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1、1延迟焦化装置的防腐与管线定点测厚中国石化镇海炼化股份有限公司研究中心 严伟丽 袁军国1 概述延迟焦化装置是使减压渣油分裂、裂解、聚合，生成轻质油、中间馏分油和焦炭的一个重要装置。由于该装置是将重质油在管式炉中加热，采用高的流速（炉子注水）及高的热强度（炉出口温度 500），使油品在加热炉中短时间内达到焦化反应所需的温度，然后迅速离开加热炉，进入焦炭塔，从而使焦化反应不在加热炉中进行，而延迟到焦炭塔中进行，而被称为延迟焦化。我公司焦化装置于 91 年 12 月建成投产，设计能力年加工胜利减渣 80 万吨，流程采用两炉四塔，相应配套吸收稳定与干气脱硫。它是目前国内设计较先进，流程最长的延迟焦化装
2、置。由于焦化装置的设备长期在高温、高硫介质中运行，其中焦炭塔还处于冷热周期变化中，易发生腐蚀、变形及开裂等形态。特别是近年来原油品质的劣化（大量加工中东含硫原油），进入焦化的油品含硫量高达 3%以上，给设备带来了严重的腐蚀。对此，镇海炼化一方面加强了对设备的管理，开展了管道定点测厚，另一方面提高设备材质，加强工艺防护。装置运行至今，未出现炉管严重结焦、破裂，焦炭塔开裂，管线穿空引起火灾等事故。2 装置各大系统的腐蚀与防护状况2.1 炉子 加热炉是延迟焦化的主要设备，其主要的腐蚀形态为高温氧化与高温硫腐蚀。近年来我公司加工渣油的性质见表一：炉管材质为 Cr5Mo，入口温度为 367-376，出口
3、温度为 500，入口压力1.74MPa，出口压力 0.43MPa。渣油性质变差，但炉子使用超过 8 年，除个别几根炉管发生高温氧化外，加热炉总体运行平稳。2表一 原料油的性质原油品种 渣油密度 g/cm3 渣油含 S% 残炭%渤海+阿曼 997.6 0.79 14.20辽河+韦杜里 979.8 0.52 15.36伊 郎 986.5 2.93 21.38沙特+渤海 995.1 0.80 18.97沙 特 998.9 3.03 19.892.1.1 严格控制辐射段管内介质温度，根据不同的原料性质，所生成焦炭的残炭，正确确定辐射段出口温度，避免油品的先期临界分解段正好位于管壁温度最高和热强度分布不
4、匀的管段。焦化炉子第 15-25 之间的热强度分布较均匀，先期临界分解段位于这之间。具体原料油性质与温度控制一般作如下规定：表二 单一原料油与辐射段出口温度的关系品种 大庆 胜利 辽河 韦杜里 阿曼 卡宾特 伊朗 沙特比重 0.9308 0.9675 0.9752 0.9176 0.9656 0.9526 0.9865 0.9989炉温 4991 4951 4941 4981 4951 4951 4931 4931表三 混合原料油（还加油浆）与辐射段出口温度的关系品种 韦+大 米+大 韦+卡 卡+大 韦+大+胜 韦+辽比重 0.9308 0.9274 0.9405 0.9549 0.9405
5、0.9375炉温 4981 4981 4961 4961 4961 4971一般混合比例为 4：1 及 8：1，冬季上述指标往上限控制，夏季时往下限控制。2.1.2 加热炉烧脱硫瓦斯根据外厂报导，炉子的注水管是腐蚀严重的部位。因为注水管外壁温度接近硫酸的露点温度，易受烟气的露点腐蚀，且注水管受硫酸露点腐蚀程度直接与燃料瓦斯气中的硫化氢含量成正比。因此减少瓦斯气中的硫化氢含量可减轻注水管的露点腐蚀。由于本装置增设了瓦斯脱硫系统，且严格控制脱后干气硫化氢含量，这样一方面大大减轻了注水管的硫酸露点腐蚀，另一方面也避免了由于管网瓦斯压力波动引起操作不3平稳，使装置具有相对的独立性。2.1.3 严格控制
6、炉膛温度小于 800，防止炉管受热强度升高而导致炉管烧弯。为提高热效率，增强辐射强度，辐射段表面喷涂 HT-1 辐射涂料，炉底贴陶纤板，这样在控制炉膛温度的前提下，既可提高炉子的热负荷，又保护了炉管。另外，为防止空气预热器的硫酸露点腐蚀，控制炉内氧含量在 6%以下及烟气出口温度不小于 160。2.2 焦炭塔虽说焦炭截为低压容器（操作压力为 0.18MPa），但操作条件复杂，温度变化剧烈。通过对塔壁应力分析可知，塔壁所受的应力还是很高的，而且是循环应力。为控制焦炭塔的变形和开裂，应努力降低热应力水平，为此，应采取以下措施：（1） 在预热阶段，预热速度应缓慢些。快速加热会使塔内壁温差过大而热应力加
7、大。（2） 进料反应阶段使塔内压力保证在操作压力以下。（3） 冷焦阶段是最重要的阶段，应力峰什出现在这一阶段，因此要尽量降低冷焦速度，尤其是水冷初期，给水量一定要小。（4） 切焦时注意钻机不在某一区域停留过长时间。在大检修时，对裙座附近的焊缝进行表面探伤，以检查开裂和裂纹产生情况，从几次大修时对焦炭塔裙座进行磁粉探伤情况来看，未发现微裂纹。这与安装时严把焊接质量关，地脚螺栓拔紧度与周围裙座膨胀一样，及严格按工艺指标操作分不开的。2.3 分馏塔分馏塔规格：3300（12+3）/（14+3）35015，塔盘层数：24，材质：0Cr13+20g。该系统的高温部位较多，辐射泵、热油泵的工艺管线又不粗，
8、所以操作上的波动引起管子忽冷忽热而极易导致热应力集中最终使管线疲劳破坏。所以严格做到平稳操作。塔底循环泵长期开来控制塔底温度不超过 385以防止分馏塔结焦。将分馏塔顶气分器的冷凝水注入塔顶挥发线，减轻了塔顶系统设备的腐蚀。分馏塔底加热炉进料泵碳钢抽出过滤器腐蚀形态为均匀腐蚀，蜡油集油箱和柴油段当炼制酸值较高的原料油时，发生由环烷酸引起的锐槽状腐蚀形态。42.4 吸收稳定系统稳定塔底重沸器因外表面温度较高，液体不断汽化，因此在管子周围自下而上形成碳化、空气、瓦斯的高速气流，极易在表面残留粒状腐蚀产物，壳体下部也易形成蚀坑，由于腐蚀较重，于 94 年大修时由碳钢管束更换为不锈钢管束。2.5 干气脱
9、硫系统采用乙醇胺脱硫工艺，设备腐蚀较严重，经大修期间打开人孔检查，发现腐蚀主要在操作温度较高的部位，如：解吸塔、重沸器，并且腐蚀的主要形态是局部腐蚀穿孔，碳钢腐蚀更严重；吸收塔腐蚀较轻，但内表面仍有 2-3mm 厚的红褐色铁锈；再生塔（特别是碳钢部位）腐蚀严重，并且随温度不同腐蚀程度不同。我们针对不同的腐蚀原因从材料和工艺上下手。由于净化干气压力不高，用低碳钢能满足设备的机械强度和可焊性要求，但若在受腐蚀严重的局部地方采用耐蚀合金，实践证明防腐效果很好。3 管线的定点测厚3.1 布点原则布置测厚点的基本原则为：在每条管线的直管和弯管段都设置测厚点，使每个部位都有测厚数据，便于了解相应部位腐蚀规
10、律，同时考虑在介质腐蚀性强的部位及介质发生泄漏造成危险性大的部位增加测厚点数。另外在液位经常波动的部位、冲蚀的部位、使用中产生的变形部位、表面缺陷检查时发现可能有问题的部位增加测量点数。下面以延迟焦化乙醇胺流程为例说明之（见图一）：a.在弯头处有时会存在积液或冲刷，所以一般弯头处的测量点数多于直管段，图一中有 17 个点（269 270 271 272 287 288 289 290 291 297 299 300 301 302 303 304 305）定在弯管段，3 个点（292 293 298）定在直管段；b.一般情况下，温度高端比低端腐蚀严重，所以在温度高端增加测量密度，酸性气管线高端
11、定点 4 个（269 270 271 272）,而在低端仅有 2 个测厚点（303 304）；c.管线处在易腐蚀的介质中则相应增加测量点数，酸性气管线为易腐蚀介质，所以定点密度较高有 7 个测厚点（270 271 272 301 302 303 304）；d.在一些主要控制阀区设立测厚点，PV-303 LV-303 都设置了测厚点（302 303 5304 297 298 299）。图一 延迟焦化乙醇胺流程测厚布点图3.2 绘制测厚空视图根据测厚需要，将焦化装置按系统分块，再分成小区，然后画出各小区的空视图（如图一），该空视图主要包括管道走向、管道规格、连接主要设备、介质流向等，最后标明该小区
12、的名称。3.3 高温测厚仪读数校正测厚仪器及探头选用德国 KK 公司的产品DMEDL 型超声波测厚仪及其配套高温探头和高温耦合剂，其可测温度范围从常温至 600，厚度范围为 0.5-199mm，精度为0.01mm。实践证明，高温测厚数据 Hf往往超过实际厚度 H0，显然 Hf 不能反映被测高温设备、管线的实际剩余厚度，所以我们要找出其影响因素并对其进行校正，建立起校准数模，通过测得的 Hf 求得高温设备、管线的实际剩余厚度，以便准确判断设备、管线6的腐蚀程度。3.3.1 试验条件经分析对高温测厚数据 Hf 影响最大的是被测对象的温度。于是我们选定了从最小厚度为 3mm 到最大厚度为 30mm
13、共 13 种规格的碳钢试件和 8 种规格的 18-8 不锈钢试件。测试温度范围确定为常温及 110-510，每隔 40逐次测量。3.3.2 测量数据及结果为了获得准确的测量结果，对每一测量点测读一次，校读一次以上，直至得到稳定的读数值。以碳钢试件为例按上述方法测得数据如下表四。表中 H0 为试件实际厚度（mm）；T 为试验温度（）；数据 Hf是试验温度下的实测厚度（mm）。表四 实验室测厚数据Hf T H0 110 150 190 230 270 310 350 390 430 470 5102.91 2.93 2.96 2.97 2.99 3.02 3.05 3.07 3.09 3.13 3
14、.17 3.234.96 5.01 5.01 5.02 5.05 5.09 5.12 5.14 5.17 5.22 5.27 5.348.04 8.08 8.13 8.13 8.15 8.24 8.26 8.29 8.32 8.36 8.41 8.4710.04 10.09 10.1 10.14 10.16 10.17 10.18 10.25 10.36 10.43 10.66 10.8512.06 12.1 12.13 12.16 12.19 12.23 12.3 12.33 12.45 12.55 12.76 13.2114.04 14.07 14.19 14.23 14.27 14.3
15、14.36 14.39 14.51 14.63 14.83 15.2215.96 16.13 16.14 16.17 16.23 16.28 16.34 16.49 16.51 16.76 16.89 17.2318.05 18.21 18.23 18.27 18.29 18.33 18.42 18.45 18.48 18.76 18.91 19.2420.11 20.29 20.3 20.36 20.41 20.44 20.5 20.53 20.58 21.04 21.12 21.3622.07 22.28 22.32 22.36 22.39 22.42 22.52 22.55 22.71
16、22.94 23.13 23.4825.02 25.27 25.31 25.35 25.42 25.44 25.56 25.6 25.66 26.24 26.38 26.6628.05 28.31 28.37 28.42 28.48 28.54 28.63 28.76 28.83 29.26 29.5 29.8730.06 30.34 30.37 30.45 30.51 30.59 30.68 30.78 30.86 31.34 31.6 31.98由表四的数据可以看出：随着温度的增高，测厚数据偏差增大，这证明了在现场用测厚仪所测得数据 Hf 大于设备实际厚度是正常的。7由于反映管道腐蚀状况的各项指标如腐蚀率、剩余寿命等均以常温值为基准，为了确定高温、低温下测得的厚度 Hf、H 0 和温度 T 的函数关系，即 Hf =f（H 0，T），在这里采用最小二乘法对表四的实验室测厚数据进行拟合，得到碳钢材料高温厚度值反馈到常温厚度值的拟合式：H0=16
