大数跨境

石化缘推荐:苯乙烯装置工艺腐蚀原因分析与防控实践!

石化缘推荐:苯乙烯装置工艺腐蚀原因分析与防控实践! 石化缘科技咨询
2026-09-09
3
导读:石化缘,致力于传播石油化工行业新技术!

PHASE(点击查看更多),您身边的X荧光应用专家

河北精致,专注石化脱硫三十年

苯乙烯装置工艺腐蚀原因分析与防控实践

 

金志伟, 邹海聪

(上海赛科石油化工有限责任公司

摘要:基于某石化企业苯乙烯装置近20年运行数据与设备泄漏案例,系统梳理了装置腐蚀的主要类型、分布区域和腐蚀成因。实验结果表明,苯乙烯装置腐蚀以氯离子引发的电化学腐蚀与CO2溶于水生成碳酸引起的碳酸腐蚀为主,同时存在阻聚剂2-仲丁基-4,6-二硝基苯酚(DNBP)引发的硝酸根腐蚀和氢气压缩提纯系统腐蚀,氯离子腐蚀主要集中在轻组分脱除塔系统和阻聚剂DNBP进料管线,碳酸腐蚀主要集中在工艺凝液汽提塔系统、粗苯乙烯塔塔顶系统、乙苯回收塔塔顶系统和氢气压缩提纯系统。阻聚剂DNBP引入的硝酸根在精馏塔塔顶水相富集,与碳酸腐蚀区域重叠,加剧腐蚀。针对各类腐蚀机理,提出“原料控制、分区材质升级、pH调控、过程监测”的多维度综合防控策略。水质检测结果表明,防控措施实施后苯乙烯装置腐蚀状况显著改善,以粗苯乙烯塔和乙苯回收塔塔顶系统为例,加注缓蚀剂后粗苯乙烯塔和乙苯回收塔塔顶水相pH分别由5.21和4.92提升至8.0~8.7,设备腐蚀速率大幅下降,为同类苯乙烯装置的设计优化和腐蚀防控提供参考。

关键词:苯乙烯;工艺腐蚀;氯离子;二氧化碳;2-仲丁基-4,6-二硝基苯酚;缓蚀剂

苯乙烯(SM)是重要的基础有机化工原料,主流生产工艺包括乙苯(EB)催化脱氢法和EB共氧化法。其中,EB催化脱氢工艺技术成熟、应用广泛,该工艺的SM产能占全球SM总产能的83.3%以上。某石化企业650 kt/a的SM装置,引进Lummus技术,EB单元采用液相分子筛EB one技术,SM单元采用CLASSIC SM技术,在2005年建成投产。该装置在近20年的运行过程中,设备、管道和附件频繁发生腐蚀泄漏,影响装置安全稳定运行。国内外同类SM装置也存在类似腐蚀问题,腐蚀诱因涉及设备老化、设计缺陷、材质选择不当和施工质量差等。装置腐蚀介质体系复杂,包含氯离子、CO2、硝酸根等多种腐蚀因子,不同工艺流程区域腐蚀机理和腐蚀严重程度差异显著。

本工作结合现场水质分析数据和设备泄漏案例,系统梳理SM装置腐蚀分布区域,深入分析各类腐蚀成因和影响因素,并总结长期现场摸索形成的防腐措施和实施效果,为同类SM装置的腐蚀管理和安全稳定运行提供参考。

1 SM装置概况

SM装置主体由EB单元和SM单元两部分组成,并配有公用工程单元、中间罐区单元和氢气压缩提纯单元。EB单元包括烃化单元、反烃化单元和EB精馏单元;SM单元包括EB脱氢单元和SM精馏单元。原料苯依次经轻组分脱除塔、苯塔脱除轻组分和水后,与乙烯和多乙苯在烃化/反烃化催化剂床层反应生成EB;反应产物依次经苯塔、EB塔和多乙苯塔分离,回收循环苯和多乙苯的同时得到中间产品EB。EB在高温(约600~650 ℃)、真空低压、催化剂和蒸汽存在的条件下进入脱氢反应器生成SM,副产少量苯、甲苯和α-甲基苯乙烯,同时生成氢气、甲烷、CO、CO2等不凝气。脱氢产物经热量回收、冷却冷凝分离后形成三股物流:脱氢尾气、脱氢混合液(烃相)和工艺凝液(水相)。其中,脱氢尾气经冷却压缩和芳烃回收后送入增压与变压吸附(PSA)单元回收氢气;水相经汽提和过滤后,部分回用为锅炉给水,剩余外送处理;烃相进入SM精馏单元,依次经粗SM塔、EB回收塔和SM精制塔分离,得到聚合级SM产品,同时回收循环EB、苯/甲苯混合物和焦油。

2 SM装置腐蚀原因分析

整套SM装置工艺流程长、设备管线数量多、服役周期久,受介质腐蚀特性、设备原始选材、长期老化等因素影响,多区域存在明显腐蚀泄漏风险。SM装置腐蚀主要分为四类:氯离子引发的电化学腐蚀、CO2溶解形成的碳酸腐蚀、阻聚剂2-仲丁基-4,6-二硝基苯酚(DNBP)(70%(w)DNBP的EB溶液)引发的硝酸根腐蚀和氢气压缩提纯系统腐蚀,其中氢气压缩提纯系统腐蚀属于碳酸腐蚀的高压延伸工况

图1为SM装置工艺腐蚀分布区域。由图1可见,四类腐蚀分布区域相互重叠,精馏塔顶水相富集多种酸性离子,形成复合腐蚀环境。

图1 SM装置工艺腐蚀分布区域<br>
     Fig.1 Process corrosion distribution areas of styrene monomer(SM) plant.

图1 SM装置工艺腐蚀分布区域
Fig.1 Process corrosion distribution areas of styrene monomer(SM) plant.

EB:ethylbenzene.

2.1 氯离子腐蚀

2.1.1 氯离子来源

装置中氯离子主要有两个来源:1)外购的液体苯在运输过程中由于船舶海水扫舱会引入微量氯离子。原料苯进入轻组分脱除塔后,与苯回收塔的高温尾气逆向接触,氯离子亲水性强,随水相与气相夹带在塔顶浓缩并排出系统。2)SM精馏单元使用的阻聚剂DNBP溶液中含氯离子。受生产工艺限制,部分DNBP产品(如水洗过程使用工业水)中无机氯含量大于等于10 mg/kg、有机氯含量达300~500 mg/kg,随药剂加注持续向系统中引入氯离子,加剧SM装置腐蚀风险。

2.1.2 腐蚀分布区域和腐蚀机制

氯离子腐蚀主要分布在两大区域:EB精馏单元轻组分脱除塔塔顶冷凝器至回流罐管线(含回流分布器和进料分布器)和回流罐气液排放管线;SM精馏单元粗SM塔的DNBP进料管线。

原料苯中的微量氯离子在轻组分脱除塔塔顶持续浓缩,形成高含量氯离子溶液,引发金属电化学腐蚀。表1为轻组分脱除塔塔顶回流罐集水槽水质分析。由表1可见,回流罐集水槽中氯离子含量达22.4~68.0 mg/kg,pH低至3.20~4.13,总铁含量最高达90.8 mg/kg,设备腐蚀程度严重。

表1 轻组分脱除塔塔顶回流罐集水槽水质分析
Table1 Water quality analysis in the boot of light removal column overhead drum

Total Fe content/Cl- content/DatepH(mg·kg-1)(mg·kg-1)2012-04-183.8718.932.02012-04-194.1330.023.82012-04-204.1029.022.42012-04-214.0336.324.22012-04-223.4653.542.22012-04-233.2134.852.02012-04-243.2046.868.02012-04-253.7090.865.02012-04-263.4469.963.2

图2为回流分布器和回流罐入口管线漏点夹具的腐蚀情况。

图2 回流分布器(a)和回流罐入口管线漏点夹具(b)的腐蚀情况<br>
     Fig.2 Corrosion conditions of the corroded reflux distributor(a) and leak point clamp at the inlet pipeline of the reflux drum(b).

图2 回流分布器(a)和回流罐入口管线漏点夹具(b)的腐蚀情况
Fig.2 Corrosion conditions of the corroded reflux distributor(a) and leak point clamp at the inlet pipeline of the reflux drum(b).

DNBP中的无机氯随药剂进入粗SM塔,在塔顶水相中浓缩,形成高含量氯离子溶液,诱发电化学腐蚀。表2为粗SM塔和EB回收塔塔顶凝液分析。由表2可见,粗SM塔塔顶凝液中氯离子平均含量约为15.67 mg/kg,在温度大于等于60 ℃且存在水相的条件下,满足诱发300系奥氏体不锈钢(如SS304等)应力腐蚀开裂(SCC)的条件,高含量氯离子显著增加了不锈钢SCC概率。配套保温伴热的SS304材质的DNBP进料管线多次发生泄漏,经排查,故障根源为高含量氯离子引发的电化学腐蚀。EB回收塔进料存在微量氯离子,同样会在塔顶水相中浓缩,但氯离子平均含量较低,仅为4.33 mg/kg,因此腐蚀相对较弱。

表2 粗SM塔和EB回收塔塔顶水相分析
Table2 Condensate analysis at the top of crude SM column and EB recovery column

Crude SM columnEB recovery column ItempHTotal Fe content/(mg·kg-1)Cl- content/(mg·kg-1)pHTotal Fe content/(mg·kg-1)Cl- content/(mg·kg-1)15.9740.336.05.73161.01.225.7030.622.65.54137.82.435.8037.916.85.72139.13.645.9349.818.25.75138.23.855.76101.320.45.59142.54.865.8426.66.05.54124.34.075.4932.26.45.54138.65.285.9133.27.85.73189.07.295.9634.66.85.58180.06.8 Average5.8242.9415.675.64150.064.33

DNBP中有机氯含量为10~500 mg/kg,在输送和精馏过程中不会引发明显腐蚀,最终随SM焦油排出系统。焦油中有机氯平均含量约37 mg/kg,若作为燃料焚烧,氯离子将进入脱硫脱硝系统并在硫铵溶液中富集,存在下游配套设备腐蚀风险,需长期管控。

2.2 碳酸腐蚀

2.2.1 CO2来源与腐蚀机制

EB脱氢反应过程中,催化剂表面持续积碳,积碳与高温蒸汽发生水煤气反应生成CO2和H2,反应方程式见式(1)~(2)。

脱氢尾气中CO2含量约3.5%~6.0%(φ),大部分CO2随脱氢尾气进入PSA单元制氢或作为燃料送入蒸汽过热炉,少量CO2以溶解或气相夹带形式随烃类物料或工艺凝液进入下游精馏单元,成为腐蚀介质。干燥的CO2本身无腐蚀性,但溶于水后发生可逆解离反应生成碳酸,反应平衡式见式(3)。

碳酸溶液对碳钢具有强腐蚀性,腐蚀速率受pH、CO2分压、介质温度和流体流速等因素共同影响。研究结果表明,在相同pH下,碳酸溶液对钢铁的腐蚀性强于盐酸。碳钢表面在弱酸环境(pH=4~6)下可生成FeCO3保护膜,但该膜层疏松多孔且附着力差,在流体的持续冲刷下极易脱落,形成“腐蚀—成膜—脱落—再腐蚀”的恶性循环,持续减薄管壁壁厚。此外,随着SM装置运行年限的增加,装置密封性下降,空气渗入导致脱氢尾气中氧含量上升,O2作为强去极化剂可加速阴极还原反应,并破坏FeCO3保护膜的稳定性,CO2与O2协同作用,是SM装置运行后期腐蚀速率显著上升的核心诱因。

2.2.2 腐蚀区域与案例分析

2.2.2.1 空冷器及工艺凝液汽提塔系统

脱氢产物经换热器冷却后,溶解CO2的工艺凝液全部送入汽提塔处理,形成低pH的酸性腐蚀环境,导致空冷器和汽提塔系统发生腐蚀。表3为工艺凝液汽提塔进料分析。由表3可见,工艺凝液汽提塔进料中总铁含量长期高于1 mg/kg,pH约5.98~6.39,氯离子含量仅为0.4~4.0 mg/kg,可排除氯离子为主要腐蚀介质,因此推断CO2形成的碳酸是主要腐蚀介质。

表3 工艺凝液汽提塔进料分析
Table3 Feed analysis of process condensate stripping column

Total Fe content/Cl-content/DatepH(mg·kg-1)(mg·kg-1)2008-08-016.341.64.02008-08-046.212.32.42008-08-076.083.81.62008-08-106.352.12.22008-08-136.391.51.22008-08-166.301.50.82008-08-195.981.40.42008-08-226.023.80.72008-08-256.282.40.9

SM装置投运16年后(2021年),脱氢尾气中氧含量增加,空冷器翅片管出现泄漏(图3a);2022年3月,汽提塔进料管线变径处出现腐蚀穿孔(图3b),该管线累积服役17年。

图3 空冷器翅片管(a)和工艺凝液汽提塔进料管线(b)泄漏点<br>
     Fig.3 Leak points of air cooler finned tube(a) and process condensate stripper feed pipeline(b).

图3 空冷器翅片管(a)和工艺凝液汽提塔进料管线(b)泄漏点
Fig.3 Leak points of air cooler finned tube(a) and process condensate stripper feed pipeline(b).

2.2.2.2 粗SM塔塔顶系统

脱氢反应生成的CO2随烃类物料和饱和水进入粗SM塔,在塔顶回流罐水相中富集,形成酸性腐蚀环境。表4为粗SM塔塔顶水相分析。由表4可见,塔顶水相平均pH仅为5.21,总铁平均含量为43.94 mg/kg,Fe2+平均含量为9.51 mg/kg,系统腐蚀明显。

表4 粗SM塔塔顶水相分析
Table4 Aqueous phase analysis at the top of crude SM column

ItemDateTimepHTotal Fe content/(mg·kg-1)Fe2+ content/(mg·kg-1)12007-08-0815:005.0224.617.8022007-08-1014:005.20101.05.0032007-08-1415:005.1219.54.5042007-08-1716:004.9119.513.0052007-08-2415:305.3338.08.5062007-08-2514:305.5125.013.7572007-08-2815:005.4080.04.00 Average5.2143.949.51

图4为粗SM塔尾气冷凝器管束和壳侧底部泄漏点。由图4可见,冷凝器管束多处穿孔泄漏,壳侧底部存在密集腐蚀坑。2012年大修封堵数十根泄漏管束,2014年将管束材质升级为SS304不锈钢;2016年冷凝器壳侧底部出现腐蚀穿孔现象,2018年穿孔泄漏部分切割换板;2019年回流罐进出口管线弯头和阀门频繁泄漏,2020年大修检查发现回流罐底部内部存在大面积腐蚀坑。

图4 粗SM塔尾气冷凝器管束(a)和壳侧底部(b)泄漏点<br>
     Fig.4 Leak points of crude SM column vent condenser tube bundle(a) and shell side bottom(b).

图4 粗SM塔尾气冷凝器管束(a)和壳侧底部(b)泄漏点
Fig.4 Leak points of crude SM column vent condenser tube bundle(a) and shell side bottom(b).

2.2.2.3 EB回收塔塔顶系统

EB回收塔进料来自粗SM塔塔顶物料,物料携带饱和水和游离水在EB回收塔塔顶冷凝富集,溶解CO2形成局部酸性腐蚀环境。表5为EB回收塔塔顶水相分析。由表5可见,塔顶水相平均pH为4.92,总铁平均含量为50.86 mg/kg,Fe2+平均含量为38.78 mg/kg,腐蚀程度高于粗SM塔。主要原因是,EB回收塔操作压力高于粗SM塔,CO2在水中溶解度增大,塔顶凝液的水量少,腐蚀介质停留时间长,从而使总铁含量增大。EB回收塔塔顶回流泵、苯/甲苯送出管线和阀门为腐蚀高发区域。

表5 EB回收塔塔顶水相分析
Table5 Aqueous phase analysis at the top of EB recovery column

ItemDateTimepHTotal Fe content/(mg·kg-1)Fe2+ content/(mg·kg-1)12007-08-0815:004.6656.0045.2022007-08-1014:004.8552.5050.0032007-08-1415:004.8471.0046.5042007-08-1716:005.1138.0032.5052007-08-2415:304.9063.2538.0062007-08-2514:304.9148.0044.0072007-08-2815:005.1527.2515.25 Average4.9250.8638.78

图5为EB回收塔塔顶回流泵叶轮腐蚀照片。由图5可见,叶轮表面出现大面积腐蚀,导致泵输送效率大幅下降。

图5 EB回收塔塔顶回流泵叶轮腐蚀照片<br>
     Fig.5 Reflux pump impeller corrosion at the top of EB recovery column.

图5 EB回收塔塔顶回流泵叶轮腐蚀照片
Fig.5 Reflux pump impeller corrosion at the top of EB recovery column.

2.3 硝酸腐蚀

采用硝酸硝化制备DNBP,水洗提纯后仍残留微量游离硝酸,产品pH约为3.5。SM精馏过程中使用阻聚剂DNBP,在高温条件下DNBP在粗SM塔内可能分解产生硝酸根和亚硝酸根离子,并随塔顶水相富集,硝酸腐蚀区域与碳酸腐蚀区域重叠,主要发生在SM精馏单元的粗SM塔和EB回收塔中。

表6为粗SM塔塔顶回流罐水相分析。由表6可见,2022年7月粗SM塔塔顶回流罐水相中检出硝酸根离子质量浓度为0.24 mg/L,亚硝酸根质量浓度为26.90 mg/L,协同加剧塔顶的酸性腐蚀,此外排除了其他酸根离子导致的腐蚀。

表6 粗SM塔塔顶回流罐水相分析
Table6 Aqueous phase analysis of reflux drum at the top of crude SM column

Mass concentration/(mg·L-1)DatepHPO43-SO24-Cl-Total FeNO3-NO2-2022-07-285.1&lt;0.120.152.7013.420.2426.90

图6为粗SM塔的DNBP注入量和塔顶水相pH的关系。由图6可见,DNBP注入量由70 kg/h降至54 kg/h时,塔顶水相pH明显上升,表明减少DNBP注入量可在一定程度上削弱酸性腐蚀强度

图6 粗SM塔的DNBP注入量和塔顶水相pH的关系<br>
     Fig.6 Relationship between DNBP injection rate of crude SM column and pH value of overhead aqueous phase.DNBP:2-<span>sec</span>-butyl-4,6-dinitrophenol.

图6 粗SM塔的DNBP注入量和塔顶水相pH的关系
Fig.6 Relationship between DNBP injection rate of crude SM column and pH value of overhead aqueous phase.DNBP:2-sec-butyl-4,6-dinitrophenol.

2.4 氢气压缩提纯系统腐蚀

氢气压缩提纯系统将脱氢尾气经六缸五级往复式氢气压缩机由0.04 MPa增压至3.0 MPa,冷却至40 ℃后依次送入干燥单元和PSA单元得到高纯氢气。该系统腐蚀本质为上游单元中碳酸腐蚀向高压侧的延伸工况,腐蚀集中在氢压机各级间冷却器、干燥单元气水分离器及其排水管线,而PSA单元进料为干燥粗氢,基本不存在工艺腐蚀。

脱氢尾气中CO2含量为3.5%~6.0%(φ),经多级压缩冷却后,在级间冷却器和分液罐中析出油水冷凝液,CO2溶解形成酸性腐蚀环境。根据亨利定律,气体在水中溶解度随分压增大而增大,3~5级压缩段压力高达0.84~3.00 MPa,高压显著提高了CO2在水中溶解度,腐蚀速率增大,这是高压级冷却器腐蚀严重的根本原因。

表7为氢气压缩机五级换热器检修情况。由表7可见,该换热器管束连续多年频繁泄漏,2017年7月完成整体更换。

表7 氢气压缩机五级换热器检修情况
Table7 Maintenance conditions of the five-stage heat exchanger of hydrogen compressor

DateFaultRepair description 2014-06-10Tube bundle leakageLeakage plugging 2 tubes 2015-07-15Tube bundle leakageLeakage plugging 1 tubes 2015-08-11Tube bundle leakageLeakage plugging 3 tubes 2016-05-27Tube bundle leakageLeakage plugging 3 tubes 2017-01-25Tube bundle leakageLeakage plugging 1 tubes 2017-05-17Tube bundle leakageLeakage plugging 3 tubes 2017-07-10Tube bundle leakageReplace

图7为五级换热器泄漏管束剖开照片。由图7可见,管束外壁向内形成典型台地状碳酸腐蚀形貌,局部CO2分压为0.06 MPa,且存在游离冷凝水,满足碳酸腐蚀发生条件。

图7 五级换热器泄漏管束剖开照片<br>
     Fig.7 Cut-open image of leakage tube bundle of thefive-stage heat exchanger.

图7 五级换热器泄漏管束剖开照片
Fig.7 Cut-open image of leakage tube bundle of thefive-stage heat exchanger.

图8为干燥单元气水分离器罐壁泄漏点照片。由图8可见,气水分离器腐蚀集中在除沫器支撑板上部罐壁,由于支撑板结构形成积液,冷凝水中溶解的CO2长期侵蚀支撑板罐壁,导致罐壁壁厚由16 mm局部减薄至3.7~6.0 mm,最终导致罐壁穿孔泄漏。

图8 气水分离器罐壁泄漏点照片<br>
     Fig.8 Leakage point of gas-water separator.

图8 气水分离器罐壁泄漏点照片
Fig.8 Leakage point of gas-water separator.

3 防腐措施与实施效果

针对四类SM装置腐蚀问题,提出了“原料控制、分区材质升级、pH调控、过程监测”的多维度综合防控策略,按SM装置腐蚀情况分类实施。

3.1 氯离子腐蚀措施

针对SM装置中氯离子腐蚀问题,主要从三个方面进行管控:1)控制原料品质。严控原料苯中氯离子含量小于等于2 mg/kg;明确DNBP的氯离子限值,控制采购标准,DNBP中无机氯含量小于等于5 mg/kg、有机氯含量小于等于15 mg/kg。2)升级装置分区材质。将氯离子腐蚀高发管线和换热器管束的材质由普通碳钢替换为对氯离子不敏感的双相钢(2205或2207型)、316L不锈钢或钛材;材质选型前需准确判断腐蚀类型,避免将氯离子腐蚀区域(如脱轻组分塔塔顶)误判为碳酸腐蚀并将材质升级为SS304不锈钢,进一步加剧腐蚀;腐蚀程度较轻的次要管线可采用加厚碳钢管,增大腐蚀裕量,可稳定运行两个大修周期,综合成本更低。3)工艺与化学措施。优化精馏单元水相浓缩倍数,控制水相中氯离子含量小于等于10 mg/kg,降低腐蚀速率;加注成膜型缓蚀剂,缓蚀剂在金属管壁形成保护膜,但在EB单元禁止加注缓蚀剂,避免催化剂中毒失效;不锈钢设备内壁可采用化学钝化后涂刷水性碳钛笼环氧酚醛防腐涂层,延长设备服役周期。

3.2 碳酸腐蚀措施

3.2.1 空冷器与工艺凝液汽提塔系统

空冷器翅片管(碳钢管+铝翅片)腐蚀速率相对缓慢,可在主冷凝器前加注缓蚀剂以延缓腐蚀。日常持续监控脱氢系统氧含量,空气渗入会导致脱氢尾气中氧含量增加,SM装置正压运行期间需特别关注负压系统泄漏情况并及时消漏。

汽提塔腐蚀防控重点在于材质升级。汽提塔塔顶、塔顶换热器、塔顶气相管线已全部升级为304L不锈钢,抗晶间腐蚀性能更好;进料管线受成本限制仍采用碳钢,但因凝液预热后温度约为65 ℃,加剧了酸性腐蚀,建议将进料管线材质升级为304L不锈钢,腐蚀严重管段可在内壁喷涂防腐涂层,上游管段可加注缓蚀剂、碱性化学品(如碱性尾气压缩机阻聚剂)提高凝液pH,减缓腐蚀。

3.2.2 粗SM塔塔顶

粗SM塔塔顶的腐蚀防控采取了如下措施:1)优化设备材质。将换热器管束材质升级为SS304不锈钢,有效延长了设备使用寿命。2)监控设备泄漏情况。通过跟踪塔压和回流罐液位的异常波动判断系统泄漏情况,若两项参数同时出现有序联动波动,说明塔顶系统漏入空气,发生腐蚀泄漏,需现场及时核查漏点。3)加注缓蚀剂调控pH。2022年8月16日起开始向粗SM塔塔顶加注缓蚀剂,注入量按塔顶回流量的5 mg/kg,控制回流罐水包水相pH维持在7~9。

表8为加注缓蚀剂前后粗SM塔和EB回收塔塔顶回流罐水包水相分析。由表8可见,加注缓蚀剂后粗SM塔水相pH稳定在8.0~8.7,总铁含量降至0.60~11.30 mg/kg,酸性腐蚀介质被有效中和,管线和换热器泄漏频次明显降低。

表8 加注缓蚀剂前后粗SM塔和EB回收塔塔顶回流罐水包水相分析
Table8 Water quality analysis before and after corrosion inhibitor injection at the top of crude SM column and EB recovery column

Before corrosion inhibitor injectionAfter corrosion inhibitor injection SampleDateAverage pHAverage total Fe content/(mg·kg-1)pHTotal Fe content/(mg·kg-1)2025-12-278.72.062025-12-298.62.06 Top of the crude SM column2026-01-105.2143.948.52.062026-01-238.10.602026-02-138.011.302025-12-278.70.112025-12-298.50.11 Top of the EB recovery column2026-01-104.9250.868.60.112026-01-238.40.502026-02-138.516.30

3.2.3 EB回收塔塔顶系统

EB回收塔塔顶腐蚀程度较粗SM塔更严重,采取全面优化设备材质的措施。回流罐水包排水管线升级为SS304不锈钢,塔顶冷凝器中段管束升级为双相钢,回流泵叶轮和蜗壳升级为316L不锈钢,有效解决了叶轮腐蚀导致泵效率急剧下降的问题。此外,冷凝器至回流罐管线是腐蚀易发段,应重点关注管壁减薄和腐蚀情况。

2022年4月开始向EB回收塔塔顶加注缓蚀剂,注入量按塔顶回流量的20 mg/kg,高于粗SM塔塔顶注入量,控制水相pH为7~9。由表8可见,加注缓蚀剂后回流罐水包水相pH稳定维持在8.4~8.7,总铁含量为0.11~16.30 mg/kg,腐蚀现象明显减轻。

图9为加注蒸汽前后EB回收塔塔顶水相的变化。由图9可见,2008年12月向EB回收塔塔顶加注稀释蒸汽减缓腐蚀,加注稀释蒸汽后塔顶水相pH约提高1、平均总铁含量较加注前降低了10 mg/kg左右,腐蚀现象轻度缓解,但稀释蒸汽会增加塔负荷和水相处理量,综合经济性较差。

图9 加注蒸汽前后EB回收塔塔顶水相的变化<br>
     Fig.9 Water quality changes before and after steam injection at the top of EB recovery column.

图9 加注蒸汽前后EB回收塔塔顶水相的变化
Fig.9 Water quality changes before and after steam injection at the top of EB recovery column.

3.3 硝酸腐蚀措施

由于DNBP注入量较小,硝酸腐蚀与碳酸腐蚀相比腐蚀程度更低,因此碳酸腐蚀措施可同时满足硝酸腐蚀的防控需求。此外,还可采取以下针对性措施:1)优化DNBP注入量,在保证阻聚效果的前提下尽量减少DNBP注入量,从源头减少硝酸根的引入。2)严控DNBP产品品质,要求产品pH≥3.5、游离酸含量小于等于0.02%(w)。3)降低粗SM塔操作压力,抑制DNBP在高温下分解,减少生成亚硝酸根。4)以环保型无硝基阻聚剂(如甲基酮衍生物类)逐步替代DNBP,从源头消除硝酸腐蚀路径。

3.4 氢气压缩提纯系统腐蚀措施

3.4.1 氢气压缩机级间冷却器

对于3~5级高压段冷却器,将管束材质从碳钢升级为双相钢,适配高分压CO2和高压下的腐蚀工况。由于氢气产品对杂质含量管控严格,因此材质升级是避免产品污染的首选方案。循环水冷却侧含氯离子,高压下SS304不锈钢存在SCC风险,不宜用于冷却器管束。日常运行中应定期检测循环水出口可燃气体含量,提前预判管束内漏,检修期间应检查各级冷却器壳侧底部导淋,若出现持续排水,说明管束已出现内漏。

3.4.2 干燥系统气水分离器

气水分离器的腐蚀防控关键在于消除积液死区,具体措施如下:优化除沫器支撑板结构,减少支撑板积液诱发的局部腐蚀;气水分离器排液管线高低压界面处采用法兰分段连接,便于腐蚀段检修更换;高压端排液管线采用厚壁管增大腐蚀裕量;将除沫器的检查纳入定期检修项目,并排查装置内同类积液结构,避免设计缺陷引发的腐蚀隐患。

4 结论

1)EB催化脱氢工艺的SM装置的腐蚀类型以氯离子电化学腐蚀和CO2溶于水形成的碳酸腐蚀为主,同时存在阻聚剂DNBP带入的硝酸根腐蚀和氢气压缩提纯系统腐蚀,腐蚀区域集中在轻组分脱除塔系统、工艺凝液汽提塔系统、粗SM塔塔顶系统、EB回收塔塔顶系统和氢气压缩提纯系统。SM精馏单元中阻聚剂DNBP引入的硝酸根/亚硝酸根在塔顶水相富集,与碳酸腐蚀区域重叠。

2)通过“原料控制、分区材质升级、pH调控、过程监测”的多维度综合防控策略,可有效降低腐蚀风险,提升SM装置运行安全性与可靠性。水质检测结果表明,向粗SM塔和EB回收塔塔顶加注缓蚀剂后,回流罐水包水相pH分别由5.21和4.92提升至8.0~8.7,可减缓腐蚀,明显改善了SM装置运行稳定性。

3)设备材质升级应考虑腐蚀介质类型,判断腐蚀介质类型是材质选型的基础,如氯离子腐蚀区域误用SS304不锈钢会加剧腐蚀。同时还应综合考虑SM装置的运行成本和工艺适配性,如换热器需校核换热效率以满足换热需要。

4)由于无法完全消除装置腐蚀诱发因子,腐蚀介质会随物料转移至下游设备薄弱部位,因此需建立长期定期水质检测、管线测厚、设备内窥检查机制,持续跟踪腐蚀发展趋势。(参考文献略)

本文内容来源于《石油化工》2026年8期, 整理发布,如有疑问请与作者联系,与石化缘合作投稿请加文末微信!

【声明】内容源于网络
0
0
石化缘科技咨询
1234
内容 7964
粉丝 0
石化缘科技咨询 1234
总阅读150.5k
粉丝0
内容8.0k