延迟焦化装置的腐蚀与防护.doc
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1、延迟焦化装置的腐蚀与防护延迟焦化装置的作用是将重质油经裂解、聚合生成油气、轻质油、中间馏分油和焦炭。重质油在管式加热炉中加热,采用高的流速(在炉管中注水)及高的热强度(加热炉出口温度500) ,使油品在加热炉内短时间达到焦化反应所需要的温度,然后迅速进入焦炭塔,使反应不在加热炉而延迟到焦炭塔中进行。延迟焦化装置典型的工艺流程(图 2)如下:焦化原料(减压渣油)先进入原料缓冲罐,再用泵送入加热炉对流段升温后进入焦化分馏塔塔底,与焦炭塔产出的油气在分馏塔内换热,一方面把原料中的轻质组分蒸出来,同时又加热了原料。原料油和循环油一起从分馏塔底抽出,用热油泵打进加热炉辐射段,加热到焦化反应所需要的温度,
2、再通过四通阀由下部进入焦炭塔。原料在焦炭塔内反应生成焦炭聚集在焦炭塔内,油气从焦炭塔顶部出来进入分馏塔,和原料油换热后,经过分馏得到气体、汽油、柴油和蜡油。图 2 焦化典型流程示意图因此加工高酸原油对焦化装置的影响部位有:原料油进料管线,加热炉对流段、辐射段,焦化分馏塔。2.1 焦化装置的腐蚀类型2.1.1 高温环烷酸、硫腐蚀环烷酸(RCOOH,R 为环烷基)为原油中各种酸的混合物,分子量在很大范围内变化。环烷酸的腐蚀能力和温度关系密切,220以下,环烷酸基本不发生腐蚀,以后随温度的升高而增加,在 270-280腐蚀最为强烈,温度再升高腐蚀速率下降;温度达到 350时,腐蚀又急剧增加,400以
3、上基本没有腐蚀。环烷酸的腐蚀和流速也有很大的关系,流速增加环烷酸腐蚀明显加重。环烷酸腐蚀发生在液相,如果汽相中没有凝液产生,也没有雾沫夹带,则气相腐蚀速率很小。环烷酸腐蚀产物溶于油,所以腐蚀的金属表面粗糙而光亮,呈沟槽状。一般以原油的酸值判断环烷酸的含量,原油的酸值大于 0.5mgKOH/g 时,就能引起设备的腐蚀。原油中的硫化物分为无机硫化物和有机硫化物,无机硫化物主要是单质硫和硫化氢;有机硫化物种类较为繁多,一般可以分为五大类:硫醇类、硫醚类、二硫化物、亚砜类和噻吩类。硫化物对设备的腐蚀与温度有关:T120,硫化物未分解,无水情况下对设备无腐蚀,但含水时,则形成炼厂各装置中轻油部位的 H2
4、S-H2O 型腐蚀;120480,硫化氢近于完全分解,腐蚀速率下降;T500,此时为高温氧化腐蚀。对于焦化装置发生高温环烷酸、硫腐蚀的部位有:大于220的原料油管线、换热器,加热炉对流段炉管、辐射段炉管,焦化分馏塔,焦炭塔顶部等。 经长期观察,凡是焦炭塔顶部腐蚀较重的部位,其塔外壁均有焊接件,因塔壁外焊接件处保温效果不好、传热较快,该处达不到结焦温度,内壁无结焦层附着于塔壁,致使塔壁裸露而被腐蚀。焦炭塔的泡沫段内壁腐蚀较重是由于介质波动造成冲刷,使得塔壁上附着的焦炭层被冲刷掉,因而造成较重的腐蚀。其它部位由于塔内壁有一层厚薄不均的焦炭层,隔开了腐蚀介质,腐蚀十分轻微。焦炭塔腐蚀的特点是塔壁腐蚀
5、较重,焊缝一般不受腐蚀,腐蚀形态为坑点腐蚀及塔壁减薄。分馏塔的腐蚀以高温硫腐蚀和高温环烷酸腐蚀为主,腐蚀形态与其它装置的硫腐蚀和环烷酸腐蚀相同。腐蚀部位是 18-24层塔盘,集油箱和塔底。塔顶及冷凝器由于介质中有氨存在,对设备起了缓蚀作用,所以腐蚀并不严重。焦化加热炉管内受高温硫、环烷酸腐蚀,以及炉管烧焦的氧化腐蚀,外壁长期处于 650高温运行,烧焦时可达 700,从而造成高温氧化和脱碳。操作不稳定时引起炉管局部过热,腐蚀速率对 Cr5Mo 可达 6.5mm/a。某炼油厂加工含酸原油,焦化装置加热炉管内壁(Cr5Mo)因高温环烷酸腐蚀,仅使用 10个月,即大面积腐蚀穿透,腐蚀形貌呈典型的环烷酸
6、腐蚀。延迟焦化装置的工艺管线腐蚀主要是高温硫腐蚀和高温环烷酸腐蚀,腐蚀程度和温度关系极为密切,如焦化汽油线腐蚀速率 0.3mm/a,分馏塔底热重油线最大腐蚀速率达到 6mm/a。2.1.2 高温氧化腐蚀焦化加热炉辐射段炉管一般选用 Cr5Mo,Cr5Mo 钢长期使用温度宜在 600以下,超过该温度时,所形成的氧化皮由三种氧化物组成,成分和厚度大约为 Fe2O3:Fe3O4:FeO = 1:10:100,即氧化层的主要成分是 FeO。温度愈高,氧化愈严重,随着钢管表面不断氧化,氧化层越来越厚,最后剥皮脱落。2.1.3 焦炭塔低频热疲劳破坏低频热疲劳破坏是焦炭塔的主要破坏形式之一。美国石油学会(A
7、PI)在分析焦炭塔因低频热疲劳导致鼓凸和穿透性裂纹的原因时指出:焦炭塔每隔 40 或 48 小时为一个生产周期,塔内的物料由 480左右冷却到环境温度的过程中,水自轴向流入塔内,造成塔体轴向产生温度梯度,从而产生热应力。当轴向的温度梯度大于 5.6/25mm 时,产生的热应力可大于塔体材料的屈服极限。冷却到环境温度后,塔内物料重新加热到 454-482,在冷却和加热的过程中,塔的载荷在 48 小时内由空载(200t)升到满载(900t)。长期操作的焦炭塔经反复冷却和加热,及载荷的反复变化,导致塔体的环向鼓凸和破裂。最初焦炭塔变形局限于塔体下部,随着时间的推移,塔下部产生的鼓凸变得明显,由于环焊
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