摘 要 常減壓、催化、焦化、加氫等大型煉油過(guò)程中分餾塔的結(jié)鹽和腐蝕普遍存在。傳統(tǒng)采用被動(dòng)防腐以及粗放注水方法沒(méi)有解決上述問(wèn)題。以微液滴洗鹽和組合纖維強(qiáng)化油水分離為核心的在線除鹽防腐技術(shù)得到關(guān)注和廣泛應(yīng)用，總結(jié)了煉油過(guò)程分餾塔在線除鹽防腐關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用情況，對(duì)本質(zhì)安全的主動(dòng)防腐提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞 分餾塔 除鹽 防腐 油水分離 主動(dòng)防腐

中圖分類(lèi)號(hào) TQ051.1" "文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A" "文章編號(hào) 0254?6094（2025）02?0196?06

近年來(lái)，我國(guó)煉油能力達(dá)到9.1億噸/年，原油加工量突破7億噸/年[1]，成本低廉導(dǎo)致含硫原油和高硫高酸原油占比較大，煉廠面臨的腐蝕問(wèn)題日趨嚴(yán)重。原油中的氯、氟、氧、氮、硫及酸堿等腐蝕物質(zhì)，最終在煉化裝置的分餾塔富集，導(dǎo)致分餾塔低溫段及其循環(huán)系統(tǒng)腐蝕和結(jié)鹽。我國(guó)煉廠分餾單元數(shù)量多，可查詢(xún)到的催化裂化裝置分餾塔約190套[2]，因此煉油過(guò)程分餾塔除鹽防腐對(duì)我國(guó)工業(yè)裝置安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行影響重大。

塔頂循環(huán)油中夾帶的低濃度Cl-、S2-、NH4+等在含水條件下易產(chǎn)生結(jié)鹽、腐蝕等問(wèn)題，銨鹽結(jié)晶-沉積-垢下組合腐蝕和沖刷腐蝕是其主要腐蝕類(lèi)型[3～6]，極易造成非正常停工引起生產(chǎn)安全事故。在常減壓、催化、焦化、加氫等大型石油化工生產(chǎn)裝置中分餾塔的結(jié)鹽和腐蝕已成為普遍問(wèn)題。

在我國(guó)，廖靜雯對(duì)多套煉化企業(yè)常減壓裝置設(shè)備腐蝕失效案例進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)[7]，發(fā)現(xiàn)常壓塔塔頂腐蝕情況較其他部位更嚴(yán)重，結(jié)果表明設(shè)備腐蝕程度隨著原油中的含硫量、酸值、含鹽量和金屬含量的提高而加重。2012年，某140萬(wàn)噸/年重油催化裂化裝置出現(xiàn)9臺(tái)低溫水換熱器泄漏現(xiàn)象，污染水質(zhì)，嚴(yán)重影響了儲(chǔ)罐和生活區(qū)的供熱[8]。2018年，某延遲焦化分餾塔頂循發(fā)生泄漏[9]。

國(guó)際上，2012年雪佛龍瑞奇蒙德煉油廠常壓塔常四線管道破裂并引發(fā)火災(zāi)，事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)，碳鋼管道腐蝕減薄失效[10]，泄漏時(shí)，管線內(nèi)的柴油流量約10 800桶每天，折合1 700 m3/d。2004年蘇丹喀土穆煉油有限公司180萬(wàn)噸/年重油催化裂化裝置分餾塔出現(xiàn)堵塞和沖塔，逐次沖塔程度越來(lái)越嚴(yán)重，裝置處理量從215 t/h降低至160～190 t/h，沖塔現(xiàn)象持續(xù)了7年[11]。

1 傳統(tǒng)技術(shù)方法

針對(duì)煉油過(guò)程分餾塔腐蝕結(jié)鹽問(wèn)題，傳統(tǒng)技術(shù)方法包括“一脫四注”、設(shè)備材料優(yōu)選、表面保護(hù)技術(shù)等。但是設(shè)備材質(zhì)升級(jí)、表面保護(hù)技術(shù)均無(wú)法解決結(jié)鹽堵塞問(wèn)題，另外緩蝕劑還存在高溫失活問(wèn)題[12]。根據(jù)陳崇剛等的調(diào)查[13]，我國(guó)12家企業(yè)52套加氫裝置中還在采用注緩蝕劑控制腐蝕的有40套，占76.9%，這40套裝置中有17套裝置應(yīng)用緩蝕劑報(bào)告過(guò)腐蝕問(wèn)題，所占比例為42.5%，即有近一半采用緩蝕劑防腐蝕的裝置不成功;12套未注緩蝕劑的裝置中，5套裝置因緩蝕劑或注緩蝕劑不當(dāng)引起更嚴(yán)重的腐蝕。通常認(rèn)為，如果原油脫鹽后含鹽量小于3.5ppmNaCl（1ppm=0.001‰），理論上塔頂餾出物中HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于20ppm且沒(méi)有結(jié)鹽。某研究報(bào)道中指出，當(dāng)出現(xiàn)脫鹽器故障、注劑系統(tǒng)意外失效導(dǎo)致結(jié)垢降低換熱、結(jié)鹽降低流量的情況，人工水洗必不可少。然而實(shí)際上即使采用人工水洗和注劑的方法，在催化裂化、加氫、重整等煉油過(guò)程中仍然出現(xiàn)腐蝕泄漏的問(wèn)題[14]。表1列舉了傳統(tǒng)塔頂除鹽防腐方法。

根據(jù)化工本質(zhì)安全的概念，即“沒(méi)有危險(xiǎn)物料就不會(huì)導(dǎo)致物料泄漏”[30，31]，主動(dòng)除鹽實(shí)現(xiàn)防腐是解決上述問(wèn)題的重要途經(jīng)。由于塔頂腐蝕結(jié)鹽的主要介質(zhì)是無(wú)機(jī)鹽，注水是一種危險(xiǎn)物料移除的主動(dòng)防腐方法。傳統(tǒng)塔頂注水方法存在極大的安全隱患，夏文偉等通過(guò)在延遲焦化分餾塔頂注水解決了分餾塔結(jié)鹽的問(wèn)題，但是粗放式注水會(huì)引起水環(huán)境條件下的設(shè)備腐蝕問(wèn)題[32]。

2 塔頂除鹽防腐關(guān)鍵技術(shù)

2.1 開(kāi)路洗鹽工藝流程

分餾塔頂?shù)母g和結(jié)鹽，一方面是由于物料帶水帶鹽，另一方面是因?yàn)樗敶嬖陂]路循環(huán)，導(dǎo)致鹽組分循環(huán)累積。發(fā)明專(zhuān)利《延長(zhǎng)分餾塔頂循環(huán)油系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)周期的方法》（專(zhuān)利號(hào)：ZL201310138971.8）中延長(zhǎng)了分餾塔頂循環(huán)油系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)周期，抽出部分塔頂循環(huán)油進(jìn)行注水除鹽，然后返回原流程，采用這種分餾塔頂循環(huán)、回流系統(tǒng)開(kāi)路在線除鹽防腐新工藝替代傳統(tǒng)的被動(dòng)式防腐模式（化學(xué)注劑防腐、材質(zhì)升級(jí)），可以避免高成本的材質(zhì)升級(jí)，解決了停工頻率高、物料損耗大、運(yùn)轉(zhuǎn)周期短等問(wèn)題。開(kāi)路在線除鹽防腐新工藝（虛線內(nèi)為新增除鹽設(shè)備）如圖1所示。

2.2 微液滴強(qiáng)化洗鹽

在開(kāi)路在線除鹽防腐新工藝中，分餾塔頂循環(huán)和回流油中夾帶的鹽離子濃度低（通常為3～15 mg/L），水洗過(guò)程存在擴(kuò)散傳質(zhì)推動(dòng)力弱的問(wèn)題。針對(duì)油品中微量腐蝕離子的深度脫除難題，利用渦流強(qiáng)化液滴的表面更新速率提高傳質(zhì)系數(shù)[33]，使得對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)提高一倍以上。利用液流剪切破碎液滴形成較大的傳質(zhì)比表面積[34]，可以使總傳質(zhì)通量大幅提高，技術(shù)原理如圖2所示。

2.3 親疏水組合纖維強(qiáng)化油水分離

在開(kāi)路在線除鹽防腐新工藝中，洗鹽后高溫油中水滴粒徑較小，存在深度脫除的難題，基于前驅(qū)液膜主導(dǎo)液滴在纖維表面快速聚并的機(jī)制，利用角度優(yōu)化的親疏水組合纖維來(lái)提高乳化微液滴的捕獲分離概率[35]，實(shí)現(xiàn)微萃取高乳化混合液的深度脫水分離，技術(shù)原理如圖3所示。

2.4 成套裝備

構(gòu)建以微液滴洗脫耦合微液滴分離為核心的高效除鹽成套裝備，滿(mǎn)足緊湊空間約束條件下的改造實(shí)施要求。首先通過(guò)變徑式徑向深度洗鹽器將注水均勻分散到循環(huán)油中，油中的鹽部分溶解到水中，混合器內(nèi)部強(qiáng)烈的旋流和湍動(dòng)使得水滴表面更新速度加快，有助于快速深度捕獲油品中夾帶的鹽類(lèi)和酸性腐蝕性介質(zhì)，進(jìn)而在混合器內(nèi)同時(shí)完成混合分散和對(duì)鹽類(lèi)物質(zhì)的洗脫過(guò)程。油水分離器中的粗?；K和波紋強(qiáng)化沉降模塊使得液滴不斷長(zhǎng)大，纖維聚結(jié)模塊深度捕獲微小水滴，從而快速高效地實(shí)現(xiàn)油水兩相分離，鹽類(lèi)和酸性腐蝕性介質(zhì)被污水帶出系統(tǒng)，達(dá)到塔頂循環(huán)系統(tǒng)在線脫鹽脫酸的目的。該成套裝備具有分離高效穩(wěn)定、內(nèi)構(gòu)件可蒸汽吹掃和抗堵塞的優(yōu)勢(shì)。

3 技術(shù)應(yīng)用效果

塔頂除鹽防腐關(guān)鍵技術(shù)基于本質(zhì)安全原理發(fā)展出了一種主動(dòng)防腐模式，解決了石化分餾和汽提重大裝備因結(jié)鹽腐蝕泄漏帶來(lái)的安全問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了石化行業(yè)的安全生產(chǎn)。在避免材質(zhì)升級(jí)、降低運(yùn)行成本、消除傳統(tǒng)能耗物耗、保障下游裝置穩(wěn)定4個(gè)方面，該技術(shù)也呈現(xiàn)了較高的經(jīng)濟(jì)效益。

近年來(lái)，我國(guó)諸多文獻(xiàn)中也相繼報(bào)道了以微液滴洗鹽、纖維油水分離、開(kāi)路洗滌為核心的塔頂除鹽防腐方法（表2）。針對(duì)分餾/汽提塔頂循環(huán)油/回流油系統(tǒng)的結(jié)鹽、腐蝕等問(wèn)題，采用塔頂除鹽防腐關(guān)鍵技術(shù)，達(dá)到了除鹽精度高、腐蝕速率低、人力成本低、安全系數(shù)高等效果。塔頂油抽出比例通常在5%～15%，注水量通常是抽出油的10%～20%左右，總體注水比例約為0.05%～2.00%，較傳統(tǒng)粗放式注水，注水比例大幅下降。在不斷的技術(shù)改造過(guò)程中，優(yōu)化了開(kāi)路洗滌、微液滴洗鹽、深度脫水工業(yè)參數(shù)，同時(shí)，由于注水水源通常來(lái)自裝置自產(chǎn)的酸性水、凈化水等，因此沒(méi)有增加裝置新鮮水消耗和廢水排放。

在公開(kāi)的文獻(xiàn)報(bào)道中，技術(shù)實(shí)施后的腐蝕速率均滿(mǎn)足中國(guó)石化《煉油工藝防腐蝕管理規(guī)定》的要求，塔頂平均腐蝕速率不大于0.2 mm/a（腐蝕探針或掛片測(cè)定法），分餾系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)壽命更長(zhǎng)、更穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量得到長(zhǎng)期保證，提升了裝置的經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行水平及其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，避免了人工洗塔存在的跑冒滴漏等危險(xiǎn)操作，降低了現(xiàn)場(chǎng)巡檢和檢修的安全隱患，推進(jìn)了石化行業(yè)無(wú)人工廠、智能工廠的發(fā)展。

4 結(jié)論與展望

針對(duì)分餾塔結(jié)鹽腐蝕造成的生產(chǎn)安全問(wèn)題，我國(guó)煉廠長(zhǎng)期采用傳統(tǒng)的被動(dòng)防腐和粗放注水方法，雖然能夠在一定程度上緩解生產(chǎn)波動(dòng)和安全問(wèn)題，但并沒(méi)有徹底根除這一痼疾。隨著我國(guó)加工原油的劣質(zhì)化，以微液滴洗鹽和組合纖維強(qiáng)化油水分離為核心的在線除鹽防腐技術(shù)得到了逐步推廣應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)了低濃度腐蝕物質(zhì)的高效洗滌脫除。利用高效低耗的徑向微萃取及深度脫水設(shè)備，構(gòu)建了煉油過(guò)程分餾塔開(kāi)路主動(dòng)除鹽防腐新工藝，替代傳統(tǒng)化學(xué)注劑防腐或材質(zhì)升級(jí)的被動(dòng)防腐模式，提升了石化重大裝備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

在線除鹽防腐技術(shù)主要適用于煉油過(guò)程分餾塔腐蝕和結(jié)鹽最嚴(yán)重的塔頂?shù)蜏貐^(qū)域，該技術(shù)可以有效脫除無(wú)機(jī)形態(tài)的腐蝕性離子。在溫度更高的分餾塔中段和底部，腐蝕性組分是有機(jī)形態(tài)的，該技術(shù)雖然可以通用，但此時(shí)水作為洗鹽溶劑不再適用，有待開(kāi)發(fā)匹配有機(jī)腐蝕性組分的新溶劑和新材料。隨著新材料、新工藝的發(fā)展，分餾塔高溫段的在線除鹽防腐技術(shù)有望進(jìn)一步發(fā)展。

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