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催化裂化裝置腐蝕與典型設備防腐措施初探

2021-04-20 01:21:13 hualin

催化裝置主要是以減壓蠟油和部分重餾分油為原料油,在催化劑作用下轉化為高辛烷值汽油和化工原料。本文簡要介紹了催化裂化裝置的腐蝕情況,并對典型設備波紋管膨脹節和分餾塔塔頂循環換熱器的腐蝕情況、原因和防腐措施進行了初步探討。


1、催化裝置主要腐蝕情況

在催化裝置中,由于工藝系統的復雜和腐蝕介質的不同,所以表現出的腐蝕形式也較多。在不同的系統,有不同的腐蝕形式。

1.1 反應一再生系統

反應一再生系統的主要腐蝕形式為: 高溫氣體腐蝕、催化劑引起的磨蝕和沖蝕、奧氏體不銹鋼的高溫水應力腐蝕開裂和熱應力腐蝕疲勞等。腐蝕形態通常為均勻減薄、坑蝕或局部穿孔、裂紋等。

高溫氧化腐蝕較嚴重的部位有: 再生器溢流管、檢修平臺及旋風分離器拉筋: 反應器粗旋風分離器外部、旋風分離器料腿拉桿等。高流速催化劑磨蝕和沖蝕較嚴重的部位有: 再生器分布管( 板) 、旋風分離器灰斗及翼閥、大煙道雙動滑閥及煙道擋板; 反應器分布管、旋風分離器灰斗及翼閥等。

1. 2、分餾系統

分餾系統的腐蝕形式主要是高溫硫腐蝕和高溫環烷酸腐蝕。高溫硫腐蝕部位主要存在于分餾塔底及相應的底部管線、泵、換熱器等設備,腐蝕形態為均勻減薄及局部穿孔。高溫環烷酸腐蝕的部位基本同于高溫硫腐蝕,主要集中于分餾塔的下部,同時也存在于重油管線,分餾塔內件以及相應的管線換熱器等部位。腐蝕部位一般光滑無垢,腐蝕形態為帶有銳角邊的蝕坑和蝕槽,其特點是受溫度及流體速度的影響較大。

1.3、 吸收穩定系統

吸收穩定系統的腐蝕主要是H2S -HCN-H2O型的腐蝕。腐蝕形式表現為全面腐蝕、鼓泡及硫化物應力腐蝕開裂。全面腐蝕存在于吸收解吸塔頂部及底部、穩定塔頂部及中都、再吸收塔頂部及中部。上述部位呈均勻點蝕和坑蝕直至穿孔。鼓泡存在于解吸塔頂和解吸氣空冷器至后冷器殼體、凝縮油沉降罐罐壁和吸收解吸段塔塔壁、再吸收塔塔壁、穩定塔塔壁及其塔頂油水分離器器壁等部位。硫化物應力腐蝕開裂存在于奧氏體不銹鋼焊縫及其熱影響區,如該系統的工藝管線、換熱器管束等等。

1.4、 能量回收系統

該系統的腐蝕形式主要有高溫煙氣的沖蝕和磨蝕、亞硫酸或硫酸的“露點”腐蝕以及 Cl-引起的奧氏體不銹剛的應力腐蝕開裂。主要腐蝕部位通常存在于三級旋風分離器的分離單管及后部的雙動滑閥、煙氣輪機葉片、波紋管膨脹節和再生器取熱管等。

2典型設備防腐措施

2.1、波紋管膨脹節防腐措施

腐蝕概況:波紋管膨脹節是一種良好的變形補償沒備。由于催化反應一再生系統的操作條件苛刻,腐蝕性極強,煙氣中的催化劑對設備沖刷嚴重。因此,波紋管膨脹節在使用過程中長則數月短則數天就會失效。通常在催化裝置常用的是18 - 8型奧氏體不銹剛波紋管膨脹節,其屬蝕失效形態主要表現為波紋管的穿孔和開裂。波紋管膨脹節接觸的是再生煙氣。其溫室高達 700 ℃,主要成分 CO2、CO、O2、N2、H2S、NOx、氯離子、催化粉塵和水蒸氣,在一定條件下它們會造成膨脹節的腐蝕。由于波紋管的管壁很薄,極易造成穿孔和開裂。

(1) 波紋管膨脹節的穿孔部位一般出現在波紋管下部的波峰部位。有三種原因會導致波紋管的穿孔。

① 氯化物引起的穿孔。煙氣中的氯化物溶解在膨脹節內表面波峰處的冷凝液體中。形式含氯腐蝕介質。當其濃度超過產生點蝕的臨界濃度時。就會使波峰處產生蝕坑。內表面有缺陷處或表面膜不完整處將成為點蝕的引發源,隨著點蝕的不斷發展最終導致穿孔。

② 垢下腐蝕引起的穿孔。煙氣中的催化粉塵等雜質沉淀在波紋管的下部波峰處,使其覆蓋下的金屬表面在電解質溶液中與同周圍金屬形成宏觀腐蝕電池,其金屬成為腐蝕電池的陽極而被腐蝕直至穿孔。穿孔部位大多覆蓋著催化劑粉塵和硫磺等物質。

③“露點”腐蝕引起的穿孔。由于波紋管膨脹節處沒有保溫,且內部有導流筒,有的還通冷卻蒸汽,使得膨脹節的表面溫度較低,從而產生“露點”腐蝕,即煙氣中的二氧化硫、三氧化硫及水蒸氣在膨脹節內表面冷凝,形成混酸腐蝕膨脹節。

(2) 波紋管膨脹節的開裂一般出現在邊波與直邊過渡段及焊接熱影響區,裂紋呈環向。有兩種原因可導致波紋管膨脹節的開裂。

① 氯化物引起的應力腐蝕開裂。由于波紋管膨脹節在制造、安裝過程中不可避免地存在殘余拉應力,且波紋管的表面溫度怡好處在 Cr-Ni 奧氏體不銹鋼產生 應 力 腐 蝕 開 裂 的 敏 感 溫 度 范 圍 內 ( 150 ~200 ℃ ) ,介質中很少量的 Cl-就可導致波紋管膨脹節的應力腐蝕開裂。

② 連多硫酸( H2SxO6) 可引起的應力腐蝕開裂。H2SxO6

是由設備運行中表面生成的FeS 與 O2和 H2O一起作用形成的,一般在設備停工期間會產生 H2SxO6,故 H2SxO6引起的應力腐蝕開裂一般發生在停工期間。

防腐措施

(1) 為防止波紋膨脹節腐蝕開裂,可在工藝上采取以下措施: 盡量減少開停工次數,這樣既可減少停機期間波紋管處產生H2

SxO6的可能,又可避免因熱疲勞造成的損傷; 停機期間對波紋管進行通 N2保護,防止 H2SxO6的生成,或用堿液進行局部涂刷清洗,將波紋管表面生成的H2SxO6中和掉( 使 p H值大于5) ;波紋管在役過程中停注冷卻蒸汽。從波紋管的腐蝕類型來說,各種腐蝕均屬電化學腐性,停注冷卻蒸汽,可避免在役中的波紋管澎服節表面電解質的形成。對防止波紋管的穿孔和開裂均有好處。

( 2) 18 - 8 型奧氏體不銹鋼表面改性。將18 - 8型奧氏體不銹鋼進行特殊的陽極氧化處理,使其表面生成一層富Cr 保護膜,可使其點蝕電位大大提高,同時對于H2SxO6造成的應力腐蝕開裂的敏感性也大大降低。對其表面進行滲鋁保護,也是可取的辦法。

( 3) 選擇合適的耐蝕材料。對于因 Cl-造成的點蝕或應力腐蝕開裂,可用抗點蝕或應力腐蝕的鋼種,如0Cr18Ni12Mo2Ti,00Cr18Ni12Mo2,OCr18Ni12Mo3Ti或00Cr18Ni12Mo3,對于因H2SxO6引起的應力腐蝕開裂,可選用316L 或 321 作為抗連多硫酸的材料。

( 4) 消除殘余應力。殘余應力有加工殘余應力和焊接殘余應力。消除殘余應力對防止點蝕和應力腐蝕開裂均有好處。對于奧氏體不銹鋼應進行固溶處理,若是含穩定化元素的奧體不銹鋼則要進行固溶處理及穩定化處理,這樣不僅可以消除加工殘余應力,還可消除因加工產生的形變馬氏體。通常采用噴丸處理可消除一部分殘余應力,而對于因焊接產生的應腐蝕開裂,可采用超低碳和含Nb焊條( Nb的含量至少為 C含量的 10 倍) ,并采用吸熱焊,將焊接產生的殘余應力變為壓應力來消除。

2.2、催化分餾塔頂循環換熱器的防腐措施

腐蝕概況:催化分餾塔頂循環回流換熱器采用塔頂循環抽出層抽出的135 ℃左 右 的 頂 循 環 油 與 低 溫 鹽 水( 45 ℃和90 ℃) 換熱,頂循環油走殼程,除鹽水走管程。腐蝕主要發生在殼程,腐蝕形態為腐蝕穿孔。隨著原油性質的變化,催化分餾塔結鹽頻率愈來愈高,因此在生產中不得不多次洗塔。雖然也采取了對重油脫鹽的措施,使分餾塔結鹽有所緩解,但是由于原油中有機氯的增加,使電脫鹽除氯不徹底。鹽的主要成分為 NH4Cl,因此大量的 Cl-便成為腐蝕的根源。對于碳鋼管束,腐蝕發生在垢下,產生嚴重的垢下腐蝕; 對于不銹鋼管束,腐蝕發生在鈍化膜破的活性點處,產生點腐蝕,由于面積較小,因此穿孔的幾率較高。

防腐措施:(1) 不在原油中投加含氯化學藥劑。油田為降凝增產而投加的各種藥劑中含有四氯化碳、二氯甲烷等含氯化合物,使原油中含氯量急劇升高,進而加速催化分餾塔結鹽和頂循環熱器腐蝕。因此,研制和使用不含氯和硫的化學藥劑,是減緩包括頂循環換熱器等下游設備腐蝕的有效手段。

(2) 采用涂層和陰極保護聯合防腐措施。采用化學穩定性高且有較高防腐蝕、耐溫、耐油性能的非晶態 Ni-P 化學鍍層,可提高設備的耐 Cl-性能。但是無論采用涂料還是化學鍍層防護都不可避免產生針孔,從而形成小陽極大陰極,反而可能使孔蝕強度增加,因此有必要采用涂鍍層和陰極保護聯合防腐措施。

(3) 采用水洗加注緩蝕劑。采用水洗加注緩蝕劑既可防止催化分餾塔結鹽,又可控制頂循環換熱器的腐蝕。生產實踐證明,這也是一個非常經濟和有效的防腐措施。


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