石油化工裝置常見腐蝕型別及其防腐措施

2021-08-18 08:12:06 字數 5041 閱讀 2354

(一) 低溫hcl-h2s-h2o型腐蝕與防腐

1、主要腐蝕裝置及部位

主要腐蝕裝置:

此腐蝕環境主要存在於常減壓裝置的初餾塔和常減壓塔的頂部(頂部五層塔盤以上部位)及其塔頂冷凝冷卻器系統。

腐蝕部位:

主要指常壓塔上部五層塔盤、塔體及部分揮發線、冷凝冷卻器、油水分離器、放水管和減壓塔部分揮發線、冷凝冷卻器等部位。在無任何工藝防腐措施情況下,腐蝕十分嚴重,具體情況為:

(1)常壓塔頂及塔內構件,如無工藝防腐措施,碳鋼腐蝕率高達2mm/a。採用0crl3材料作襯裡,浮閥則出現點蝕,用18—8型奧氏體不鏽鋼作襯裡則出現應力腐蝕開裂。

(2)冷凝冷卻器是腐蝕最嚴重的部位。在無任何防腐措施時,碳鋼腐蝕率可高達2mm/a。採用18—8型奧氏體不鏽鋼制冷凝器則在3個月到4年間陸續出現應力腐蝕破裂。

冷凝冷卻器入口端(約100mm)處於高速兩相流動時,在脹口處有衝狀腐蝕。空冷器更為嚴重,碳鋼的腐蝕率可高達4mm/a。

(3)後冷器、油水分離器及放水管的腐蝕一般較前項為輕,腐蝕率隨冷凝水ph值高低而變,一般為0.5~2.0mm/a。

(4)減壓塔頂冷凝冷卻器是減頂系統腐蝕主要幾種的裝置,無任何工藝防腐措施時,碳鋼腐蝕率可高達5mm/a。

腐蝕形態:

對碳鋼為均勻減薄;對crl3鋼為點蝕;對1crl8ni9ti鋼則為氯化物應力腐蝕開裂。

腐蝕機理:

hcl—h2s—h20部位的腐蝕主要是**含鹽引起的。**加工時,**中所有的成酸無機鹽如mgcl2、cacl2等,在一定的溫度及有水的條件下可發生強烈的水解反應,生成腐蝕性介質hcl。在蒸餾過程中hcl和硫化物加熱分解生成的h2s隨同**中的輕組分一同揮發進入分餾塔頂部及冷凝冷卻。

當hcl和h2s

2、hcl—h2s—h20環境下的防腐蝕措施

此部位防腐應以工藝防腐為主,材料防腐為輔。

(1) 工藝防腐措施「一脫四注」(**深度電脫鹽,脫後注鹼、塔頂餾出線注氨、注緩蝕劑、注水)。經「一脫四注」後,控制的工藝指標應為:冷凝水含fe2+量小於lmg/kg,冷凝水含c1-量小於20mg/kg,**脫鹽後含鹽量小於5mg/l。

ph值為7.5~8.5時,如果結構設計合理,可以使用碳鋼裝置。

近年來,於重油的深度加工,為提高催化劑的壽命,脫後**注鹼已停用。

(2)鑑於常減壓塔頂氯離子濃度偏高,在工藝防腐措施「一脫一注」(**深度脫鹽,塔頂餾出線注氨)的情況下,可選用3re60(00crl8ni5m03si2)雙相不鏽鋼製做裝置。

(3)在**中有機氯大增情況下,(採油時加清蠟劑),可適當考慮使用鈦製做空冷器等裝置。

3、hcl—h2s—h20環境下裝置防腐例項

(1)茂名煉油廠常壓塔原為ct3+зи496鋼製做,從2023年4月至2023年8月,共執行931天後,復合層全部被腐蝕殆盡。後在20層塔盤以上部位內襯4mm厚1crl8ni9ti鋼板,以塞焊法襯接。到2023年大檢修時即發現襯裡層龜裂。

(2)、南京煉油廠一常減壓塔未採取工藝防腐前,碳鋼年腐蝕率為0.30mm/a,採取工藝防腐措施後為0.15mm/a,頂塔壁呈麻點坑狀點腐蝕,有的呈峰窩狀。

(二)低溫hcn-h2s-h2o型腐蝕與防腐

1、主要腐蝕裝置、原理及腐蝕部位

原料油中硫化物在加熱和催化裂解中分解產生硫化氫,且在裂解溫度下,元素硫也能與烴類反應生成硫化氫,因此催化富氣中的硫化氫濃度很高。同時原料油中的氮化物也裂解,這當中可能有10%一15%轉化成氨,有1%~2%轉化成氰化氫,在有水存在的吸收解吸系統構成了hcn—h2s—h2o腐蝕環境。當催化原料中氮含量大於0.

1%時,就會引起嚴重的腐蝕,cn-大於500mg/kg促進腐蝕加劇,小於200mg/kg時,促進腐蝕不明顯。

腐蝕部位:

主要存在於催化裂化裝置吸收解吸系統。

腐蝕形態:

對碳鋼為均勻腐蝕、氫鼓泡、硫化物應力腐蝕開裂;對奧氏體不鏽鋼為硫化物應力腐蝕開裂。

裝置腐蝕特徵:除裝置厚度減薄或區域性腐蝕穿孔外,還極易引起鼓泡、開裂等型式的氫脆化。其中,以裝置厚度減薄和腐蝕穿孔最為常見。

腐蝕機理:

硫化氫在水中發生離解 h2s=h++hs-

│→ h++s2-

鋼在h2s的水溶液中發生電化學反應:

陽極反應 fe→fe2++2e

二次過程 fe2++ s2-→fes 或fe2++ hs-→fes+ h+

陰極反應 2h++2e→2h→h2↑

在hcn—h2s—h20腐蝕環境中,主要通過以下三個過程使裝置腐蝕損壞:

鋼鐵在h2s的水溶液中,不只是由於陽極反應生成fes而引起一般的腐蝕,而且陰極反應生成的氫還能向鋼中滲透並擴散,引起鋼的氫脆、氫鼓泡。同時也是發生硫化物應力腐蝕的主要原因。

具體的腐蝕情況及原因如下:

(1) 一般腐蝕的加重。h2s和鐵生成的硫化物或硫化亞鐵,在ph值大於6時,鋼的表面為fes所覆蓋,有較好的保護效能,腐蝕率也有所下降。但當有cn-存在,它溶解fes保護膜,產生絡合離子[fe(cn)6]-4,加速了腐蝕反應的進行:

h2s+6cn-→[fe(cn)6] 4- +s2-

絡合離子[fe(cn)6] 4-繼續與fe2+反應:

[fe(cn)6] 4- +2fe2+→fe2[fe(cn)6)↓

生成物fe2[fe(cn)6)在水中為白色沉澱,停工時在有空氣和水存在的條件化生成最終腐蝕產物fe4[h(cn)6]3(普魯士藍)沉澱:

6fe2[fe(cn)6)十6h20+302→2fe4[fe(cn)6]3↓++4fe(oh)3

在催化裝置的吸收解吸塔和油氣分離器的冷凝水中,常能見到有這種物質的存在。

這種腐蝕情況常存在於吸收解吸塔頂部及底部,穩定塔頂部及中部,塔頂部及中部。上述部位呈均勻點蝕和坑蝕直至穿孔,腐蝕率為0.1~1mm/a。

(2) 氫滲透。陰極反應生成的原子氫半徑非常小(0.78×10-8cm),有三分之一很容易進入鋼的晶格,並在鋼材內部缺陷處(夾渣、氣孔、分層等)聚集,結合成氫分子。

若在一狹小的閉塞空間裡積聚大量氫分子,必產生較高壓力(可達19mpa),造成鼓泡或鼓泡開裂。

這種腐蝕情況主要存在於解吸塔頂和解吸氣空冷器至後冷器的管(dn200)和解吸塔後冷器殼體,凝縮油沉降罐罐壁和吸收解吸塔解吸段塔壁,再吸收塔壁,穩定塔塔壁及其塔頂油水分離器器壁等部位。一般鼓泡直徑為5~120mm,鼓泡開裂裂縫寬度為2.5mm。

(3)應力腐蝕開裂。造成應力腐蝕開裂的原因為拉應力、hs—h20境及敏感材料。奧氏體不鏽鋼焊縫及其熱影響區對硫化物應力腐蝕開裂感。腐蝕形態為焊縫開裂。

應力腐蝕開裂存在於鉻鉬鋼母材的奧氏體焊縫及其熱影響區,故不能採用不鏽鋼焊接鉻—鉬鋼,應採用珠光體焊條焊接,焊後進行整體熱處理。

2、hcn-h2s-h2o型腐蝕、防腐蝕措施

(1)、工藝防腐措施

①採用水洗法,將氰化物脫除;

②注人多硫化物有機緩蝕劑,與氰化物隔離。

(2)、材料防腐

採用鉻鉬鋼(12cr2a1mov)配以熱317焊條,焊後經750℃熱處理,可滿足此部位要求。但在hcn-h2s-h20部位選用奧氏體不鏽鋼焊條焊接碳鋼或鉻鉬鋼,極易發生硫化物的應力腐蝕開裂。

3、hcn-h2s-h2o型腐蝕、防腐例項

(1)、錦州煉油廠催化裂化裝置穩定塔塔壁上有厚有1~2mm亞鐵氰化物腐蝕產物,腐蝕率為0.2~0.3mm/a。

(2)、勝利煉油廠吸收解吸塔材料為a3,2023年投產,2023年發現解吸段塔壁產生氫鼓泡,在鋼板的1/2處產生分層現象。

(三)低溫c02-h2s-h20型腐蝕與防腐

1主要腐蝕裝置、機理及腐蝕部位

該腐蝕環境存在於脫硫再生塔塔頂冷凝冷卻系統的酸性氣部位。塔頂酸性氣的組成為h2s50%~60%(體積分數)、co230%~40%(體積分數)、烴類4%(體積分數)及水分,溫度為40~60℃,壓力為常壓。

腐蝕部位:

主要存在於脫硫再生塔塔頂冷凝冷卻系統(餾出管線、冷凝冷卻器及回流罐)。

腐蝕形態:

對碳鋼為氫鼓泡及焊縫開裂:對cr5mo、1crl3及低合金鋼而使用不鏽鋼焊條則為焊縫處的硫化物應力腐蝕開裂。

腐蝕機理:

為h2s-h20型的腐蝕及開裂。此部位的主要影響因素是h2s-h20。在某些煉油廠,由於原料氣含有hcn,而形成hcn-co2-h2s-h20的腐蝕介質。

由於hcn的存在也加速了h2s-h20的均勻腐蝕及應力腐蝕開裂

h2s-h20的腐蝕機理如下:

h2s-h20為弱酸,在水中發生電離,電離式為

h2s=h++hs-

hs-=h++s2-

在h2s—h20溶液中含有h+、hs-、s2-和h2s分子,對金屬腐蝕為氫去極化作用。其反應式為:

陽極反應 fe→fe2++2e

fe2++s2-→fes

或 fe2++hs-→fes+ h+

2h++2e→2h→h2↑

鋼鐵在h2s的水溶液中,不只是由於陽極反應生成fes而引起一般的腐蝕,而且陰極反應生成的氫還能向鋼中滲透並擴散,引起鋼的氫脆、氫鼓泡。同時也是發生硫化物應力腐蝕的主要原因。具體腐蝕情況如下:

⑴.一般均勻腐蝕

含水硫化氫對鋼的腐蝕,一般說來,溫度提高則腐蝕增加。在80℃時腐蝕率最高,在110~120℃時腐蝕率最低。在h2s—h20溶液中,碳鋼和普通低合金鋼的腐蝕率開始很快,最初幾天可達到10mm/a以上。

但隨時間增長腐蝕迅速下降,到1500~2000h後,腐蝕速度趨於0.3mm/a。故裝置經常開停工會加速裝置的腐蝕。

硫化氫和鐵生成的硫化鐵和硫化亞鐵在ph大於6時,鋼的表面為硫化鐵所覆,有一定的保護效能,腐蝕率會逐漸下降。但是當有cn+存在時,氰化物將溶解此保護膜,產生有利於氫滲入的表面和增加腐蝕速度。

⑵.氫鼓泡和氫脆

h2s的腐蝕為氫去極化腐蝕。吸附在鋼鐵表面上的hs-促使陰極放氫加速, 同時硫化氫又能阻止原子氫結合為分子氫,因此使原子氫聚集在鋼材表面上,加速氫向鋼中滲入的速度(hs-可使氫向鋼中擴散速度增加10—20倍)。

當氫原子向鋼中滲透擴散時,遇到裂縫、空隙、晶格層間錯斷、夾雜或其它缺陷時,原子氫在這些地方結合成分子氫,體積膨脹約20倍。由於體積膨脹而在鋼材內產生極大的內應力,致使強度較低的碳鋼發生氫鼓泡;而強度高的鋼材不允許有較大的塑性變形,在鋼材內部發生微裂紋致使鋼材變脆,產生氫脆。

在不同的ph值下,硫化氫產生的氫滲透率也不同。在低ph值時(ph<7.5),ph值越低,氫滲透率越大。

在ph=7.5時,氫滲透率最小。當ph>7.

5,且有氰離子存在時,隨著氫離子濃度的增加,氫滲透率迅速上公升。

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