發(fā)生分解，生成H2S；原料油中的氮化物也發(fā)生裂解，轉(zhuǎn)化成NH4和HCN，而吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的溫度較低，有水存在，從而構(gòu)成了H2S-HCN-H2O腐蝕體系。在檢查的211臺設(shè)備中，有29臺設(shè)備發(fā)生H2S-HCN-H2O腐蝕體系，包括17臺換熱器、9臺塔器和3臺容器。

4臺吸收塔、2臺解吸塔、2臺再吸收塔和1臺穩(wěn)定塔均出現(xiàn)了H2S-HCN-H2O型腐蝕，尤其是塔的中上部位置內(nèi)壁及內(nèi)構(gòu)件。

廠五解吸塔進料換熱器E305A(管程介質(zhì)是穩(wěn)定汽油，殼程介質(zhì)是凝縮油)管箱內(nèi)壁、管箱隔板和管束外壁均出現(xiàn)腐蝕坑(圖20和圖21)，屬于H2S-HCN-H2O腐蝕體系。

廠五粗汽油/冷水換熱器E314管束外壁發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕坑(見圖22)，這是由于介質(zhì)粗汽油中含有H2S和H2O，導(dǎo)致H2S-HCN-H2O腐蝕體系。廠三穩(wěn)定塔頂冷凝冷卻器E310殼體內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)黑色腐蝕產(chǎn)物(見圖23)，這可能是殼程介質(zhì)液化氣中含有的H2S與Fe發(fā)生反應(yīng)生成FeS所致。

圖20 E305A管箱隔板腐蝕坑

圖21 E305A管束外壁腐蝕坑

圖22 E314管束外壁腐蝕坑

圖23 E310內(nèi)壁黑色腐蝕產(chǎn)物

3.3.3 其他

廠二解吸塔底重沸器管箱內(nèi)壁及隔板發(fā)現(xiàn)黑色腐蝕產(chǎn)物，管箱封頭均勻減薄，管程介質(zhì)輕柴油，操作溫度161～209 ℃，屬于高溫硫腐蝕；

此外，還發(fā)現(xiàn)2臺設(shè)備存在原始缺陷。

3.4 能量回收系統(tǒng)

理論上，能量回收系統(tǒng)的主要腐蝕有三種：高溫?zé)煔獾臎_刷腐蝕、煙氣露點腐蝕以及氯離子造成的奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開裂。然而，六套催化裂化裝置的能量回收系統(tǒng)共檢查設(shè)備30臺，且腐蝕調(diào)查手段僅限于宏觀檢查、測厚，并未發(fā)現(xiàn)以上三種腐蝕。發(fā)現(xiàn)的腐蝕有：2臺中壓鍋爐出現(xiàn)內(nèi)襯損傷，1臺蒸汽分水器外壁出現(xiàn)保溫層下腐蝕，1臺鍋爐余熱回收換熱器出現(xiàn)循環(huán)水/垢下腐蝕，1臺冷凝水罐一個接管根部未焊透。

4 總 結(jié)

(1)六套催化裂化裝置共檢查設(shè)備577臺，發(fā)現(xiàn)186臺設(shè)備存在腐蝕，腐蝕比例為32.24%。按設(shè)備類型進行統(tǒng)計，反應(yīng)器、塔器、鍋爐、換熱器和容器的腐蝕比例依次為： 91.67%，47.37%,40.00%,32.40%和14.41%；反應(yīng)器發(fā)生沖刷腐蝕或內(nèi)襯損傷的概率較大，導(dǎo)致反應(yīng)器的腐蝕比例高達91.67%。按所處工段進行統(tǒng)計，反應(yīng)再生系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)的腐蝕比例依次為：52.54%,32.85%,27.96%和17.24%。

(2)反再系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的腐蝕主要有沖刷腐蝕、內(nèi)襯損傷；分餾系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的腐蝕主要有：循環(huán)水/垢下腐蝕、H2S-HCl-NH3-CO2-H2O型腐蝕和高溫硫腐蝕；吸收穩(wěn)定系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的腐蝕主要有：循環(huán)水/垢下腐蝕、H2S+HCN+H2O型腐蝕；能量回收系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的腐蝕主要有：內(nèi)襯損傷、循環(huán)水/垢下腐蝕。

[1] 任世科，留雪梅，侯 杰.基于風(fēng)險的檢驗(RBI)技術(shù)在蘭州石化公司重油催化裂化裝置的應(yīng)用[J].腐蝕與防護，2006，27(11)：567-570.

[2] 王浩，王自軍，董 濤.催化裂化裝置腐蝕及原因探討[J].石油化工腐蝕與防護，2015，32(4)：36-39.

[3] 關(guān)曉珍，張廣清.催化裂化系統(tǒng)設(shè)備腐蝕原因探討[J].腐蝕與防護，2000，21(3)：137-140.

[4] 關(guān)曉珍.催化再生系統(tǒng)腐蝕原因分析[J].腐蝕與防護，1998，19(4)：179-181.

[5] 吳俊升，李曉剛，公銘揚，等.幾種催化裂化催化劑的磨損機制與動力學(xué)[J].中國腐蝕與防護學(xué)報，2010，30(2)：135-140.

[6] 趙連元，王楷，楊明明.催化裂化反再系統(tǒng)腐蝕影響分析[J].石油化工腐蝕與防護，2013，30(6)：33-35.

[7] 關(guān)曉珍.催化分餾塔塔頂結(jié)鹽原因淺析[J].腐蝕與防護，1999，20(1)：31-33.

[8] 馬紅杰，張永利，趙敏.催化裂化水冷器管束泄漏分析及防護措施[J].腐蝕科學(xué)與防護技術(shù)，2012，24(6)：530-532.

[9] 中國石化設(shè)備管理協(xié)會.石油化工裝置設(shè)備腐蝕與防護手冊[M].北京：中國石化出版社，2001：101-110.

(編輯 張向陽)

Corrosion Inspection and Analysis for FCC Unit

ChengWei,RenRiju,YangJun,ChenHao,GuHuashan,YuanWenbin

(NationalTechnicalResearchCenteronSafetyEngineeringofPressureVesselsandPipelines,HefeiGeneralMachineryResearchInstitute,Hefei230031,China)

The corrosions of 577 pieces of equipment in 6 FCC units were inspected and the inspection results were analyzed. According to the type of equipment, the corrosion rate of reactor, tower, boiler, heat exchanger and vessel is 91.67%, 47.37%, 40%, 32.40%, 14.41% respectively; According to the position of the system, the corrosion rate of the reaction & regeneration system, the fractionation system, the absorption stabilization system and the energy recovery system is 52.54%, 32.85%, 27.96%, 17.24%, respectively. The main corrosions of the fluid catalytic cracking unit are erosion corrosion, cooling water / under deposit corrosion, H2S+HCl+NH3+CO2+H2O corrosion, high-temperature sulfur corrosion, etc.

fluid catalytic cracking unit, corrosion inspection, corrosion analysis

2016-05-21；修改稿收到日期：2016-06-28。

程偉(1987-)，碩士，2011年畢業(yè)于中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所(北京)，主要從事壓力容器與管道的RBI評估工作。E-mail：chengwei4zhai601@163.com