張 平

（中國石油四川石化有限責(zé)任公司，四川成都 611930）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對石油資源的需求量也在逐漸增加，因此提高石油開采和冶煉的質(zhì)量，是目前改善我國石油資源短缺問題的重要措施?，F(xiàn)階段我國石油冶煉使用的原材料主要是進(jìn)口的高硫原油。高硫原油在加工過程中必須要保證能夠通過加氫裝置才能夠改善其使用效果，但目前加氫裝置設(shè)備在實際使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)腐蝕問題，不僅影響加氫裝置設(shè)備的使用效率，也會對煉油廠的經(jīng)濟(jì)效益造成影響。目前我國針對加氫裝置設(shè)備采取的防腐措施，主要是通過對加氫裝置應(yīng)用的相關(guān)流程進(jìn)行優(yōu)化，并且明確后期在加氫裝置過程中可能造成的腐蝕原因。但是現(xiàn)階段很多煉油廠對加氫裝置設(shè)備的防護(hù)無法滿足相關(guān)要求，導(dǎo)致很多加氫裝置設(shè)備出現(xiàn)了嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，這樣不僅會影響加氫裝置設(shè)備的使用年限，還會對煉油廠的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量造成影響，因此必須要保證能夠通過合理的措施，改善加氫裝置設(shè)備的使用效果，進(jìn)而避免加氫裝置設(shè)備出現(xiàn)爆炸等嚴(yán)重的安全事故。

1 加氫裝置設(shè)備腐蝕分析

1.1 高溫氫損傷分析

目前加氫裝置設(shè)備的腐蝕主要是高溫氫損傷，在常溫狀態(tài)下氫氣不會對碳鋼元素產(chǎn)生腐蝕，但是如果其條件發(fā)生改變，在高溫高壓的狀態(tài)下則會出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，尤其是在溫度相對較高的狀態(tài)下，氫氣會穩(wěn)定地存在于加氫裝置設(shè)備中，并且會在加氫反應(yīng)系統(tǒng)和管道中大量留存，不僅會導(dǎo)致在高溫狀態(tài)下出現(xiàn)氫損傷問題，還會導(dǎo)致在高壓高溫的狀態(tài)下氫原子和鋼材中的碳化物發(fā)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，造成嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。其主要原理是氫元素會和鋼材中的碳元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成甲烷氣體，甲烷氣體又會全部聚集在鋼物質(zhì)的夾縫處，在局部應(yīng)力相對較為集中時，整個鋼材的機(jī)械性能嚴(yán)重下降，使鋼材的強(qiáng)度無法滿足后期的使用要求，甚至出現(xiàn)斷裂問題。目前出現(xiàn)氫損傷主要分為表面脫碳損傷，氫鼓包損傷，氫腐蝕損傷以及氫脆損傷等不同的氫損傷，腐蝕現(xiàn)象所需要采取的防護(hù)措施也會有所差別。

在不同氫損傷類型的影響下，因為采取的防護(hù)措施有所區(qū)別，所以必須要針對不同類型的損傷進(jìn)行腐蝕現(xiàn)象的分析。

（1）氫脆現(xiàn)象分析。其主要原理是氫原子會和鋼材中的相關(guān)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)形成氫分子，形成氫分子的過程中，可能會導(dǎo)致鋼材中的結(jié)合能力下降，使整個鋼材的延展性能和穩(wěn)固性能下降。氫脆的反應(yīng)屬于可逆化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)氫氣從鋼材材料中出來以后，其材料的力學(xué)性能還能夠得到相應(yīng)的恢復(fù)，氫脆的發(fā)生階段主要是在裝置的停運(yùn)階段，在此階段中整個系統(tǒng)的壓力下降，導(dǎo)致氫氣在鋼材中的溶解能力下降，所以，導(dǎo)致很多氫氣在鋼材中出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。而溫度降低的過程中，很多飽和的氫氣會聚集在鋼材的裂縫處，使裂縫出現(xiàn)擴(kuò)展問題。

（2）表面脫碳高溫氫損傷分析。表面脫碳的主要原理是在溫度相對較高，并且分壓的狀態(tài)下表面脫碳現(xiàn)象總會發(fā)生在表面。脫碳現(xiàn)象發(fā)生的過程中不會導(dǎo)致鋼材出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象，但是因為表面脫碳，可能會導(dǎo)致鋼材中的碳元素?fù)p失，使鋼材出現(xiàn)局部的硬度及強(qiáng)度下降的問題。表面脫碳的主要原理是碳元素可能會從鋼材的里面遷移到鋼材的表面，導(dǎo)致在表面出現(xiàn)相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而生成甲烷氣體。

（3）氫鼓包現(xiàn)象分析。其主要原因是氫原子可能會在外力的作用下不斷擴(kuò)散到鋼材的內(nèi)部，因為鋼材內(nèi)部夾雜了過多的非金屬物質(zhì)，導(dǎo)致鋼材出現(xiàn)分層或不連續(xù)的問題，進(jìn)而使聚集的位置，溢出過多的氫分子。因為氫分子的體積相對較大，無法像氫原子一樣擴(kuò)散到鋼材的內(nèi)部，導(dǎo)致鋼材內(nèi)部形成較大的內(nèi)部壓力，使鋼材表面出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象，嚴(yán)重時還可能出現(xiàn)破裂問題。

（4）氫腐蝕現(xiàn)象分析。在外界環(huán)境為高溫高壓時，氫元素可能會進(jìn)入到金屬物質(zhì)中，和其中的某些金屬元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致金屬元素的相關(guān)性質(zhì)遭到破壞。此相關(guān)原理為氫腐蝕原理，在溫度大于200 ℃時，氫元素會進(jìn)入到鋼材的內(nèi)部，并且在壓強(qiáng)相對較低的情況下會和鋼材內(nèi)部的碳元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成甲烷氣體。因為甲烷氣體所占體積相對較大，會導(dǎo)致整個鋼材金屬內(nèi)部出現(xiàn)較多的空穴或小裂縫，使鋼材強(qiáng)度和硬度性能都有所改變，在形變較大的情況下還可能會出現(xiàn)破裂問題。

1.2 高溫硫化氫物質(zhì)的腐蝕分析

除了氫元素會對加氫裝置設(shè)備產(chǎn)生一定的腐蝕以外，高溫硫化氫物質(zhì)也會產(chǎn)生一定的腐蝕現(xiàn)象。硫化氫的腐蝕主要發(fā)生在整個反應(yīng)系統(tǒng)中溫度較高的部分，在高于240 ℃的情況下氫氣和硫化氫物質(zhì)會形成相應(yīng)的腐蝕環(huán)境而導(dǎo)致鋼材產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，同時硫化氫會和金屬發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)而生成硫化鐵保護(hù)膜。因為溫度較高，所以很多活性較強(qiáng)的硫化物質(zhì)也可以和鋼材中的金屬物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而生成硫化鐵保護(hù)膜。在氫元素濃度相對較大的外界環(huán)境中，越來越多的氫原子會隨著間隙不斷進(jìn)入硫化物的腐蝕層，使硫化鐵保護(hù)膜出現(xiàn)分解現(xiàn)象，產(chǎn)生過多的疏松孔隙，導(dǎo)致金屬原子和硫化氫介質(zhì)之間出現(xiàn)相互擴(kuò)散和滲透問題，使腐蝕速度加快。

1.3 銨鹽物質(zhì)腐蝕分析

銨鹽物質(zhì)也會導(dǎo)致加氫裝置設(shè)備出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，在煉油過程中會產(chǎn)生一定的氯化氨物質(zhì)和硫化氨物質(zhì)，這兩種物質(zhì)在一定的條件下會發(fā)生結(jié)晶現(xiàn)象，在結(jié)晶以后因為變成固體，會導(dǎo)致高壓空冷器和高壓換熱器出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，尤其是氯化氨物質(zhì)在空冷器前發(fā)生結(jié)晶問題時，會使整個換熱器和空冷器的使用效率下降。目前，在反應(yīng)過程中生成的氯化氨物質(zhì)和硫化氨物質(zhì)造成的影響相對較大，所以必須保證能夠通過注水清洗等方式，避免其堵塞高壓空冷器和高壓換熱器。同時因為硫化氨物質(zhì)的腐蝕性能相對較強(qiáng)，所以在進(jìn)行沖洗的過程中只能緩解氯化胺物質(zhì)帶來的腐蝕問題，但是因為氯化氨物質(zhì)的吸水性較強(qiáng)，在沖洗過程中還會形成水垢，導(dǎo)致高壓換熱器和高壓空冷器的使用效率下降、使用壽命縮短，所以必須要針對氯化氨物質(zhì)和硫化氨物質(zhì)等采取合理的防腐措施。

1.4 低溫硫化氫物質(zhì)的腐蝕分析

不僅在高溫的狀態(tài)下硫化氫物質(zhì)會造成一定的腐蝕現(xiàn)象，在溫度相對較低的情況下硫化氫物質(zhì)也會造成一定的腐蝕，因為含水部位較多的硫化氫物質(zhì)會對高壓空冷器，硫化氫氣體塔以及高壓分離器等產(chǎn)生一定的影響，所以還應(yīng)該探究低溫狀態(tài)下硫化氫物質(zhì)的腐蝕形態(tài)，因為其在低溫狀態(tài)下可能發(fā)生電化學(xué)腐蝕，導(dǎo)致鋼材的表面出現(xiàn)腐蝕，所以必須要明確硫化氫物質(zhì)在低溫狀態(tài)下的腐蝕流程，了解氫物質(zhì)在發(fā)生腐蝕化學(xué)反應(yīng)以后形成的氫脆以及腐蝕問題的具體原因。另外，其他含有硫元素的物質(zhì)也會產(chǎn)生一定的腐蝕現(xiàn)象，例如，在煉油廠煉油的過程中會產(chǎn)生硫酸物質(zhì)，因為硫酸物質(zhì)具有較強(qiáng)的腐蝕性，并且其酸性也較強(qiáng)，所以在常溫下可以和鋼材中的鐵元素及其他活性較強(qiáng)的金屬元素發(fā)生反應(yīng)，在高溫狀態(tài)下形成硫化鐵物質(zhì)，導(dǎo)致鋼材出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。而當(dāng)整個裝置停止運(yùn)行時，溫度會隨之降低，這時硫化鐵物質(zhì)會和水分及空氣充分接觸形成連多硫酸，導(dǎo)致整個加氫裝置設(shè)備出現(xiàn)晶間型的腐蝕破裂問題。

2 加氫裝置設(shè)備防腐蝕措施分析

目前針對加氫裝置設(shè)備采取的防腐蝕措施主要有以下4 種。

（1）設(shè)計階段采取合理措施。需要在選材的過程中進(jìn)行明確的分析，并且保證在加氫裝置設(shè)備選材的過程中嚴(yán)格根據(jù)管道設(shè)備的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行選擇，同時還要在前期的設(shè)計過程中嚴(yán)格按照相應(yīng)的計算流程，對參數(shù)進(jìn)行合理的計算和掌控。

（2）工藝設(shè)計過程中明確反應(yīng)物的具體類型，并且要了解其整個換熱過程。需要在參數(shù)設(shè)定的過程中明確其壓力和溫度的具體數(shù)值，同時要在換熱器運(yùn)行之前，對其參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)置，防止兩臺不同的換熱器都被氯化氨鹽的結(jié)晶現(xiàn)象影響。

（3）在設(shè)備的安裝過程中明確其具體的安裝流程，并且嚴(yán)格按照換熱管道的焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接，還要在安裝完成以后對其氣密性進(jìn)行檢查。為了防止硫化氫物質(zhì)造成嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，在進(jìn)行焊縫檢查的過程中，要保證能夠全面并且對其硬度進(jìn)行相應(yīng)的控制，既要保證焊接材料更加優(yōu)質(zhì)，又要保證整個焊接過程符合相關(guān)要求，在焊接之前必須要保證對管道材料進(jìn)行穩(wěn)定化的熱處理，并且要采取固溶的措施，保障管道在焊接完成以后能夠通過熱處理，使其焊縫的硬度達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

（4）對原材料質(zhì)量進(jìn)行合理控制，從根本上提高其防腐蝕效果。在進(jìn)行加氫裝置設(shè)備應(yīng)用的過程中，不僅要加強(qiáng)對其使用效果的監(jiān)督，還要通過實時監(jiān)控的措施，提高換熱器及空冷器的使用效果，既要防止結(jié)晶物質(zhì)造成堵塞問題，又要保證其使用效率。

3 結(jié)束語

綜上所述，為提高煉油廠在煉油過程中加氫裝置設(shè)備的使用效率，必須要不斷加強(qiáng)相應(yīng)的監(jiān)督和管控，尤其是在開停工的過程中也應(yīng)該做好管理工作，并且要保證能夠?qū)σ呀?jīng)腐蝕的加氫裝置設(shè)備采取合理的檢修和應(yīng)急搶修措施，這樣才能提高加氫裝置設(shè)備的使用效率，為煉油廠的經(jīng)濟(jì)效益提升奠定基礎(chǔ)。