近年來(lái)，隨著石油資源的深度開(kāi)采以及進(jìn)口高硫、高酸原油的不斷增加，原油劣質(zhì)化趨勢(shì)日趨明顯，這對(duì)煉油廠的安全及長(zhǎng)周期運(yùn)行造成了嚴(yán)重威脅。常減壓蒸餾裝置是煉廠最為關(guān)鍵的裝置之一，作為原油加工的第一道工序，典型的腐蝕問(wèn)題是分餾塔頂冷凝冷卻系統(tǒng)的HCl+H2S+H2O腐蝕，以及高溫部位（溫度大于220 ℃）的硫-環(huán)烷酸腐蝕，常常會(huì)造成設(shè)備、管線的腐蝕泄漏，甚至還會(huì)引起裝置的非計(jì)劃停工、安全環(huán)保等事故，并對(duì)后續(xù)加工裝置的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行、煉廠的生產(chǎn)平衡造成影響，嚴(yán)重影響煉廠的安全性和經(jīng)濟(jì)效益。

某350萬(wàn)噸/年常減壓蒸餾裝置為典型的燃料油型三段常減壓裝置，采取三塔兩爐技術(shù)，即按照生產(chǎn)流程順序設(shè)置電脫鹽、初餾塔、常壓爐、常壓塔、減壓爐、減壓塔，裝置設(shè)備、管線的主體材質(zhì)均為碳鋼。按照裝置的原設(shè)計(jì)需求，主要加工大慶原油等低硫低酸原油，近年來(lái)逐漸摻煉蘇丹達(dá)爾原油、俄羅斯原油等高酸、含硫原油。原油酸值、硫含量的增加會(huì)導(dǎo)致煉油裝置設(shè)備腐蝕加劇，為了加強(qiáng)對(duì)常減壓蒸餾裝置的腐蝕監(jiān)控與防護(hù)，減少由于腐蝕造成的生產(chǎn)波動(dòng)，保障裝置安全長(zhǎng)周期運(yùn)行，需對(duì)裝置的腐蝕與控制狀況進(jìn)行系統(tǒng)分析，并在此基礎(chǔ)上完善和優(yōu)化腐蝕控制方案，確保裝置的腐蝕受控。

裝置的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)分析

加工負(fù)荷情況

煉油裝置的加工負(fù)荷是影響腐蝕的重要因素之一。裝置的處理量過(guò)低，會(huì)造成裝置各部位流速過(guò)低、腐蝕性介質(zhì)滯留，從而加劇設(shè)備和管線的腐蝕；裝置的處理量過(guò)高，會(huì)造成裝置各部位的流速增大，加大對(duì)設(shè)備、管線的沖刷腐蝕，并引起塔頂?shù)蜏夭课宦饵c(diǎn)后移造成的腐蝕問(wèn)題。某常減壓蒸餾裝置的加工負(fù)荷情況見(jiàn)圖1。

圖1 某常減壓蒸餾裝置加工負(fù)荷變化情況

由圖1可見(jiàn)：該裝置的最低加工負(fù)荷均在80%以上，最高加工負(fù)荷每月均超過(guò)裝置設(shè)計(jì)值的120%。一般來(lái)說(shuō)，裝置應(yīng)盡可能控制加工量為設(shè)計(jì)值的60%~110%。因此，常減壓蒸餾裝置的高溫、低溫部位均存在較高的沖刷腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，且塔頂?shù)蜏夭课豢赡艽嬖谟捎谪?fù)荷增加引起的露點(diǎn)后移等問(wèn)題，這增大了塔頂?shù)蜏夭课坏母g風(fēng)險(xiǎn)。

加工原料的腐蝕性

1 原油酸值和硫含量的變化情況

常減壓蒸餾裝置加工混煉原油中的硫、酸含量是影響設(shè)備腐蝕的主要因素，硫含量、酸值的升高都會(huì)增大裝置的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。某常減壓蒸餾裝置加工混煉原油的酸值、硫含量變化情況見(jiàn)圖2。

圖2 加工混煉原油的酸值、硫含量變化情況

從圖2可見(jiàn)：加工原油的酸值在1~2月均低于0.05 mgKOH/g，硫含量在1~3月均約為0.1%；3月以后酸值、硫含量均有明顯升高趨勢(shì)，其中酸值最高達(dá)到0.46 mgKOH/g，硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為0.22%。由于酸值和硫含量的升高，裝置三頂?shù)蜏叵到y(tǒng)的HCl+H2S+H2O腐蝕、高溫部位的硫-環(huán)烷酸腐蝕風(fēng)險(xiǎn)均存在升高的趨勢(shì)。

2 進(jìn)裝置原油的總氯變化情況

混煉原油經(jīng)電脫鹽后進(jìn)入裝置，其總氯含量變化情況見(jiàn)圖3。

圖3 原油的總氯含量變化情況

由圖3可見(jiàn)：經(jīng)電脫鹽后進(jìn)混煉原油的總氯含量呈逐漸升高的趨勢(shì)，最高達(dá)到5.14 mg/kg，說(shuō)明原料中存在一定量有機(jī)氯（無(wú)機(jī)氯在電脫鹽過(guò)程中大部分會(huì)脫除），在后續(xù)加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氯離子，造成三頂?shù)蜏叵到y(tǒng)HCl+H2S+H2O腐蝕加劇，需要考慮有機(jī)氯對(duì)后續(xù)裝置的腐蝕影響。

電脫鹽的控制情況

電脫鹽是確保煉油廠后續(xù)加工裝置安全長(zhǎng)周期生產(chǎn)必不可少的措施。通過(guò)從原油中脫除鹽、水和其他雜質(zhì)，降低原油的水含量、鹽含量，達(dá)到降低后續(xù)工序腐蝕的目的。

某常減壓蒸餾裝置1~10月電脫鹽脫后原油鹽含量合格率分別為97.24%（按≤3 mg/L計(jì)）和30.34%（按≤2 mg/L計(jì)），脫后鹽含量與指標(biāo)要求還存在一定差距；電脫鹽后水含量合格率為100%，脫后水含量控制較好。電脫鹽后原油鹽含量超標(biāo)，加上裝置加工負(fù)荷較高，會(huì)造成塔頂沖刷腐蝕、露點(diǎn)后移等問(wèn)題，導(dǎo)致三頂?shù)蜏叵到y(tǒng)H2S-HCl-H2O腐蝕風(fēng)險(xiǎn)加大。

塔頂?shù)蜏叵到y(tǒng)的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)

1 塔頂露點(diǎn)溫度

(1) 塔頂露點(diǎn)溫度計(jì)算：

根據(jù)常減壓蒸餾裝置的溫度、壓力等工藝數(shù)據(jù)以及物料平衡數(shù)據(jù)，對(duì)初餾塔頂、常壓塔頂、減壓塔頂?shù)穆饵c(diǎn)溫度進(jìn)行了模擬計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 塔頂?shù)穆饵c(diǎn)溫度計(jì)算結(jié)果

根據(jù)煉油裝置工藝防腐蝕的控制要求，為防止和減緩塔頂?shù)蜏叵到y(tǒng)結(jié)垢、結(jié)鹽和腐蝕，應(yīng)控制塔頂操作溫度超過(guò)露點(diǎn)溫度14 ℃。根據(jù)露點(diǎn)溫度計(jì)算結(jié)果，即初餾塔、常壓塔頂和減壓塔頂?shù)臏囟葢?yīng)分別超過(guò)78，106，38 ℃。

(2) 塔頂溫度控制情況：

裝置初餾塔、常壓塔、減壓塔的塔頂?shù)膶?shí)際操作溫度變化情況見(jiàn)圖4。

圖4 裝置初餾塔、常壓塔、減壓塔塔頂?shù)膶?shí)際操作溫度變化情況

由圖4可見(jiàn)：1~9月，常減壓蒸餾裝置初餾塔頂操作溫度為123~135 ℃，常壓塔頂操作溫度為104~117 ℃，減壓塔頂操作溫度在42~54 ℃。按照三頂露點(diǎn)溫度計(jì)算結(jié)果，以及工藝防腐控制要求，應(yīng)控制初餾塔頂溫度＞78 ℃，常壓塔頂溫度＞106 ℃，減壓塔頂溫度＞38 ℃。

從溫度控制情況來(lái)看，初餾塔頂溫度雖然控制在露點(diǎn)控制溫度以上，但溫度偏高，會(huì)造成塔頂餾出量增大、負(fù)荷偏高，對(duì)設(shè)備和管線的沖刷腐蝕及露點(diǎn)后移的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)將增大；常壓塔頂溫度控制基本符合要求；減壓塔頂溫度控制在合理范圍。

2 塔頂含硫污水控制情況

為了控制和減緩塔頂?shù)蜏叵到y(tǒng)的腐蝕，常減壓蒸餾裝置在初餾塔頂、常壓塔頂、減壓塔頂餾出線中注緩蝕劑+水，并對(duì)塔頂含硫污水的pH、鐵離子、氯離子含量等進(jìn)行分析，掌握腐蝕控制狀況并對(duì)注水量和注劑量進(jìn)行調(diào)整。

(a) pH變化情況

(b) 鐵離子含量變化情況

(c) 氯離子含量變化情況

圖5 裝置塔頂含硫污水的水質(zhì)變化情況

由圖5可見(jiàn)：初餾塔頂部分pH在3~4月低于6，常壓塔頂pH在2月、5月、7月、9月均低于6，減壓塔頂部分pH在3月~4月低于6；初餾塔頂鐵離子含量在7月、10月存在部分超過(guò)3 mg/L的情況，常壓塔頂鐵離子含量在2月、4月、9月存在超過(guò)3 mg/L的情況，減壓塔頂鐵離子含量控制較好，均低于3 mg/L；三頂含硫污水的氯離子含量變化趨勢(shì)基本一致,均存在大部分時(shí)間超過(guò)30 mg/L情況。

按照煉油裝置工藝防腐控制要求（表2），裝置初餾塔頂、常壓塔頂、減壓塔頂含硫污水的pH、鐵離子、氯離子含量存在較多超標(biāo)情況，說(shuō)明塔頂?shù)母g風(fēng)險(xiǎn)均未得到有效控制，需要進(jìn)一步加強(qiáng)工藝操作，并適當(dāng)加大注水量、注劑量，合理控制塔頂?shù)母g風(fēng)險(xiǎn)。

表2 塔頂?shù)乃|(zhì)控制情況

高溫部位的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)分析

針對(duì)常減壓蒸餾裝置服役溫度220 ℃以上的高溫管線，根據(jù)高溫管線內(nèi)介質(zhì)硫含量、酸值分析數(shù)據(jù)，初步測(cè)算了腐蝕速率；同時(shí)根據(jù)NACE RP0775—2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的腐蝕速率等級(jí)（腐蝕速率＞0.13 mm/a為嚴(yán)重腐蝕），將各部位腐蝕速率進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 高溫管線的腐蝕速率

由圖6可見(jiàn)：由于裝置主體材質(zhì)為碳鋼（僅常壓、減壓轉(zhuǎn)油線材質(zhì)為0Cr18Ni10Ti），1號(hào)加熱爐進(jìn)料、常二線、常三線、常四線、二中出、常壓塔底、2號(hào)加熱爐進(jìn)料、減二線、減三線、減四線、減壓塔底等管線的腐蝕速率全部超過(guò)0.13 mm/a，部分管線的腐蝕速率甚至超過(guò)1 mm/a，均存在較高的硫-環(huán)烷酸腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

腐蝕損傷測(cè)厚排查情況

根據(jù)裝置塔頂?shù)蜏夭课灰约案邷夭课坏母g風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果，為了進(jìn)一步掌握裝置的真實(shí)腐蝕損傷情況，對(duì)裝置重點(diǎn)部位進(jìn)行了全面的測(cè)厚排查，其中部分典型部位的測(cè)厚結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 裝置典型部位的測(cè)厚結(jié)果

從表3可見(jiàn)：裝置常壓塔頂餾出線、常三線、各減壓側(cè)線、減壓渣油線的腐蝕減薄非常嚴(yán)重，部位典型部位管線的減薄率超過(guò)20%。對(duì)于這些腐蝕嚴(yán)重的部位，應(yīng)立即采取相應(yīng)的防護(hù)措施并加強(qiáng)監(jiān)控。

結(jié)論與建議

腐蝕風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)論

1 裝置的加工負(fù)荷偏高，裝置的高溫、低溫部位均存在較高的沖刷腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)塔頂?shù)蜏夭课挥捎诳赡艽嬖诼饵c(diǎn)后移等問(wèn)題，增大了塔頂?shù)蜏夭课坏母g風(fēng)險(xiǎn)。

2 裝置加工混煉原油的酸值、硫含量、氯含量均呈明顯升高趨勢(shì)，因此裝置的三頂?shù)蜏叵到y(tǒng)HCl+H2S+H2O腐蝕、高溫部位的硫-環(huán)烷酸腐蝕風(fēng)險(xiǎn)均存在升高的趨勢(shì)。

3 裝置電脫鹽脫后原油鹽含量合格率與指標(biāo)要求還存在一定差距，加上加工負(fù)荷較高，因此裝置三頂?shù)蜏叵到y(tǒng)存在較高的H2S-HCl-H2O腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

4 裝置初餾塔頂操作溫度偏高，存在塔頂負(fù)荷大、沖刷腐蝕和露點(diǎn)后移的風(fēng)險(xiǎn)；裝置初餾塔頂、常壓塔頂、減壓塔頂含硫污水的pH、鐵離子、氯離子含量存在較多超標(biāo)的情況，說(shuō)明塔頂?shù)母g風(fēng)險(xiǎn)均未得到有效控制。

5 1號(hào)加熱爐進(jìn)料、常二線、常三線、常四線、二中出、常壓塔底、2號(hào)加熱爐進(jìn)料、減二線、減三線、減四線、減壓塔底等管線均存在較高的硫-環(huán)烷酸腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

6 常壓塔頂餾出線、常三線、各減壓側(cè)線、減壓渣油線的腐蝕減薄非常嚴(yán)重，部位典型部位管線的減薄率全部超過(guò)20%，腐蝕減薄非常嚴(yán)重，應(yīng)立即采取相應(yīng)的防護(hù)措施并加強(qiáng)監(jiān)控。

腐蝕控制措施與建議

1 裝置的加工量應(yīng)盡可能控制在設(shè)計(jì)值60%~110%內(nèi)，降低裝置高負(fù)荷運(yùn)行造成的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

2 通過(guò)合理調(diào)整原油混煉比例等措施，進(jìn)一步降低近裝置原料的硫含量、酸值、氯含量。

3 建議裝置增加原油罐區(qū)靜置沉降脫水等措施，降低進(jìn)電脫鹽原油的鹽含量、水含量（將脫前水含量控制在0.5%以下），優(yōu)化電脫鹽操作，合理增加注水量，確保脫后鹽含量、水含量達(dá)標(biāo)。

4 優(yōu)化塔頂工藝操作溫度，控制塔頂注水水質(zhì)符合工藝防腐注水指標(biāo)要求，適當(dāng)加大注水量、注劑量，保證塔頂含硫污水pH、鐵離子、氯離子含量達(dá)標(biāo)，合理控制塔頂?shù)母g風(fēng)險(xiǎn)。

5 對(duì)減薄嚴(yán)重部位，應(yīng)立即采取相應(yīng)的防護(hù)措施，進(jìn)行加固處理并密切監(jiān)控，同時(shí)加強(qiáng)高風(fēng)險(xiǎn)部位的測(cè)厚頻次，并利用合適的時(shí)機(jī)進(jìn)行更換處理，確保裝置安全。

6 裝置的加工原油變化后，原有設(shè)備和管線的材質(zhì)已經(jīng)難以適應(yīng)腐蝕防護(hù)要求；建議裝置進(jìn)一步開(kāi)展系統(tǒng)的材質(zhì)適應(yīng)性評(píng)估，并對(duì)裝置的設(shè)備和管線進(jìn)行必要的材質(zhì)升級(jí)。