煉油廠加氫裝置設(shè)備的腐蝕與防護(hù)

煉油廠加氫裝置設(shè)備的腐蝕與防護(hù)張平（中國(guó)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(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)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(guó)石油資源短缺問(wèn)題的重要措施?，F(xiàn)階段我國(guó)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(guò)程中必須要保證能夠通過(guò)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(shí)際使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題，不僅影響加氫裝置設(shè)備的使用效率，也會(huì)對(duì)煉油廠的經(jīng)濟(jì)效益造成影響。目前我國(guó)針對(duì)加氫裝置設(shè)備采取的防腐措施，主要是通過(guò)對(duì)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(guò)程中可能造成的腐蝕原因。但是現(xiàn)階段很多煉油廠對(duì)加氫裝置設(shè)備的防護(hù)無(wú)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(huì)影響加氫裝置設(shè)備的使用年限，還會(huì)對(duì)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(guò)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(huì)對(duì)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(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，尤其是在溫度相對(duì)較高的狀態(tài)下，氫氣會(huì)穩(wěn)定地存在于加氫裝置設(shè)備中，并且會(huì)在加氫反應(yīng)系統(tǒng)和管道中大量留存，不僅會(huì)導(dǎo)致在高溫狀態(tài)下出現(xiàn)氫損傷問(wèn)題，還會(huì)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(huì)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(huì)全部聚集在鋼物質(zhì)的夾縫處，在局部應(yīng)力相對(duì)較為集中時(shí)，整個(gè)鋼材的機(jī)械性能嚴(yán)重下降，使鋼材的強(qiáng)度無(wú)法滿足后期的使用要求，甚至出現(xiàn)斷裂問(wèn)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(huì)有所差別。在不同氫損傷類型的影響下，因?yàn)椴扇〉姆雷o(hù)措施有所區(qū)別，所以必須要針對(duì)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(huì)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(guò)程中，可能會(huì)導(dǎo)致鋼材中的結(jié)合能力下降，使整個(gè)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(lái)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(gè)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(guò)程中,很多飽和的氫氣會(huì)聚集在鋼材的裂縫處，使裂縫出現(xiàn)擴(kuò)展問(wèn)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(duì)較高，并且分壓的狀態(tài)下表面脫碳現(xiàn)象總會(huì)發(fā)生在表面。脫碳現(xiàn)象發(fā)生的過(guò)程中不會(huì)導(dǎo)致鋼材出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象，但是因?yàn)楸砻婷撎?，可能?huì)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(wèn)題。表面脫碳的主要原理是碳元素可能會(huì)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(huì)在外力的作用下不斷擴(kuò)散到鋼材的內(nèi)部，因?yàn)殇摬膬?nèi)部夾雜了過(guò)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(wèn)題，進(jìn)而使聚集的位置，溢出過(guò)多的氫分子。因?yàn)闅浞肿拥捏w積相對(duì)較大，無(wú)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(shí)還可能出現(xiàn)破裂問(wèn)題。(4)氫腐蝕現(xiàn)象分析。在外界環(huán)境為高溫高壓時(shí)，氫元素可能會(huì)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2002時(shí)，氫元素會(huì)進(jìn)入到鋼材的內(nèi)部，并且在壓強(qiáng)相對(duì)較低的情況下會(huì)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?yàn)榧淄闅怏w所占體積相對(duì)較大，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)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(huì)出現(xiàn)破裂問(wèn)題。高溫硫化氫物質(zhì)的腐蝕分析除了氫元素會(huì)對(duì)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(huì)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(gè)反應(yīng)系統(tǒng)中溫度較高的部分，在高于240寸的情況下氫氣和硫化氫物質(zhì)會(huì)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(shí)硫化氫會(huì)和金屬發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)而生成硫化鐵保護(hù)膜。因?yàn)闇囟容^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(duì)較大的外界環(huán)境中，越來(lái)越多的氫原子會(huì)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(guò)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(wèn)題，使腐蝕速度加快。3鐵鹽物質(zhì)腐蝕分析鐵鹽物質(zhì)也會(huì)導(dǎo)致加氫裝置設(shè)備出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，在煉油過(guò)程中會(huì)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(huì)發(fā)生結(jié)晶現(xiàn)象，在結(jié)晶以后因?yàn)樽兂晒腆w，會(huì)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(wèn)題時(shí)，會(huì)使整個(gè)換熱器和空冷器的使用效率下降。目前，在反應(yīng)過(guò)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(duì)較大，所以必須保證能夠通過(guò)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(shí)因?yàn)榱蚧蔽镔|(zhì)的腐蝕性能相對(duì)較強(qiáng)，所以在進(jìn)行沖洗的過(guò)程中只能緩解氯化胺物質(zhì)帶來(lái)的腐蝕問(wèn)題，但是因?yàn)槁然蔽镔|(zhì)的吸水性較強(qiáng)，在沖洗過(guò)程中還會(huì)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(duì)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(huì)造成一定的腐蝕現(xiàn)象，在溫度相對(duì)較低的情況下硫化氫物質(zhì)也會(huì)造成一定的腐蝕，因?yàn)楹课惠^多的硫化氫物質(zhì)會(huì)對(duì)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?yàn)槠湓诘蜏貭顟B(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(wèn)題的具體原因。另外，其他含有硫元素的物質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生一定的腐蝕現(xiàn)象，例如，在煉油廠煉油的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生硫酸物質(zhì)，因?yàn)榱蛩嵛镔|(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(gè)裝置停止運(yùn)行時(shí)，溫度會(huì)隨之降低，這時(shí)硫化鐵物質(zhì)會(huì)和水分及空氣充分接觸形成連多硫酸，導(dǎo)致整個(gè)加氫裝置設(shè)備出現(xiàn)晶間型的腐蝕破裂問(wèn)題。2加氫裝置設(shè)備防腐蝕措施分析目前針對(duì)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(jì)階段采取合理措施。需要在選材的過(guò)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(guò)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(shí)還要在前期的設(shè)計(jì)過(guò)程中嚴(yán)格按照相應(yīng)的計(jì)算流程，對(duì)參數(shù)進(jìn)行合理的計(jì)算和掌控。（2）工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中明確反應(yīng)物的具體類型，并且要了解其整個(gè)換熱過(guò)程。需要在參數(shù)設(shè)定的過(guò)程中明確其壓力和溫度的具體數(shù)值，同時(shí)要在換熱器運(yùn)行之前，對(duì)其參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)置，防止兩臺(tái)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(guò)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(duì)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(guò)程中，要保證能夠全面并且對(duì)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(gè)焊接過(guò)程符合相關(guān)要求，在焊接之前必須要保證對(duì)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(guò)熱處理，使其焊縫的硬度達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。(4)對(duì)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(guò)程中，不僅要加強(qiáng)對(duì)其使用效果的監(jiān)督,還要通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控的措施，提高換熱器及