王遠(yuǎn) 高巍巍 劉毅

摘要：催化裂化裝置作為原油二次加工的重要裝置，可以將原本的重質(zhì)油經(jīng)過加工轉(zhuǎn)化成為人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活所需的氣體和液體等物質(zhì)，但在裝置的日常生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生腐蝕物，導(dǎo)致裝置腐蝕嚴(yán)重，提高了催化裂化過程成本。由于催化裂化裝置的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，腐蝕因素比較多，如何對(duì)其進(jìn)行腐蝕控制是需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。本文通過對(duì)催化裂化裝置的腐蝕研究，探討影響催化裂化裝置系統(tǒng)腐蝕內(nèi)容及控制方法，通過應(yīng)用智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)催化裂化裝置的腐蝕預(yù)測(cè)及控制，并提出增加催化裂化裝置抗腐蝕強(qiáng)度的策略，以望借鑒。

關(guān)鍵詞：催化裂化??循環(huán)系統(tǒng)??腐蝕控制??耐腐蝕材料

催化裂化裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括分餾系統(tǒng)、煙氣回收系統(tǒng)、吸收系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)等，不同系統(tǒng)在裝置之中發(fā)揮著不同的功能，但均有可能在反應(yīng)過程中受到腐蝕物影響，導(dǎo)致裝置壽命減少，燃料生產(chǎn)效率降低。通過腐蝕控制方式可以減少腐蝕物對(duì)裝置造成的影響，選擇內(nèi)襯耐腐蝕材料能延長(zhǎng)裝置的耐腐蝕強(qiáng)度和設(shè)備使用壽命。

1?催化裂化裝置設(shè)備腐蝕結(jié)構(gòu)概述

催化裂化裝置受原料及環(huán)境等影響導(dǎo)致其出現(xiàn)腐蝕問題。對(duì)催化裂化裝置的整體結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行工藝原理等進(jìn)行分析對(duì)于腐蝕研究有著積極意義。裂化催化裝置結(jié)構(gòu)中包括沉降器、再生器、分餾塔、汽提塔、穩(wěn)定塔、空冷器等設(shè)備，按照其運(yùn)行工藝可以將其分為再生系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)、穩(wěn)定系統(tǒng)、精制系統(tǒng)四大部分，其中，最易受到腐蝕的部分就是分餾系統(tǒng)。

分餾系統(tǒng)以塔盤的方式存在，在該結(jié)構(gòu)中進(jìn)行循環(huán)煉油。沉降器中的油氣會(huì)進(jìn)入到分餾塔的底部位置，進(jìn)行循環(huán)換熱。在循環(huán)的過程中溫度會(huì)逐漸升高，并將油漿輸入到反應(yīng)系統(tǒng)之中，溫度隨之降低。分餾系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，空冷器、水冷器等裝置會(huì)打開。如此反復(fù)的循環(huán)，分餾裝置極易受到相關(guān)物質(zhì)的影響，導(dǎo)致其出現(xiàn)腐蝕問題，其他部分在循環(huán)催化裂化煉制的過程中，也會(huì)受到相關(guān)物質(zhì)的影響，從而也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)腐蝕問題。

2?催化裂化裝置腐蝕物質(zhì)

2.1?氯化物腐蝕

氯化物對(duì)催化裂化裝置的腐蝕比較嚴(yán)重，石油產(chǎn)品在加工過程中原料經(jīng)過裝置系統(tǒng)的罐區(qū)以及減壓裝置，內(nèi)部含有大量的鹽分和水分等物質(zhì)。原料中尚還包括大量的結(jié)晶鹽，在與水發(fā)生相應(yīng)的溶解反應(yīng)之后形成鹽水，鹽水之中含有大量的氯化物，尤其是氯化鈉成本含量最高。原油在裝置內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生具有腐蝕性的硫化氫物質(zhì)，其在系統(tǒng)之中不會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的水解反應(yīng)，在與裝置內(nèi)的金屬物質(zhì)接觸之后會(huì)發(fā)生化合反應(yīng)，導(dǎo)致裝置系統(tǒng)出現(xiàn)被腐蝕的情況^[1]。

2.2?硫化物腐蝕

餾分過程中會(huì)導(dǎo)致催化裂化裝置中的硫元素生成，由于裝置分餾系統(tǒng)在運(yùn)行生產(chǎn)過程會(huì)有所增加，導(dǎo)致餾分分布范圍逐漸擴(kuò)大，生成的硫化物包括硫元素、硫化氫以及其他大量硫化物，在特定的溫度硫化物會(huì)分解產(chǎn)生硫化氫等物質(zhì)，在裝置內(nèi)與氧氣發(fā)生反應(yīng)之后也會(huì)產(chǎn)生二氧化硫等物質(zhì)，裝置中鋼結(jié)構(gòu)在接觸到硫化物之后，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的化合反應(yīng)，導(dǎo)致裝置鋼結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)腐蝕問題。當(dāng)裝置內(nèi)的溫度達(dá)到400℃以上時(shí)，硫化氫也會(huì)分解成單質(zhì)，腐蝕性更強(qiáng)。對(duì)硫化氫物質(zhì)的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行分析，設(shè)備的材質(zhì)、介質(zhì)的流動(dòng)情況、溫度以及系統(tǒng)內(nèi)硫化物的濃度均會(huì)對(duì)裝置腐蝕程度產(chǎn)生一定的影響。

2.3?二氧化碳腐蝕

二氧化碳是催化裂化裝置中比較常見的腐蝕物，其對(duì)裝置的腐蝕會(huì)以點(diǎn)狀、面狀、線狀等形態(tài)出現(xiàn)，經(jīng)常對(duì)管道造成腐蝕，尤其是面狀腐蝕對(duì)裝置管道系統(tǒng)的破壞程度更甚。對(duì)二氧化碳腐蝕裝置的機(jī)理進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，二氧化碳物質(zhì)溶于水之后會(huì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生碳酸物質(zhì)，可以與裝置系統(tǒng)中的鐵發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致管道系統(tǒng)出現(xiàn)腐蝕，產(chǎn)生碳酸鹽物質(zhì)。由于該物質(zhì)附著在裝置系統(tǒng)表面的濃度存在差異，在區(qū)域內(nèi)部以腐蝕電偶的方式呈現(xiàn)，使得裝置出現(xiàn)局部腐碳酸鹽物質(zhì)附著在鋼鐵的表面，會(huì)導(dǎo)致局部腐蝕現(xiàn)象逐漸加重。值得強(qiáng)調(diào)的是，影響二氧化碳腐蝕的因素比較多，裝置運(yùn)行過程中的溫度、二氧化碳的分壓效果、二氧化碳在管道之中的流速及管道的材質(zhì)等，均會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)不同的腐蝕情況。

2.4?其他化合物腐蝕

氮物質(zhì)在裝置中的含量大致在0.2%左右，以芳烴結(jié)構(gòu)存在于裝置的內(nèi)部，在催化裂化的過程中，該物質(zhì)會(huì)存在于油漿的內(nèi)部，在經(jīng)過催化反應(yīng)所形成的焦炭之內(nèi)也會(huì)存在氮物質(zhì)，該物質(zhì)與氧氣發(fā)生反應(yīng)之后會(huì)生成一氧化氮物質(zhì)。雖然氮物質(zhì)本身對(duì)裝置不會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的腐蝕，但由于該物質(zhì)經(jīng)過高溫反應(yīng)之后會(huì)發(fā)生分解，產(chǎn)生具有強(qiáng)腐蝕屬性的氰化物，該物質(zhì)具有一定的毒性與腐蝕性，在流化過程中氨物質(zhì)和氰化物的數(shù)量也會(huì)增加，并在反應(yīng)過程中不斷擴(kuò)散，使得整個(gè)裝置系統(tǒng)表面均會(huì)附著相應(yīng)的化合物，導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，極易受到腐蝕或者損壞。

2.5?酸堿度腐蝕

催化裂化裝置受生產(chǎn)原料所影響，酸堿度存在明顯的差異，酸含量過大會(huì)導(dǎo)致裝置系統(tǒng)受到腐蝕。在300℃的環(huán)境下對(duì)設(shè)備應(yīng)用情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探討石油酸對(duì)裝置的腐蝕程度，隨著石油酸含量的不斷增加，原料中的氯化物含量也會(huì)隨之增加，水解率也會(huì)有所擴(kuò)大，石油酸在裝置系統(tǒng)運(yùn)行過程中發(fā)揮著促進(jìn)水解的作用，導(dǎo)致在反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的氯化物，對(duì)裝置系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕。

3?催化裂化裝置的腐蝕控制策略

3.1?智能系統(tǒng)控制應(yīng)用

3.1.1?系統(tǒng)模型構(gòu)建

智能系統(tǒng)在腐蝕預(yù)測(cè)與控制過程中發(fā)揮著重要的作用，越來越多的催化裂化裝置在生產(chǎn)過程應(yīng)用智能系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的腐蝕預(yù)測(cè)。該系統(tǒng)主要應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制將裝置運(yùn)行過程中的多個(gè)神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)聯(lián)合在一起，構(gòu)建邏輯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將其分為層次型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和互聯(lián)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)兩種，實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的科學(xué)連接。此外，復(fù)制應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以解決系統(tǒng)運(yùn)行過程中的非線性問題，構(gòu)建以系統(tǒng)某一結(jié)構(gòu)為核心的系統(tǒng)模型。最后，應(yīng)用專家預(yù)測(cè)系統(tǒng)在庫中輸入大量的理論知識(shí)，建立預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)庫，可以根據(jù)裝置現(xiàn)有的生產(chǎn)情況實(shí)現(xiàn)對(duì)腐蝕裝置的科學(xué)預(yù)測(cè)。對(duì)催化裂化裝置腐蝕進(jìn)行研究，應(yīng)建立催化裂化裝置腐蝕模型，將其作為腐蝕控制及腐蝕預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)性內(nèi)容。應(yīng)用人員應(yīng)對(duì)催化裂化裝置腐蝕產(chǎn)生的相關(guān)要素進(jìn)行明確。腐蝕是由于在材料、環(huán)境的共同作用下，使得催化裂化裝置出現(xiàn)腐蝕問題，導(dǎo)致設(shè)備受到損壞。將整個(gè)系統(tǒng)作為催化裂化裝置腐蝕問題的研究對(duì)象，對(duì)腐蝕物進(jìn)行分析，其中包括氯化物、硫化物、二氧化碳及其他化合物等，影響裝置腐蝕的因素包括溫度及壓力等內(nèi)容。

例如，分餾塔循環(huán)系統(tǒng)的腐蝕預(yù)測(cè)與控制系統(tǒng)建立，將影響系統(tǒng)腐蝕的相關(guān)參數(shù)輸入到系統(tǒng)之中，按照腐蝕機(jī)理以及腐蝕的影響因素將各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，其中包括系統(tǒng)運(yùn)行過程中的壓力參數(shù)、溫度參數(shù)及氣體和液體的流量參數(shù)，流速以及原料成本等，將工藝參數(shù)輸入到系統(tǒng)模型之中，應(yīng)基于現(xiàn)有催化裂化工藝流程及所應(yīng)用的設(shè)備型號(hào)所確定。在明確系統(tǒng)模型的工藝參數(shù)之后，在模型中對(duì)各項(xiàng)腐蝕參數(shù)等進(jìn)行明確，按照上述所描述的腐蝕因素，氰化物、硫化物、二氧化碳、其他化合物、酸堿度等物質(zhì)參數(shù)輸入到系統(tǒng)之中?；谏鲜鰩追N參數(shù)的輸入，需要依據(jù)模型及智能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)腐蝕參數(shù)的預(yù)測(cè)，對(duì)腐蝕產(chǎn)物、腐蝕情況以及設(shè)備的現(xiàn)狀等各項(xiàng)參數(shù)加以明確。

3.1.2?敏感性分析方法

系統(tǒng)應(yīng)用應(yīng)選擇監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)對(duì)腐蝕情況的科學(xué)預(yù)測(cè)，并采集以往的數(shù)據(jù)作為模型訓(xùn)練參數(shù)，判斷催化裂化裝置各區(qū)域的腐蝕物質(zhì)及腐蝕因素，對(duì)腐蝕情況等進(jìn)行了解。明確系統(tǒng)模型各項(xiàng)腐蝕參數(shù)之后，應(yīng)基于智能系統(tǒng)進(jìn)一步對(duì)腐蝕參數(shù)的敏感性進(jìn)行分析，敏感性是指參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)最終腐蝕預(yù)測(cè)及控制結(jié)果產(chǎn)生的影響。比較常用的腐蝕敏感性分析方法應(yīng)建立敏感參數(shù)變化曲線圖，以腐蝕預(yù)測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ)建立曲線圖，當(dāng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，腐蝕結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，對(duì)其變化規(guī)律及變化幅度進(jìn)行記錄，當(dāng)裝置的腐蝕結(jié)果達(dá)到臨界值時(shí)，參數(shù)的變化最大幅度值也需被記錄，根據(jù)參數(shù)變化與腐蝕結(jié)果之間的變化關(guān)系及敏感關(guān)系，進(jìn)行最終的敏感性分析。

3.1.3?專家系統(tǒng)建立

專家系統(tǒng)建立以人機(jī)交互功能實(shí)現(xiàn)裝置腐蝕情況的預(yù)測(cè)以及控制，將裝置與計(jì)算機(jī)程序連接在一起，將專家的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)融合在一個(gè)數(shù)據(jù)庫之中，對(duì)催化裂化裝置運(yùn)行過程中進(jìn)行推理以及判斷，決策最終的腐蝕結(jié)果。專家系統(tǒng)在腐蝕預(yù)測(cè)及腐蝕控制中可以起到分析、診斷、評(píng)價(jià)、決策等功能，該系統(tǒng)應(yīng)用基于人機(jī)交互界面、數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)等設(shè)備的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)腐蝕情況的科學(xué)控制。就目前的技術(shù)而言，專家系統(tǒng)大致可以分為診斷類系統(tǒng)、監(jiān)控類系統(tǒng)、控制類系統(tǒng)、設(shè)計(jì)類系統(tǒng)、解釋類系統(tǒng)等。催化裂化裝置腐蝕問題預(yù)測(cè)可以應(yīng)用監(jiān)控類專家系統(tǒng)及診斷類專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)腐蝕問題的預(yù)測(cè)與研究。

3.2?腐蝕裝置環(huán)境控制策略

3.2.1?水洗技術(shù)

水洗技術(shù)是控制催化裂化裝置腐蝕情況的比較常用的方式，通過水洗的方式可以清理掉裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)表面的腐蝕性物質(zhì)，降低相應(yīng)物質(zhì)的腐蝕強(qiáng)度。該方法對(duì)硫化氫及氰化物均有一定的作用，但水洗技術(shù)應(yīng)遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)，具體步驟如下。（1）水洗過程需要在分餾塔的頂側(cè)區(qū)域泵口位置注入除鹽水等，使其不斷注入到塔板的位置。（2）從塔頂位置頂部區(qū)域注入相應(yīng)的水，并將粗汽油、水洗水等物質(zhì)注入到分餾塔之內(nèi)，控制流量不斷增加，并適當(dāng)?shù)慕档晚攤?cè)區(qū)域的溫度，使得水洗水可以回流，經(jīng)過泵入口注入到地漏之中。受溫度影響而蒸發(fā)的水分進(jìn)入到分離器之中，進(jìn)行切水。（3）水洗過程需要控制好分離器裝置的界位，不定期進(jìn)行水樣分析，當(dāng)腐蝕物的含量變化處于穩(wěn)定之后，停止整個(gè)水洗的過程。（4）水洗之后需要恢復(fù)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，使其可以支持正常的生產(chǎn)過程。

3.2.2?電脫鹽技術(shù)

電脫鹽技術(shù)是指將原油性質(zhì)作為基礎(chǔ)內(nèi)容，對(duì)操作條件不斷進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，確保系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可以起到一定的脫鹽效果。脫鹽之后的含鹽量需要得到合理地控制，將每升液體的鹽含量穩(wěn)定在3mg左右，如果含鹽量比較高，則需要將其脫除之后使其進(jìn)入到催化裝置之中。目前，新的電脫鹽技術(shù)也不斷嘗試應(yīng)用到具體的裝置腐蝕處理之中，包括超聲波技術(shù)等。

3.2.3?酸堿度控制

酸堿度控制可以減少催化裂化裝置運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的腐蝕問題，酸度越大，裝置的腐蝕強(qiáng)度越大，但如果酸堿度過高，則金屬裝置表面會(huì)發(fā)生沉淀，使得裝置結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的垢下腐蝕問題。催化裂化裝置生產(chǎn)過程中投入的原料大都以酸性物質(zhì)偏多，采用注氨技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)原料酸堿度的科學(xué)控制，注入量需要控制，過少則會(huì)降低設(shè)備的抗腐蝕效果，過高則會(huì)導(dǎo)致設(shè)備堵塞。

3.2.4?腐蝕參數(shù)控制

腐蝕參數(shù)控制需要基于腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的科學(xué)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)腐蝕物質(zhì)的在線監(jiān)測(cè)。當(dāng)裝置內(nèi)部的腐蝕含量超過標(biāo)準(zhǔn)值之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)預(yù)警，發(fā)出警報(bào)?；诒O(jiān)測(cè)系統(tǒng)的腐蝕參數(shù)控制需要對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)方法等進(jìn)行科學(xué)控制，監(jiān)測(cè)對(duì)象應(yīng)包括管路、空冷器等，主要對(duì)該區(qū)域的腐蝕產(chǎn)物的累積量、區(qū)域壓力及腐蝕速率等。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也應(yīng)采用可拆卸式的安裝方法，選擇應(yīng)用油墊及橡膠材質(zhì)的石棉板等對(duì)其進(jìn)行密封處理，此外，也要科學(xué)按照壓力計(jì)、分離器等裝置，按照不同區(qū)域、不同材質(zhì)的裝置進(jìn)行腐蝕參數(shù)明確，對(duì)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行明確，從而判斷裝置運(yùn)行過程中內(nèi)部的腐蝕物質(zhì)含量以及腐蝕情況，采取相應(yīng)的措施將腐蝕危害降至最低。

3.3?耐腐蝕材料應(yīng)用策略

耐腐蝕材料的應(yīng)用可以提高裝置的抗腐蝕效果，延長(zhǎng)裝置的使用壽命?？紤]到裝置不同區(qū)域的腐蝕情況以及腐蝕程度存在明顯的差異，對(duì)各設(shè)備位置及所采用的材料進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如，可以將裝置系統(tǒng)中的反應(yīng)器可再生器進(jìn)行優(yōu)化，其殼體、分離器、拉桿等可以使用耐腐蝕程度比較強(qiáng)的碳鋼材料進(jìn)行制作。再生器的內(nèi)件也可采用碳鋼進(jìn)行制作，使用內(nèi)襯技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置內(nèi)部的保護(hù)。分餾塔、吸收塔及穩(wěn)定塔也可以應(yīng)用碳鋼對(duì)其進(jìn)行制作，考慮到裝置結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)性及穩(wěn)定性，可以采用滲鋁碳鋼和其他規(guī)格型號(hào)碳鋼相結(jié)合的方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

管道也可以采用一些耐腐蝕的材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，原料系統(tǒng)、反應(yīng)器裝置、再生器裝置及分餾塔管道均可以使用碳鋼，內(nèi)部可以采用隔熱襯里的方式進(jìn)行制作設(shè)計(jì)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究，碳鋼材料在抗腐蝕上有著很好的效果，同時(shí)可以支持催化裂化裝置穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)計(jì)與制作人員應(yīng)充分考慮到催化裂化裝置運(yùn)行過程的穩(wěn)定性，繼而考慮到材料對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)抗腐蝕效果的影響。

4?結(jié)語

綜上所述，催化裂化裝置腐蝕影響因素眾多，各個(gè)系統(tǒng)均有可能被腐蝕，對(duì)裝置的腐蝕機(jī)理及腐蝕影響因素進(jìn)行研究，多角度探討催化裂化裝置腐蝕控制方法，對(duì)腐蝕物質(zhì)參數(shù)等進(jìn)行明確，可以確保石油生產(chǎn)過程中的安全性。智能控制系統(tǒng)在催化裂化裝置防腐蝕生產(chǎn)中具有積極作用，可以提高石油生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

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中圖分類號(hào)：TE986DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2202-5640-4447作者簡(jiǎn)介：王遠(yuǎn)（1989—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)闊捰蜕a(chǎn)管理和工藝技術(shù)。