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        常減壓蒸餾裝置腐蝕分析及對策研究

        2018-06-07 04:33:44秦景民楊金生周海峰孫向文
        山東化工 2018年10期

        秦景民,楊金生,林 波,周海峰,孫向文

        (正和集團股份有限公司,山東 東營 257342)

        隨著工業(yè)化發(fā)展步伐的加快,腐蝕成為了工程技術(shù)領(lǐng)域的焦點,特別是煉油行業(yè)受腐蝕影響較大,制約企業(yè)經(jīng)濟發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計數(shù)字分析:因腐蝕造成的經(jīng)濟損失全球各國約占生產(chǎn)總值的4%左右(其中美國約占3.1%,中國約占5%)。

        據(jù)報道,目前煉油行業(yè)出現(xiàn)的大量事故中,腐蝕及泄露因素占70%~90%。腐蝕不僅影響裝置運行效率,還可能造成重大事故,甚至危害生命和環(huán)境。因此,防腐蝕工作是關(guān)系到煉油裝置使用壽命、保證正常生產(chǎn)、減少污染、改善操作環(huán)境的重要工作,是一項重大課題。對于絕大多數(shù)煉廠來說,常減壓蒸餾裝置是必不可少的加工裝置,也是受腐蝕影響的第一道關(guān)口,科學(xué)的腐蝕分析及合理的防腐蝕對策,有助于企業(yè)實現(xiàn)裝置長周期安全運行。

        1 常減壓蒸餾裝置主要腐蝕類型

        1.1 原油的主要成分

        原油的主要成分是各種烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴,它們并不腐蝕金屬設(shè)備。但是原油中的雜質(zhì),如無機鹽、硫化物、有機酸等,在加工過程中轉(zhuǎn)換為腐蝕性介質(zhì),對裝置和設(shè)備造成腐蝕威脅[1]。

        1.2 腐蝕介質(zhì)分類

        據(jù)《煉油廠設(shè)備》分析,石油加工過程中的腐蝕性介質(zhì)主要分為原油中的腐蝕性介質(zhì)和石油加工過程中引入的介質(zhì)兩類,見表1。

        表1 腐蝕介質(zhì)分類表

        1.3 煉油廠常見腐蝕類型

        煉油廠常見的腐蝕類型有三種:硫腐蝕、環(huán)烷酸腐蝕和與氫有關(guān)的腐蝕[2],見表2 。 常減壓蒸餾裝置在高酸原料油加工過程中存在嚴(yán)重的高溫環(huán)烷酸腐蝕,同時,由于電脫鹽的難度增加以及氮含量較高,也存在較嚴(yán)重的低溫部位腐蝕。常見的腐蝕包括低溫濕硫化氫腐蝕、高溫硫化物腐蝕、環(huán)烷酸腐蝕、氯化物腐蝕、應(yīng)力腐蝕破裂和其他腐蝕六種類型[3],見表3。

        表2 煉油廠常見腐蝕類型

        表3 常減壓裝置常見腐蝕類型

        2 常減壓蒸餾裝置主要腐蝕類型原因分析

        在煉油廠中,曾發(fā)生多起塔頂HCL-H2S-H2O腐蝕穿孔,減壓塔塔壁高溫環(huán)烷酸腐蝕,減壓塔填料高溫環(huán)烷酸腐蝕,藥劑注入口的露點腐蝕,減壓塔減壓轉(zhuǎn)油線高溫環(huán)烷酸腐蝕,含硫污水換熱器應(yīng)力腐蝕開裂等情況,對安全生產(chǎn)造成重大威脅[2]??茖W(xué)的確定裝置腐蝕重點部位,采取切實有效的防腐蝕策略,才能確保裝置安全、平穩(wěn)、長周期運行,實現(xiàn)裝置本質(zhì)安全。

        常減壓裝置重點腐蝕部位主要分布在常減壓爐(爐管內(nèi)、外壁),常減壓塔及塔頂管道,常減壓轉(zhuǎn)油線,冷凝冷卻系統(tǒng)管道及側(cè)線部位等(見圖1所示,黃色部分主要為氯化物和硫磺物影響區(qū),紅色部分主要為高溫硫腐蝕影響區(qū))。主要腐蝕原因分析如下。

        圖1 常減壓蒸餾裝置主要腐蝕部位圖

        2.1 硫化物腐蝕

        常減壓蒸餾裝置硫化物腐蝕常見原因主要為硫化物腐蝕。即原油中含有一定量的氯化物,經(jīng)過脫鹽后仍存在微量鎂鹽、鈣鹽甚至鈉鹽,在有液相水的環(huán)境下生成鹽酸,造成腐蝕。硫化物腐蝕受硫化物濃度,介質(zhì)溫度、流速和流態(tài),特殊工況,pH值,材料硬度及合金成分等影響。硫化物腐蝕介質(zhì)有酸性水、富胺液、貧胺液、硫化氫等。硫化物腐蝕常見為低溫濕硫化氫腐蝕和高溫硫化物腐蝕兩種類型。就常減壓蒸餾裝置而言,低溫硫化物腐蝕主要為初餾塔、常壓塔和減壓塔塔頂管道,冷凝冷卻系統(tǒng)管道,塔頂分液罐罐頂和罐底管道等部位。高溫硫化物腐蝕主要分布于常減壓爐進出口管道,常減壓塔底管道,含硫油品、油氣管道等部位。

        2.2 環(huán)烷酸腐蝕

        環(huán)烷酸腐蝕主要受原油酸值、溫度和流速的影響。在一定的溫度條件下,酸值越高,腐蝕越嚴(yán)重。見20#鋼所受環(huán)烷酸腐蝕與溫度關(guān)系圖2。

        圖2 20#鋼所受環(huán)烷酸腐蝕與溫度關(guān)系圖

        由圖2可見,溫度在270~280℃之間腐蝕性最強;350℃左右時,氣相濃度增加,腐蝕又加劇;400℃左右時,環(huán)烷酸基本全部氣化,對設(shè)備的高溫部位不在產(chǎn)生腐蝕。

        環(huán)烷酸腐蝕部位常發(fā)生在加熱爐進出口管道,常減壓塔塔底及部分側(cè)線部位等,具體為常壓蒸餾部分的常壓爐爐管、常壓塔進料管、常一線、常一中、常二線、常二中、常二線進入汽提塔的進料管、常三線進入汽提塔進料管線、汽提塔兩個抽出線;減壓蒸餾部分的減壓爐管、減壓進料段、減二線、減二中、減三線、減三中、減三進入汽提塔的進料段、汽提塔進料段及彎頭、閥們、大小頭等易沖刷的部位[3]。

        2.3 氯化物腐蝕

        氯化物主要為氯化鈉、氯化鎂和氯化鈣組成,在生產(chǎn)過程中受熱水解,生成氯化氫等腐蝕性物質(zhì),對金屬產(chǎn)生點腐蝕、應(yīng)力腐蝕及縫隙腐蝕等。氯化物腐蝕的影響因素有濃度、溫度、pH值、氧含量等。氯化物腐蝕主要發(fā)生在電脫鹽部分,常壓塔塔頂管道中。

        2.4 金屬應(yīng)力腐蝕

        金屬應(yīng)力腐蝕主要受敏感的金屬材料、特定的介質(zhì)環(huán)境、設(shè)備運行時間和處于拉應(yīng)力狀態(tài)四種因素影響,導(dǎo)致金屬管道產(chǎn)生破裂想象。

        3 常減壓蒸餾裝置防腐蝕措施

        由于常減壓蒸餾裝置腐蝕成因復(fù)雜,破壞形式多樣。因此,企業(yè)應(yīng)樹立全面腐蝕控制理念,從設(shè)計、制造、貯運安裝、操作運行、維修五個方面和教育、科研、管理、經(jīng)濟評價四個環(huán)節(jié)對各種腐蝕進行全面控制。結(jié)合常減壓蒸餾裝置具體特點,企業(yè)應(yīng)根據(jù)不同的腐蝕類型,采用多種防護技術(shù)措施。

        3.1 優(yōu)化防腐設(shè)計,做好原料控制

        通過梳理腐蝕物質(zhì)流程,進行合理的防腐設(shè)計,優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程,減輕或防止腐蝕。如在裝置設(shè)計時高溫易腐蝕部位采用大管徑,降低流速;新建、更換的管道或設(shè)備內(nèi)壁焊縫磨平,防止產(chǎn)生渦流。采取集中加工方式,進廠原料分貯分煉,均勻混合,減少分散加工對生產(chǎn)和設(shè)備的影響;嚴(yán)控裝置進料,確保酸值不超過設(shè)備設(shè)防標(biāo)準(zhǔn);嚴(yán)控裝置進料混合比例,保持原料性質(zhì)相對穩(wěn)定;根據(jù)不同原油的性質(zhì)改變操作條件,掐好油頭,及時調(diào)整操作。

        3.2 加強工藝防腐,“一脫四注”管理

        對于常三線、減二線、減三線抽出線及其換熱部位的高溫環(huán)烷酸、硫腐蝕的控制措施,應(yīng)加強前段工藝控制。原料進入常壓、減壓加熱爐之前,加注高溫緩蝕劑。塔器高溫腐蝕嚴(yán)重區(qū)域的側(cè)線管線上,加注緩蝕劑,控制減二線蠟油中Fe2+≤5×10-6,減緩腐蝕速率。采用有機胺中和劑,控制常減壓塔塔頂系統(tǒng)的HCl腐蝕。塔頂揮發(fā)線注緩蝕劑,對注入點以后一系列設(shè)備進行防護。通過緩蝕劑等隔絕金屬與環(huán)烷酸等腐蝕物的接觸或反應(yīng),生成不具腐蝕性的油溶性產(chǎn)物,達到抑制環(huán)烷酸腐蝕,保護設(shè)備的目的。

        選擇合適的電脫鹽技術(shù),把好原油脫鹽環(huán)節(jié)。一級電脫鹽深度較小,可使原油中的鹽含量降低60%~90%,大部分在80%左右。二級脫鹽基本適用于各種原油,脫鹽后的含鹽量可以控制在3.0mg/L以下[4]。控制好原料油電脫鹽環(huán)節(jié)的電脫鹽溫度、電場強度、注水量、混合強度及電場內(nèi)停留時間等因素,充分脫除鹽類、重金屬等物質(zhì),防止低溫腐蝕和后續(xù)加工過程中的催化劑中毒。完善注氨、注水、注緩蝕劑設(shè)施,同時采取原油注堿措施,滿足均勻、多點、可調(diào)節(jié)功能,使塔頂至冷凝冷卻完成的整個低溫系統(tǒng)處于堿性緩蝕環(huán)境;健全脫后含鹽、塔頂Fe2+、Cl-和pH值的分析監(jiān)測控制管理系統(tǒng)。 有資料顯示,“一脫四注”后,空冷器進口腐蝕率、冷凝水鐵損失等均得到良好改善。為優(yōu)化調(diào)整操作和對緩蝕劑的使用效果提供準(zhǔn)確、完整、可靠的數(shù)據(jù)支持;篩選合適的緩蝕劑,在多點、均勻分散條件下注入,保證緩蝕劑濃度穩(wěn)定,根據(jù)Fe2+含量調(diào)整注入量,防止保護膜反復(fù)破壞修補,影響使用效果?!耙幻撍淖ⅰ狈栏胧┛梢猿浞忠种聘g介質(zhì)的發(fā)生和作用,達到防腐蝕效果[4]。

        3.3 合理選材

        在控制金屬腐蝕方面,首先是做到合理選材。耐環(huán)烷酸腐蝕的主要材料是0Cr18Ni10Ti類、316L和317L。設(shè)備及管道選材時要考慮設(shè)備的用途、工藝過程及其結(jié)構(gòu)設(shè)計特點。根據(jù)介質(zhì)的溫度、流速、流態(tài),選擇經(jīng)濟合理的耐蝕材料;根據(jù)側(cè)線硫含量、側(cè)線溫度等綜合考慮選材。高溫腐蝕環(huán)境應(yīng)選擇耐蝕材料,要結(jié)合腐蝕情況選擇有效高溫緩蝕劑。冷凝冷卻系統(tǒng)選材以碳鋼為主;高溫管道選材以 1Cr5Mo,00Cr19Ni10和00Cr17Ni14 Mo2為主;高溫泵過流部位用316L;換熱器系統(tǒng)采用碳鋼材質(zhì);常壓爐管采用5Cr-1/2Mo材質(zhì),減壓爐管采用9Cr-1Mo鋼;轉(zhuǎn)油線采用5Cr-1/2Mo鋼等。

        3.4 借助信息化工具,建立防腐蝕管理系統(tǒng)

        一套完整的防腐蝕管理系統(tǒng),可為企業(yè)提供從腐蝕預(yù)測到腐蝕檢測、分析、材料選擇、腐蝕速率評價等一整套完整的解決方案。腐蝕監(jiān)控部位依據(jù)腐蝕流程選擇,結(jié)合溫度和壓力的影響來確定監(jiān)測部位。通過腐蝕監(jiān)測,能夠合理確定設(shè)備檢修周期,明確設(shè)備腐蝕狀態(tài),有效杜絕因腐蝕造成的重大事故。

        4 結(jié)論

        常減壓蒸餾裝置防腐蝕是把好企業(yè)安全的第一道重要關(guān)口,采取科學(xué)的技術(shù)措施,加強技術(shù)管理是各項防腐措施發(fā)揮效能的重要保障。企業(yè)積極與國內(nèi)外煉化企業(yè)、高校和科研單位合作,攻關(guān)解決加工高硫原油過程中遇到的各種腐蝕問題,學(xué)習(xí)先進防腐經(jīng)驗,提升企業(yè)的設(shè)備防腐水平。

        [1] 谷其發(fā),李文戈.煉油廠設(shè)備[M].北京:中國石化出版社,2000:3.

        [2] 李志強.原油蒸餾與工程[M].北京:中國石化出版社,2010:1159-1160.

        [3] 章建華.煉油裝置防腐蝕策略[M].北京:中國石化出版社,2013:7-16,49-53.

        [4] 胡安定.石油化工廠設(shè)備檢查指南[M].北京:中國石化出版社,2009:83-84.

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