摘要：针对加氢工艺中金属腐蚀现象原因进行了探讨,同时列举加氢装置中最为关键的柴油加氢和换热器腐蚀防护。对其腐蚀特性分别进行了探讨,并从工艺流程、设备管理以及清理手段等方面提出防治策略,为加氢工艺的合理运行提供了安全保障。
关键词：金属腐蚀; 柴油加氢; 换热器;
金属腐蚀在当今国民生产的各个重要领域普遍存在,能源、冶金、航空航天、机床加工以及计算机产业,尤其是化工制造,金属腐蚀最为严重[1]。因为化学工艺运行复杂程度之高,运行条件极其苛刻,金属腐蚀防护极为重要。作为化工生产龙头工艺,化学加氢为下游产品提供原料,生产高附加值产品,然而由于反应过程中伴随氢化物、氯化铵以及硫化物生成,给设备金属腐蚀防护带来极大困难加氢工艺中设备多种多样,腐蚀类型和程度不一致,最常见的加氢工艺有柴油加氢,腐蚀最为严重设备为反应装置和换热装置,对加氢过程中设备腐蚀的原因加以分析,研究新的防护措施是及其必要的。
1 柴油加氢装置腐蚀与防护
1.1 柴油加氢装置腐蚀特性
(1)氢腐蚀问题。
柴油加氢工艺中最常见的氢腐蚀是氢鼓泡和表面脱碳造成的,主要表现为加氢设备和运输管路出现裂纹,这是因为氢气本身可以分解为氢原子,活泼的氢原子可以渗透到刚性结构和碳体,生成甲烷等烷烃,甲烷在设备晶体间隙出现积累,增加结构的内压力,最后形成晶体裂纹,造成设备损坏。在高温高压下,氢气更为活泼,更容易分解成氢原子,甲烷等烷烃更容易生成,在晶格中渗透速度增加,设备受到金属腐蚀更加严重。柴油加氢工艺基本处在高温高压环境下,所以增加了氢腐蚀问题处理难度。其次,供氢系统在利用重整提供氢气同时,伴随大量氯离子,低温环境中会生成氯化铵盐,附着在设备和管线表面,导致装置堵塞,增加腐蚀程度。
(2)硫化氢腐蚀问题。
硫化氢腐蚀问题分为硫化氢高温和低温腐蚀。柴油加氢过程中,油品中硫化物和氢发生反应如加氢、替换以及耦合反应,生成硫醚、硫醇、烃类和硫化氢。不同类别包含多种结构,对设备的腐蚀更加多样。同时硫也会与氨气生成硫化铵晶体,堵塞设备和管路。生成的高温硫化物腐蚀反应器和换热器壁,硫化氢和铁进行反应,生成氢原子渗透进入刚性结构,行成氢鼓泡,同时降低氢利用率,导致部分氢丧失[2]。当硫化氢和氢在高温条件下共存,会增加设备腐蚀程度,增大维修防护难度。低温腐蚀主要发生在水中,包括电化学腐蚀等,因为腐蚀环境的温和,所以腐蚀范围较大,危害较为严重,腐蚀导致设备应力不均开裂,打破整体结构和质量平衡。
1.2 柴油加氢装置腐蚀防护
为了维持工艺运行稳定性和安全性,积极对腐蚀问题进行防控和监管,要确保工艺运行参数正确,设备操作条件符合相关规范,优化腐蚀防护措施,提高运行效率和安全系数。
1.2.1 工艺流程优化
优化手段主要集中在增加除氢设备和氢气排放监管设备。(1)加氢反应过程中,采取注水手段对进出料换热器中反应物生成物进行清理,做到科学合理。尤其是反应过程中生成的硫化物和氯化物,做到全部清理,对整个设备进行彻底排查,否则每次盐类堆积对工艺造成极大困难。同时,酸性污水按照指定位置排放,避免工艺中设备和其接触受到二次腐蚀。(2)分馏塔空冷器是受腐蚀较为严重部位,除注入缓蚀剂外,要对其进行实时监管控制,防止腐蚀范围蔓延,造成工艺产品达不到标准。(3)氢排放过程要进行监督控制,采用D-903压控制调节阀门监督排氢过程,氢排放量集中管理,保证硫化氢等残留控制在合理参数范围内,避免设备遭受氢腐蚀影响,为柴油加氢工艺装置提供合理安全保障。(4)氢气重整过程中对新氢气进行预处理,增加低温脱氢装置,保证各项参数符合工艺要求,减少氯离子与铵结合生成盐对设备造成腐蚀损害。
1.2.2 设备操作管理优化
为了提高工艺设备的抗腐蚀性能,管理和设计人员分别要做好监督管理和完善设计工作。(1)工艺设备从设计、施工到运用,选材至关重要,选取和设计抗腐蚀、耐磨损材料,施工过程中对连接点、焊缝处进行检查,提升管控力度。(2)设备管理工程中,监督人员对整个工艺中所有设备进行严格监测,尤其是压力容器、反应器、阀门和管道,否则遇到问题停工需要浪费大量人力物力对设备进行X-射线探伤检查。引进计算机自动检测系统,减少安全隐患,在进行高温硫化氢腐蚀防护同时,注重低温硫化氢防护,提高工艺监督力度,采用注入缓蚀剂和利用不锈钢等材料避免腐蚀问题。
2 氢气工艺换热器装置腐蚀与防护
换热器作为加氢装置中重要设备之一,通过换热控制物料温度和产品纯度,金属的腐蚀防护尤为重要。
2.1 加氢物料中氯、氮质量分数严格调控
加氢过程中产生的氢化物和氮生成氨气,重整反应中带来的无机氯离子和氨生成铵盐,所以氯和氮质量分数影响铵盐的结晶速度和结晶温度。调整加氢混合物料以及反应物料中氯和氮质量分数检测频率。其次,氯、氮主要来源于原油,应该避免采用含氯氮质量分数高的原油,比如来自哥伦比亚的卡斯蒂利亚原油等。
2.2 高压换热器管程压差调控
随着铵盐在高压换热器管路不断积累,换热管进出口压差不断增加,导致换热效率降低,影响工艺进程。采用自动化控制技术,在换热管进出口处分别安装压力计,控制管程压差不超过0.05MPa,当压差超过0.05MPa时,要采用冲水水洗装置去掉铵盐,压差很快将至控制范围内,通过实时监测技术保障高压换热器不受腐蚀,提高安全系数[3]。
2.3 控制冲水水洗频率
管束中结晶的氯化铵晶体没有腐蚀性,但是水洗过程中,氯化铵盐从固体变为液态,氯离子溶解造成质量分数急剧增大,管束经受不住较大氯离子质量分数,会发生严重点蚀,毁坏设备。同时,频繁冲水水洗氯离子在管内壁流动对管束造成内部冲击,造成机械磨损,行成槽状结构。因此,合理对冲水水洗频率进行控制,控制反应物料中氯离子分数,就可以有效降低水洗次数,减少管路设备腐蚀和磨损。
2.4 控制冲水水量
进行水冲洗时,尽可能做到量大停留时间短,快速有效的去掉沉积的氯化铵盐,同时防止局部行成高质量氯离子溶液对管束行成腐蚀冲击。注水阀门在不注水状态需要关闭,防止水泄漏溶解铵盐行成高质量分数氯离子溶液损坏设备,注水原则为高压空冷器连续注水,注水期间可根据压差变化情况间歇注水。
3 结束语
本文介绍了加氢工艺中,柴油加氢装置和换热器金属腐蚀的特点与防护,同时提出对应优化防治策略。对于腐蚀原因最为严重的氯化铵盐腐蚀,合理控制反应物料中氯和氮质量分数是至关重要的,主要从工艺优化设计、设备优化管理以及盐类清理手段进行防治,为保障加氢工艺的合理运行提供了安全保障。
参考文献
[1]陈鹏.高中温变换炉及加氢反应器的腐蚀与防护研究[D].湖南:湖南大学,2007.DOI:10.7666/d.d040906.
[2] 王栋.柴油加氢装置的腐蚀与防护探讨[J].中国化工贸易,2018,10(36):197.DOI:10.3969/j.issn.1674-5167.2018.36.184.
[3]梁佳,刘金才.高压加氢裂化装置高压热交换器腐蚀分析及防护[J].石油化工设备,2018,47(3):62-69.DOI:10.3969/j.issn.1000-7466.2018.03.012.
