崔軻龍 張立斌

（中國石油獨山子石化分公司研究院，新疆 獨山子 833699）

0 引言

石油加工過程中需最大限度生產清潔、飽和、高附加值產品，而催化、焦化、重整等工藝難以有效脫除原油中的氯化物，只有通過加氫工藝才能有效脫除[1]。加氫反應流出物系統(tǒng)NH4Cl、NH4HS結晶，形成銨鹽或胺鹽堵塞和垢下腐蝕，不僅使系統(tǒng)壓降增大，而且還會導致高壓換熱器、高壓空冷管束及系統(tǒng)管線腐蝕減薄、穿孔、沖刷腐蝕等損傷，嚴重影響裝置的安全生產[2-4]。

殼牌首先提出并應用完整性操作窗口（Integrity Operating Windows，簡稱IOW）進行設備完整性與可靠性管理[5]。API將其標準化，形成API 584，完整性操作窗（IOW）口是預設工藝參數界限并執(zhí)行，以預防系統(tǒng)控制的中斷，以免導致無法充分控制整個工藝，避免承壓設備的未預計或未作應對計劃的性能劣化或損壞，包括設計變量范圍內維持控制的關鍵工藝參數（物理型）和腐蝕介質含量（化學型）兩種類型[6]。本文通過對影響加氫裂化裝置典型的腐蝕機理分析，采用HAZOP節(jié)點劃分方法進行腐蝕回路劃分[7,8]，RBI方法評估腐蝕風險[9]，最終建立加氫裂化裝置完整性操作窗口（IOW），為裝置完整性與可靠性管理提供基礎保障。

1 加氫裂化裝置腐蝕回路劃分

建立加氫裂化完整性操作窗口（IOW）的步驟之一是劃分腐蝕回路。API 584標準中腐蝕回路的劃分原則為將腐蝕機理相似、操作條件相似、材料機構相似的單元劃分到同一個部分中，但該方法在實際腐蝕回路劃分過程中存在一定困難，不同人員之間的劃分結果存在較大偏差。危險與可操作研究（HAZOP）方法中的工藝節(jié)點是指將系統(tǒng)或操作按具有確定邊界的設備、物料、管線、相態(tài)等劃分為不同的單元，使用HAZOP分析方法中的節(jié)點劃分原則和技巧劃分腐蝕回路，可有效提高腐蝕回路劃分的準確性。

根據HAZOP分析方法，將加氫裂化裝置工藝流程劃分為表1所示的18個腐蝕回路（Corrosion Circuit以下簡稱CC）。

表1 加氫裂化裝置腐蝕回路表

2 加氫裂化裝置腐蝕風險評估

RBI使用相對風險的概念，將設備一部分相對于另外一部分的風險排序，以確定檢測優(yōu)先權，過去的檢查和腐蝕監(jiān)測結果也與行業(yè)經驗一起，用以確定設備和管道的風險。采用RBI方法、同時基于對加氫裂化裝置的操作經驗對18個腐蝕回路完成基礎的腐蝕風險評估，將每個腐蝕回路按照損傷機理“可能性等級”和“后果等級”分類，評估出高風險回路3個，分別為：CC-01原料油進反應器、CC-02反應器及流出物、CC-03熱高分氣/熱低分氣。將上述3個腐蝕回路簡化為高溫部位腐蝕風險和反應流出物系統(tǒng)銨鹽腐蝕風險進行評估。

2.1 高溫部位腐蝕風險評估

加氫裂化裝置進料為減壓蠟油、焦化蠟油，在反應器之前存在高溫硫與環(huán)烷酸腐蝕，進反應器之后，環(huán)烷酸分解，需考慮高溫硫腐蝕，在原料混氫后的進料流程、反應流出物系統(tǒng)及循環(huán)氫系統(tǒng)，需考慮高溫H2/H2S腐蝕。

首先核對選材是否滿足規(guī)范要求，以SH/T 3129高酸原油加工裝置設備和管道設計選材導則、SH/T 3096高硫原油加工裝置設備和管道設計選材導則、Nelson曲線等作為參考依據，裝置高溫部位選材均滿足標準要求。收集近一年原料油硫含量、酸值分析數據，取平均值作為風險評估基礎和裝置硫、酸分布的依據，具體數據如表2所示。

表2 腐蝕介質分布數據

通過API 581附錄中腐蝕速率表核算，發(fā)現(xiàn)加氫裂化裝置理論腐蝕速率大于0.2mm/a的管道1條。進料段高溫部受環(huán)烷酸影響，E-105～E-102進料線現(xiàn)有材質是A335-P22，理論腐蝕速率達到0.254mm/a，如表3所示。

表3 理論腐蝕速率大于0.2mm/a設備管線

2.2 熱高分氣/熱低分氣系統(tǒng)銨鹽腐蝕風險評估

加氫反應過程中生成的H2S、NH3和HCl是熱高分氣/熱低分氣系統(tǒng)里堵塞與腐蝕的第一重要因素[10]，在一定溫度下會生成NH4Cl和NH4HS結晶，造成反應流出物系統(tǒng)設備管線堵塞、垢下腐蝕、沖刷腐蝕等問題。固態(tài)NH4Cl和NH4HS的形成，主要與兩類因素相關：原料的S、N、Cl；環(huán)境壓力與溫度。為了，采用API RP 932B提供的預測模型計算NH4Cl和NH4HS結晶溫度、注水量、銨鹽沖刷腐蝕理論腐蝕速率等參數評估風險，計算的主要結論數據如表4所示。

表4 反應流出物系統(tǒng)腐蝕風險評估主要結論數據

根據計算結果，結合工藝流程，可得出的如下結論：

（1）NH4Cl結晶點位于熱高分氣/原料油換熱器E-106管束內，析出速率為0.12kg/h。E-106之前和之后都有注水點，可以降低E-106管束銨鹽堵塞的風險；

（2）NH4HS結晶溫度位于空冷E-108之后，在空冷E-108之前有注水措施，計算注水量14.67t/h，實際注水量15t/h，因此NH4HS不會在反應流出物系統(tǒng)析出；

（3）NH4HS濃度為1.78%，會造成注水點后設備管道的沖刷腐蝕，理論腐蝕速率為0.127mm/a，具有一定的風險。

3 建立加氫裂化裝置完整性操作窗口（IOW）

為保障裝置的長周期運行，根據識別的高風險腐蝕回路，通過腐蝕速率監(jiān)測、工藝操作減緩和預防腐蝕，煉出關鍵參數組成壓力設備的操作邊界，綜合成一系列的操作窗口[11]。

（1）CC-01原料油進反應器回路主要風險為高溫H2/H2S腐蝕，回路中管線材質為A335-P22，應通過在線測厚探頭對E-105至E-102進料線進行壁厚監(jiān)測；

（2）CC-02反應器及流出物回路主要風險為反應器高溫氫損傷及氫脆，開停工過程中應嚴格遵守升降溫、升降壓控制參數，防止高溫氫損傷及氫脆；

（3）CC-03熱高分氣/熱低分氣回路的主要風險為NH4Cl和NH4HS結鹽，造成反應流出物系統(tǒng)設備管線堵塞、垢下腐蝕、沖刷腐蝕等問題。加氫裂化原料中N、Cl是影響NH4Cl結晶溫度的關鍵參數，原料中N、S是影響NH4HS結晶溫度與濃度的關鍵參數，在給定的NH4HS濃度下溶液的腐蝕速率隨H2S分壓的增加而增加。

綜上所述，建立加氫裂化裝置3個高風險腐蝕回路的完整性操作窗口（IOW），如表5所示。

表5 加氫裂化裝置完整性操作窗口（IOW）

4 結語

（1）根據HAZOP分析方法中的工藝節(jié)點劃分原則，即系統(tǒng)或操作按具有確定邊界的設備、物料、管線、相態(tài)等劃分為不同的單元，加氫裂化裝置工藝流程可劃分為18個腐蝕回路；

（2）通過RBI風險評估方法、操作經驗進行18個腐蝕回路的風險評估，評估出高風險腐蝕回路3個，主要的腐蝕風險為高溫H2/H2S腐蝕、高溫氫侵蝕及氫脆、NH4Cl和NH4HS結鹽引起的垢下腐蝕、沖刷腐蝕等問題并采用API RP 932B提供的預測模型計算了NH4Cl和NH4HS結晶溫度、注水量、銨鹽沖刷腐蝕理論腐蝕速率等參數；

（3）根據腐蝕風險評估結果，通過建立腐蝕速率監(jiān)測、工藝操作等8個完整性操作窗口（IOW），可有效減緩和預防高風險腐蝕回路的腐蝕問題。