（化工过程机械专业论文）炼厂冷换设备成套防腐技术应用研究.pdf

摘要 近年来炼厂冷换设备的腐蚀问题日趋严重，已影响了生产装置的长周期运行，成为 炼厂生产急需解决的首要问题。论文针对兰州石化公司湿式空冷、干式空冷和换热器三 类炼厂主要易腐蚀设备的严重腐蚀情况，通过对冷换设备的腐蚀原因分析，根据腐蚀类 型和设备工况条件，在耐蚀金属材料、化学n i p 镀、工艺药剂缓蚀、电化学阴极保护、 有机涂装等单项防腐技术研究的基础上，通过涂料一阴极保护、化学镀一阴极保护、缓 蚀剂一涂料、缓蚀剂一化学镀、缓蚀剂一耐蚀金属材料、缓蚀剂一阴极保护等单项防腐 技术的协同研究，试验了单一或联合防护方案，并在防腐监测技术的辅助下，形成了湿 式空冷、干式空冷和换热器三类冷换设备的成套防腐技术，并进行了推广应用，具体如 下： l - 针对湿式空冷，设计了管束外表面工艺缓蚀一有机涂装协同防腐，内部有机涂装 一工艺缓蚀协同防腐，进口插3 0 0 m m 钛管，接水盘涂料一工艺缓蚀协同防腐，入口前 在线监测及管束内外介质理化跟踪监测的成套防腐方案，并在连续重整装置空冷器上进 行了应用，监测结果表明，应用成套防腐方案后空冷器的腐蚀速率牛0 1 2 5 m m a ，达到 了生产技术要求，空冷器运行良好，未发生明显腐蚀。 2 针对干式空冷，设计了管束外表面化学n i p 镀防腐，内表面化学n i p 镀一工艺 缓蚀协同防腐，入口插钛管，入口前在线监测及管束内介质理化跟踪监测的成套防腐方 案，并在常减压装置空冷器上进行了应用，监测结果表明，应用成套防腐方案后空冷器 的腐蚀速率：1 - 0 1 2 5 m m a ，达到了生产技术要求，空冷器运行良好，未发生明显腐蚀。 3 针对冷凝换热器，设计了化学n i p 镀牺牲阳极阴极保护的协同防护技术，并在 常减压装置冷凝换热器上进行了应用，结果表明，应用协同防腐技术后冷凝换热器的使 用寿命延长了十倍以上；针对水冷换热器，设计了化学n i p 镀一缓蚀剂协同防腐技术， 并在常减压装置水冷换热器上进行了应用，挂片测试结果表明，应用协同防腐技术后其 腐蚀速率仅为0 0 5 0 m m a ，防腐效果显著；针对3 0 0 以下油相换热器设计了化学n i p 镀防腐方案，并在柴油加氢装置油相换热器上进行了应用，挂片测试结果表明，应用化 学n i p 镀防腐技术后其腐蚀速率仅为0 1 0 m m a ，防腐效果显著。 关键词：冷换设备，成套防腐，协同防腐 a p p l i c a t i o ns t u d yo fw h o l es e t a n t i c o r r o s i o n t e c h n o l o g yo fr e f i n e r yc o n d e n s e r & h e a t e x c h a n g e r c a n d i d a t e ：w a n gs h i h o n g s u p e r v i s o r ：p r o f j i ny o u h a i a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h ec o r r o s i o np r o b l e m so fh e a te x c h a n g ee q u i p m e n t si nr e f i n e r yb e c a m e m o r es e r i o u s ，i n f l u e n c eo nl o n gp e r i o dr u n n i n go fp l a n t ，h a sb e c o m ea ni n c r e a s i n g l y i m m i n e n ta n dn e e d st ob er e s o l v e d 1 1 1 i st h e s i sa i m e da tt h es e r i o u sc o r r o s i o ns i t u a t i o no f m a i ne a s yc o r r o s i o ne q u i p m e n t si nl a n z h o up e t r o l c h e m i c a lc o m p a n y , s u c ha sw e ta i rc o o l e r 、 d r ya i rc o o l e dh e a te x c h a n g e ra n do t h e rh e a te x c h a n g e r t h r o u g ha n a l y s i st h ec o r r o s i v er e a s o n o fc o o l - h e a te x c h a n g e r , a c c o r d i n gt oc o r r o s i o nt y p e sa n dt h ec o n d i t i o no fe q u i p m e n t s ，b a s e d o nt h ec o r r o s i o n - r e s i s t i n gm e t a lm a t e r i a l 、e l e c t r o l e s sp l a t e dn ipf i l m 、p r o c e s sc h e m i c a l s c o r r o s i o ni n h i b i t i o n 、e l e c t r o c h e m i c a lc a t h o d ep r o t e c t i o n 、o r g a n i cc o a t i n ga n do t h e rs i n g l e c o r r o s i o ni n h i b i t i n gr e s e a r c h ，b yc o o r d i n a t e dr e s e a r c h i n go fc o a t i n g c a t h o d i cp r o t e c t i o n 、 e l e c t r o l e s s p l a t i n g - c a t h o d i cp r o t e c t i o n 、 c o r r o s i o n i n h i b i t o r - c o a t i n g 、 c o r r o s i o n i n h i b i t o r - e l e c t r o l e s sp l a t i n g 、c o r r o s i o ni n h i b i t o r - c o r r o s i o n r e s i s t i n gm e t a lm a t e r i a l 、c o r r o s i o n i n h i b i t o r - c a t h o d i cp r o t e c t i o n ，e x p e r i m e n tw a sc o n d u c t e ds i n g l ea n dj o i n tp r o t e c t i o ns c h e m e ， a n du n d e rt h ea s s i s t a n to fa n t i c o r r o s i o nm o n i t o r i n gt e c h n o l o g y , f o r m e dc o m p l e t es e t s a n t i c o r r o s i o nt e c h n o l o g yo fw e ta i rc o o l e r 、d r ya i rc o o l e dh e a te x c h a n g e ra n do t h e rh e a t e x c h a n g e ra n da p p l i e di np r a c t i c e ，t h a ti s ： 1 w e ta i rc o o l e r ，d e s i g n e dc o r r o s i o ni n h i b i t i o nt e c h n o l o g yo fc o l l a b o r a t i v ea n t i c o r r o s i o n f o re x t e r n a la n di n t e m a lt u b es i d e ，i n s e r ti n t ot i t a n i u mt u b eo f3 0 0 m m ，w a t e rp a n c o a t i n g c o l l a b o r a t i v ea n t i c o r r o s i o no ft e c h n i c sc o r r o s i o ni n h i b i t o r ，c o m p l e t ea n t i c o r r o s i o n p r o j e c ta b o u tf o r w a r do n l i n e - m o n i t o ra n d e x t e r n a l i n t e r n a lt u b es i d em o n i t o r i n g a p p l i e di tt o a i rc o o l e ro nc o n t i n u o u sc a t a l y t i cr e f o r m i n gu n i t ，s h o w st i l 乩t h ec o r r o s i o nr a t eo fa i r c o o l e r 丰o 12 5 m m aa c h i e v e dt op r o d u c t i o nt e c h n o l o g yr e q u i r e m e n t s ，e q u i p m e n to p e r a t i n g w e l l ，n oc h a n g e s 2 d r ya i rc o o l e r , d e s i g n e de l e c t r o l e s sp l a t e dn ipf i l mf o ri n t e r n a la n de x t e r n a lt u b e s i d e c o l l a b o r a t i v ea n t i c o r r o s i o no ft e c h n i c sc o r r o s i o ni n h i b i t o r ，c o m p l e t ea n t i c o r r o s i o np r o j e c t a b o u tf o r w a r do n l i n e m o n i t o ra n de x t e r n a l - i n t e r n a lt u b es i d em o n i t o r i n g a p p l i e di tt oa i r c o o l e ro nc o n t i n u o u sc a t a l y t i cr e f o r m i n gu n i t ，s h o w st h a t ，t h ec o r r o s i o nr a t eo fa i r c o o l e r 牛o 12 5 m m a , a c h i e v e dt op r o d u c t i o nt e c h n o l o g yr e q u i r e m e n t s ，e q u i p m e n to p e r a t i n g w e l l ，n oc h a n g e s 3 c o n d e n s i n gh e a te x c h a n g e r ，d e s i g n e dc o l l a b o r a t i v ea n t i c o r r o s i o no fe l e c t r o l e s sp l a t e d n i pf i l m 。p r o t e c t i o nb yu s i n gg a l v a n i ca n o d em e t h o d ，a p p l i e di tt oa i rc o o l e ro nc o n d e n s i n g h e a te x c h a n g e ru n i t t h er e s u l ts h o w e dt h a t ，m c g e eo fs e r v i c el i f eo v e rt e nt i m e s ；c o o l i n g h e a t e x c h a n g e r ，d e s i g n e dc o l l a b o r a t i v ea n t i c o r r o s i o nt e c h n o l o g y e l e c t r o l e s sn i pa n d c o r r o s i o ni n h i b i t o r , a p p l i e di nc r u d eu n i t c o u p o nt e s tm o w s t h a t , c o r r o s i o nr a t ei s0 0 5 0 m m a , a n t i s e p t i ce f f e c tw e l l ；b e l o w3 0 0 。c ，d e s i g n e de l e c t r o l e s sn i - po fo i lp h a s eh e a te x c h a n g e r , a p p l i e di nd i e s e lh y d r o t r e a t i n gu n i t ，c o u p o nt e s ts h o w st h a t ，c o r r o s i o nr a t ei so 10 m m a , a n t i s e p t i ce f f e c tw e l l k e yw o r d s ：h e a te x c h a n g ee q u i p m e n t ，c o m p l e t es e t sa n t i c o r r o s i o n ，c o l l a b o r a t i v e a n t i c o r r o s i o n 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：色立宣 日期：7 年g 月占 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷版 和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部f - j ( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和 复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他 复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签 指导教师签名： b 月卢日 6 月，s 日 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 设备腐蚀一直是炼油企业共同面临的重大问题。在国内炼厂的各类设备腐蚀中，尤 其是冷换设备的腐蚀，近几年表现尤为突出，如冷换设备中的表面蒸发空冷，是国内1 9 9 6 年开发的新型设备，因其高效低成本应用十分广泛，已成为炼厂冷换设备的一大飞跃n 5 1 ， 但在应用中，有些仅仅使用半年就开始泄漏，不到一年就需要更换旷力。据有关统计，全 国每年表面蒸发空冷因腐蚀需要更换的管束高达十四万根之多，更新的空冷高达三十台 之多咖；而这些冷换设备的腐蚀，不仅造成设备自身的穿孔、开裂、泄漏、串料、跑料， 同时由于这些设备在装置中所起的关键作用，严重情况下会造成装置停工，甚至造成较 大的经济损失。如国内某炼厂因换热器腐蚀穿孔、油品泄漏，造成价值过百万的水处理 树脂污染报废。冷换设备的腐蚀问题，已严重影响了生产的正常进行，成为炼厂生产急 需解决的首要问题。 1 2 研究进展 1 2 1 冷换设备防腐技术研究现状 针对炼厂冷换设备的严重腐蚀问题，国内外己做了大量研究工作，目前冷换设备采 用的防腐蚀措施主要有：耐蚀材料、缓蚀剂、化学n i p 镀、有机涂层、阴极保护、表 面渗铝、渗锌、多元共渗等。 ( 1 ) 耐蚀材料：采用不锈钢、钛、低合金钢( 0 8 、0 9 钢) 、双相钢和m o n e l 等耐蚀材 料1 1 肛l 。 ( 2 ) 缓蚀剂：缓蚀剂又称腐蚀抑制剂或阻蚀剂，是一种当它以适当的浓度和形式存在 于环境时，可以防止或减缓腐蚀的化学物质或复合物。如果选配适宜，只需添加少量的 缓蚀剂就能大大抑制金属的腐蚀速率。缓蚀剂防腐是一种简单、价廉、适用性强的防腐 蚀手段。这种方法以其操作方便，效果显著而被广泛采用1 1 2 1 。 在炼厂冷换设备防腐中，缓蚀剂主要应用于两方面，一类是塔顶冷凝系统冷换设备 的防腐，一类是高温油相换热器的防腐。塔顶冷凝系统冷换设备的防腐主要以“一脱二 注”或“一脱多注”工艺防腐为主，其中“一脱”是指电脱盐，即将原油中的盐含量脱 至某一含量以下，以减轻或防止塔顶冷系统的腐蚀。“多注 是指注中和剂、缓蚀剂或 注中和缓蚀剂1 3 14 1 。经过多年研究，塔顶冷凝系统缓蚀剂已发展了多种品种，如7 0 1 9 、 7 2 0 1 、c 0 1 、e 1 5 7 2 、b z l - 1 、n h 一1 、f 9 2 1 、b z h l 、s h a 、l p e c 、s f 1 2 1 b 等；高温 第一章绪论 缓蚀剂有e c l 0 2 0 a 、g x 1 9 5 等。 ( 3 ) 化学n i p 镀：化学镀n i p 合金工艺作为一种新型的表面处理技术在生产应用中 显示了相当的优越性，并在很多工业部门得到了应用l l 引。 自1 9 4 4 年b r e n n e r 和r i d d e l l 发明化学镀镍以来，国内外许多研究部门对化学镀层 进行了广泛深入的研究和大量的实验。特别是化学镀n i p 镀层具有优良的力学性能和 工艺性能，工艺实施简单、无污染，促使人们对化学镀n i p 合金镀层进行非常深入的 研究，不断开发出新型的化学镀n i p 合金镀层。早期只有含磷5 8 ( 重量) 的中磷镀 层，8 0 年代初发展出p 含量为9 1 2 ( 重量) 的高磷非晶结构镀层。8 0 年代末到9 0 年代初又发展了p ( 重量) 为l - 4 的低磷镀层【1 “1 7 1 。 在国内，化学镀n i p 技术己成为防腐技术领域的研究开发热点之一，国内外有一 大批研究机构和专业人员从事化学镀镍技术的研究与推广，化学镀镍在技术研究上已发 展成为一个学科。陈相振在深入调查研究石化生产中冷换设备运行情况的基础上，与大 庆防腐厂合作、联合开发应用化学镀n i p 合金防腐技术，先后推广应用于胜利炼油厂、 烯烃厂、第二化肥厂、青州磷肥厂等单位的冷换设备的防腐中，取得了良好的效果f 1 8 】。 于晓鹏通过对换热器管束表面的腐蚀原因、腐蚀形态分析以及n i p 合金镀层的形成原 理及性能分析，提出化学镀n i p 合金技术是换热器管束表面防腐的一种有效方法【1 9 】。 ( 4 ) 有机涂层：有机涂层防护是将耐蚀有机涂料涂覆在金属表面，经固化成膜后具有 屏蔽、缓蚀和电化学保护三方面的作用。因其施工方便，防腐效果好而得到广泛应用。 目前广泛使用的有机防腐涂料按主要成膜物可分为：酚醛树脂防腐涂料、环氧树脂 防腐涂料、聚氨酯防腐涂料、乙烯树脂防腐涂料、过氯乙烯树脂防腐涂料、呋喃防腐涂 料、橡胶防腐涂料等。对于在较低温度、一般性腐蚀介质中服役的炼厂冷换设备，上述 防腐涂料具有很好的保护作用；但对于那些要求高温及强腐蚀介质条件下使用的炼厂冷 换设备，上述防腐涂料则不能满足要求，比如环氧树脂防腐涂料因具有优良的耐腐蚀性 和涂膜附着力以及良好的机械性能而得到广泛应用，但多数只能用于1 0 0 以下的防腐 蚀涂装；又如酚醛树脂防腐涂料具有突出的耐酸性，但其耐碱性较差。因此，近年来国 内外不断地开发出许多具有优异耐蚀性和热稳定性的新型高分子防腐涂料，如新型氟树 脂防腐涂料、聚苯硫醚防腐涂料、氯化聚醚防腐涂料等【2 0 】。 新型氟树脂防腐涂料：以氟树脂作为主要成膜物制各的防腐涂料具有极高的化学惰 性，能耐强酸、强碱、盐类等大多数物质的侵蚀，而且耐候、耐温性优异，在- 4 0 - 2 0 0 范围内可长期使用。 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 聚苯硫醚防腐涂料：聚苯硫醚树脂具有一系列优异的特性，极高的热稳定性，可在 2 2 0 2 4 0 下连续使用，短期使用温度可达2 6 0 ，是热塑性树脂中耐热性最好；优异的 耐腐蚀性，在1 7 0 c 以下不溶于大多数有机溶剂，除强氧化性酸外，可耐化工生产中常 用的酸、碱、盐的腐蚀，其耐蚀性仅次于氟树脂；极好的粘合性能；此外，还具有机械 强度高、电绝缘性能、阻燃性、尺寸稳定性及很好的加工性。但聚苯硫醚材料的耐冲击 性和韧性较差，有待改善。 氯化聚醚防腐涂料：氯化聚醚的耐热性和耐腐蚀性很好，对多种酸、碱、盐和大部 分溶剂都有很好的抗蚀能力，能在1 2 0 c 长期使用。 ( 4 ) 阴极保护：阴极保护是利用腐蚀电池的原理，将需要被保护的金属构件作为阴极， 通过阳极向阴极不问断地提供电子，首先使结构极化，进而在金属构件表面富集电子， 使其不易产生离子，因而减缓了构件的腐蚀速率。阴极保护技术根据保护电流的供给方 式，可分为牺牲阳极法和强制电流法两种保护方法【2 1 也l 。 采用牺牲阳极法的主要优点有：无需外部电源、对外界干扰少、安装维护费用低、 无需征地或占用其它建构筑物、保护电流利用率高等。强制电流法则有：保护范围大、 适合范围广、激励电势及输出电流高、综合费用低等优点。因此，一般大型换热器采用 外加电流阴极保护，小型换热器多用牺牲阳极的阴极保护。 ( 5 ) 表面渗铝、渗锌：将铝、锌元素渗入工作表面层，包括粉末法、气相法和料浆法， 可提高钢铁、非铁金属及合金的抗高温氧化和燃气腐蚀能力，以渗铝为基础的铝铬共渗、 铝硅工渗、铝铬硅共渗均有广泛应用1 2 3 1 。多元共渗是同时或顺序渗入两种或两种以上元 素的渗镀过程。多元共渗可以赋予金属表面更好的综合性能和单项性能，多元共渗正在 被更多的研究和应用【2 4 1 。 1 2 2 国内外冷换设备防腐技术比较 针对炼厂冷换设备的严重腐蚀问题，国内外已做了大量研究工作。国外对炼厂冷换 设备腐蚀的防护，除从选用耐蚀材料的角度考虑以外，主要采用添加缓蚀剂的防护措施， 如对常减压装置低温部位以加强原油“一脱四注 工艺防腐管理为重点防护措施，高温 部位则以提高设备的材质等级和添加高温缓蚀剂为主要防护措施f ：| 5 2 6 1 。美国腐蚀工程师 协会( n a c e ) 对1 2 9 个国外炼厂( 这些炼厂主要分布在北美、欧洲、南美、中东、远 东等) 的防腐措施统计结果表明，这些炼厂所采用的防腐蚀措施主要是电脱盐、注碱、 塔顶注缓蚀剂、中和剂的“一脱多注”工艺防腐和选用耐蚀材料，其中有5 0 的炼厂选 3 第一章绪论 用碳钢作为冷凝器的管束材料，塔顶注入各种化学药剂后，塔顶冷凝冷却管的平均寿命 碳钢为7 5 年，其它耐蚀材料的使用寿命将更长 2 7 - 2 8 】。日本的c o s m o 石油公司在加工 伊朗安黑必原油( 含硫1 7 ) 过程中，同样将加强塔顶注入各种化学药剂作为重要防 腐蚀措施【2 9 1 。同时在线腐蚀监测系统在国外应用比较系统、普及，已成为炼厂设备腐蚀 控制的良好保证和现代文明生产的标志。 国内目前对冷换设备的防护措施无论从防腐工艺的优化设计，还是防腐工程的施工 管理水平，以及耐腐蚀材料研究，与国外相比都存在着明显的差距，如高温部位缓蚀剂 的研究，炼厂所能使用缓蚀剂品种少、成膜慢、易沉积、综合性能较差1 3 2 1 ：炼厂冷换 设备耐腐蚀金属材料的开发，现有耐蚀材料或者价格太高，或者不耐冷换设备面临的 h c i h 2 s h 2 0 复杂腐蚀体系1 3 孓孔l ；炼厂冷换设备有机涂装技术，由于涂料种类与施工质 量各异，目前国内涂层不能进行严格评测，施工质量难以确保1 3 5 - 3 9 1 ；冷换设备化学n i p 镀技术，目前经化学n i p 镀技术处理的冷换设备，往往存在无法完全封闭的孔隙，这 些孔隙往往成为设备被腐蚀的起点1 4 2 1 ；在线腐蚀监测系统应用在国内炼厂中应用也较 少，更谈不上系统应用1 4 h 卯。目前虽然国内有些地方也建立了一定的防腐装置，但基本 上都是小产品和小设备，或单一技术各自为战，缺乏系统性和成套性，均不能系统、全 面、长远地考虑设计、研究、监测和防治冷换设备的腐蚀问题，因此，不能形成实用、 先进、系统的炼厂冷换设备成套防腐技术和应用体系。 1 3 本文主要研究内容 针对兰州石化公司湿式空冷、干式空冷、换热器三类主要炼油易腐蚀设备的腐蚀情 况，提出从单项防腐技术研究出发，拟采用金属材料防腐、工艺缓蚀、有机涂装、化学 n i - p 镀、电化学保护等防腐技术，根据设备具体所处的腐蚀环境和类型，通过不同防腐 技术协同研究，试验单一或联合保护方案，综合应用控制和监测技术，形成成套防腐技 术，并实际应用、推广。具体研究的内容包括： ( 1 ) 针对湿式空冷，进行有机涂装、化学n i p 镀、缓蚀剂、阴极保护、在线腐蚀监测 等防腐技术间的协同研究，以及相关试验和相对应系统的成套技术的开发； ( 2 ) 针对干式空冷，进行缓蚀剂、化学n i p 镀、在线腐蚀监测等防腐技术间的协同研 究，以及相关试验和相对应系统的成套技术的开发； ( 3 ) 针对换热器，进行耐腐蚀金属材料开发、有机涂装( 化学n i - p 镀) 、在线腐蚀监 测等防腐技术间的协同研究，以及相关试验和相对应系统的成套技术的开发。 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第二章炼厂冷换设备工艺流程简介及腐蚀分析 2 1 炼厂冷换设备工艺流程简介 冷换设备是工业中广泛应用的一种节能设备，在石油炼制装置中，冷换设备 约占全部工艺设备投资的2 0 4 0 ，是石油化工装置的重要设备。虽然炼厂冷 换设备数量多、分布广( 几乎分布于生产装置的各个系统和生产流程环节中) ， 但归纳起来可将冷换设备分为三大类，即干式空冷、湿式空冷与换热器。现以常 减压装置常压塔冷换设备为例简单介绍冷换设备的工艺流程。 图2 - 1常减压装置常压塔冷换设备工艺流程示意图 f i g2 - 1 t h ep r o c e s sf l o wd i a g r a mo fa t m o s p h e r i ca n dv a c u u md i s t i l l a t i o nu n i t a t m o s p h e r i cc o l u m nh e a te x c h a n g e r 塔顶油气由常压塔顶抽出，经由塔项挥发线进入冷凝换热器，与热媒水换热 后温度由l1 0 1 2 0 降低为9 0 1 0 0 ，之后再进入干式空冷，温度由9 0 1 0 0 降为6 0 7 0 ，再进入湿式空冷，温度由6 0 、7 0 降为4 0 5 0 ，然后进入气液 分离罐，分离后冷凝液进入含硫污水，不凝气进入瓦斯系统。 常压各侧线馏分油由各侧线抽出后经过几级高温油相换热器后送出装置，以 常一线为例，常一线油抽出后与原油换热后温度由2 0 0 降低为1 3 0 ，之后与 热媒水换热后温度由1 3 0 降低为7 0 ，再与循环水换热后温度由7 0 c 降低为4 第二章炼厂冷换设备工艺流程简介及腐蚀分析 。各侧线换热器具体工艺参数见表2 一l 。 表2 - 1 常压塔各侧线换热器工艺参数 t a b l e2 - 1t h ep r o c e s sp a r a m e t e r so fa t m o s p h e r i cc o l u m nl a t e r a ll i n eh e a te x c h a n g e r 操作介质 温度压力 换热器名称 管程壳程管程壳程 管程壳程 进 出 进 出进出进出 常一线一原油换 常一原油 2 0 01 3 01 0 31 2 40 9 7o 9 31 6 31 5 8 热器 热媒水一常一线 热媒水常一 4 07 01 3 07 0o 4o 3 90 9 3o 9 0 换热器 循环水一常一线 循环水 常一2 8 4 0 7 04 5o 40 3 8 40 6 50 6 4 换热器 常二线一脱盐油 常二脱盐油 2 4 41 9 61 7 81 9 51 2 71 2 30 6 10 5 6 换热器 常二线一原油换 常二 原油 1 9 61 1 96 69 61 2 31 2 l1 7 81 7 3 热器 热媒水一常二线 热媒水常二 4 07 01 1 97 0o 4o 3 41 2 11 1 8 换热器 初底油一常三线 初底油常三2 7 7 2 8 3 3 1 1 2 8 7 1 7 41 7 11 0 61 0 3 换热器 常三线一脱盐油 常三 脱盐油 2 8 72 4 32 2 42 3 71 0 31 0 20 4 90 4 4 换热器 常三线一脱盐油 常三脱盐油 2 4 31 5 11 2 61 5 71 0 20 9 80 7 lo 6 5 换热器 热媒水一常三线 热媒水 常三4 07 01 5 l7 0o 4o 3 9 l0 9 80 9 5 换热器 2 2 炼厂冷换设备腐蚀分析 2 2 1 干式空冷腐蚀分析 ( 1 ) 管束外表面：主要是大气腐蚀。 ( 2 ) 管束内表面：原油中含有硫、盐等，在蒸馏过程中，原油中的硫化氢或由 大分子硫化物分解出来的硫化氢随塔顶馏出物一起进入塔顶，经冷凝后形成湿硫 化氢腐蚀环境；原油中的盐在蒸馏过程中水解形成h c i ，也随塔顶馏出物一起进 入塔顶，之后在冷凝过程中与h 2 s 一起溶于水形成h 2 s h c i h 2 0 腐蚀环境；在 有n h 3 存在的情况下( 注水、注氨时带入或是馏分中的氮化物在加氢催化条件 下生成) ，h 2 s 、h c i 会与n h 3 反应生成n h 4 c 1 - n i - l , h s ，从而形成n h 4 c 1 - n h 4 h s 腐蚀环境。因此，管束内表面的腐蚀主要有湿硫化氢腐蚀、h 2 s h c l h 2 0 腐蚀和 n h 4 c i - n h 4 h s 腐蚀。 2 2 2 湿式空冷腐蚀分析 ( 1 ) 管束外表面：垢下腐蚀+ 大气污染物溶解腐蚀。 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 ( 2 ) 管束内表面：湿硫化氢腐蚀、h 2 s h c i h 2 0 腐蚀和n h 4 c i - n i - h h s 腐蚀。 ( 3 ) 接水盘：垢下腐蚀+ 大气污染物溶解腐蚀。 2 2 3 换热器腐蚀分析 ( 1 ) 冷凝换热器：湿硫化氢、h 2 s h c i h 2 0 和n h 4 c i - n h 4 h s 腐蚀。 ( 2 ) 高温油相换热器：高温环烷酸和高温硫腐蚀。 7 第= 章腐蚀机理丹析 第三章腐蚀机理分析 3 1 湿硫化氢腐蚀 311 湿硫化氢腐蚀机理 硫化氢与水接触发生离解，其电化学腐蚀过程为： 阳极过程出现一般性腐蚀，形成f e s 的膜，在金属表面、膜破裂或出现 腐蚀坑处成核、形成大阴极，小阳极的闭塞电池作用，在坑底形成裂纹源，扩展 成应力腐蚀开裂： 阴极过程阴极反应生成活性很强的h 向钢中扩散，在各类冶金缺陷或焊 接缺陷中集聚，产生氢鼓包( h b ) ，氢致开裂( h i c ) 。在高强钢中出现应力诱导 氢致开裂( s o h i c ) 或应力腐蚀开裂( s s c c ) 。 ( 1 ) 氢鼓泡( h b ) 腐蚀过程中析出的氢原子向钢中扩散，在钢材的非金属夹杂物、分层和其他 不连续处，易聚集形成分子氢，由于在钢的组织内部的氢分子很难逸出，从而形 成强大内压导致其周围组织屈服，形成表面层下的平面孔穴结构称为氢鼓泡，其 分布平行于钢板表面。它的发生与外加应力无关，与材料中的夹杂物等缺陷密切 相关。 圈3 - 1 纯铁试样内部氢鼓泡的断1 2 形貌 f i 9 3 - 1t h e m o r p h o l o g y o f t h e h y d r o g e nb u b b l i n g b r e a k i n t h ep u r e i r o ns a m p l e ( 2 ) 硫化氢应力腐蚀开裂( s s c c ) 湿硫化氢环境中腐蚀产生的氢原子渗入钢的内部，固溶于晶格中，使钢材的 脆性增加，在外加拉应力或残余应力作用下形成的开裂，称为硫化物应力腐蚀丌 裂。s s c c 通常发生在焊缝或热影响区中高强度、低韧性显微组织存在的部位。 这些部位表现为具有高硬度值。s s c c 与钢材的化学成分、力学性能、显微组织、 外加应力与残余应力之和以及焊接工艺等有密切关系。 中国石油太学( 华东) 顽学位论文 图3 - 2u 4 5 a 缓钢硫化氢应力腐蚀裂纹 f 碴3 - 2 s s c c o f l 2 4 5 as l a i n l 母, ss t e e l ( 3 ) 氢诱导开裂( h i c ) 在氢分压的作用下，不同层面上的相邻氢鼓泡裂纹相互连接，形成阶梯状特 征的内部裂纹称为氢诱导开裂，裂纹也可扩展到金属表面。h i c 和钢材内部的夹 杂物或合金元素在钢中偏析产生的不规则微观组织密切相关，而与钢材中的拉应 力无关。因而，焊后热处理不能改善钢材对h i c 的抗力。 曩群箬鬻，滋。蜘瞄嘲骥鞘紧要霭琴琴譬 图3 - 31 6 m r 铜管h i c 裂纹( a 焊缝h 母材) f i 9 3 - 3t h e h i cc r a c k i n go f l 6 m bs t e e lp i p e s ( a w e l d e d j o i a t hb a s e m e t a l ) ( 4 ) 应力导向氢诱导开裂( s o h i c ) 在应力引导下，夹杂物或缺陷处因氢聚集而形成的小裂纹迭加沿着垂直于应 力的方向( 即钢板的壁厚方向) 发展导致的开裂称为应力导向氢诱导开裂。s o h i c 发生在焊缝的热影响区及高应力集中的区域。开裂可能由于s s c c 发生，其结 果造成应力集中，继而形成s o h i c ，使开裂不断扩展，但前者不是后者的先决 条件。s o h i c 和钢材内部的杂质、拉应力有关。因此低杂质含量的钢材及焊后 热处理对s o h i c 有较好的抗力。 31 2 湿硫化氢腐蚀影响因素 ( 1 ) h 2 s 的浓度 对低碳锕：介质中h 2 s 浓度在2 l s 0 m g l 时，腐蚀速度增加很快； 5 0 m g l + 氢 化物 2 0 m g l 为开裂。其可靠程度应通过进一步的积累来证实。这与催化裂化装 置稳定吸收系统的腐蚀与损伤表现是相一致的。 总体而言，h 2 s 浓度越高，产生氢致开裂的敏感性越大、断裂时间越短。当 钢材自身强度级别越高、焊接接头的硬度偏高时，氢致开裂的速度更快。高强钢 的氢致裂纹检出率大大高于低强钢。 ( 2 ) 环境温度 在2 0 - - 4 0 常温范围内，在湿h 2 s 环境下，金属中吸入氢量最多，氢致开 裂最敏感。温度高于7 0 后，其敏感性减弱。而在常温下出现断裂的时间很短， 严重时在1 2 小时就可能出现。 ( 3 ) 湿硫化氢环境中的p h 值 低p h 值条件下，湿h 2 s 离解过程中生成的一的浓度增加，大量的h 渗入 钢中，促使材料氢损伤。国内外的试验证实，当p h 5 时，氢致开裂的敏感性可 减缓。调节好介质中的p h ，可缓和湿硫化氢环境下的氢腐蚀。 ( 4 ) 其它腐蚀因素的影响 在炼油二次加工中，催化裂化的吸收解析系统( h 2 s h c n h 2 0 ) 、脱硫装置 再生及冷凝系统( h 2 s c o z - - h 2 0 ) 呈碱性；而常减压蒸馏塔顶系统( h z s h c i h 2 0 ) 、 液化石油气和轻质油贮存的球型贮罐( h 2 s h 2 0 ) 系统等呈酸性。这些部位都普 遍存在程度不同的湿h 2 s 腐蚀问题。 其影响机理是：h 2 s 离解后生成s ，在金属表面阻止了h 结合成h 2 分 子，促使了h 向钢中渗透；工艺过程分解的c n 。与f e s 膜在络合溶解的作用 下，也促进了h 向金属中的扩散，在钢材中的冶金、轧制缺陷处聚集加速氢腐 蚀损伤的过程。 3 2h 2 s - h c i - h ：0 腐蚀 3 2 1h 。s - h c l - h 。o 腐蚀机理 塔顶馏出物在1 2 0 左右是汽相混合物，h c i 、h 2 s 、h 2 0 等均是汽相，腐蚀 速率很小。但当经过换热器、空冷器时，馏出物温度降低，发生相变，重组分如 h 2 0 先被冷凝，随后h c i 、h 2 s 气体也被冷凝并溶解于水中，此时发生 1 0 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 h 2 s h c i h 2 0 体系的露点腐蚀。 h c i 易溶于水被首先冷凝到水中形成强酸性腐蚀。据研究，初露点区，气流 有5 0 的h c l 溶解在先凝结的5 的初凝液中，随温度进一步降低，9 8 的h c i 溶 解在先凝结的2 0 的水中，因而露点部位h c i 浓度很高，可达到p h 值小于1 。 腐蚀反应式为： f e + 2 h c i - f e c l 2 + h 2 初露点后，h 2 s 也进入冷凝液中，发生相互促进的腐蚀。h c i 的