316L钢在减压塔中的应用.pdf
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1、316L钢在减压塔中的应用 司兆平 陈文有 锦州石化公司炼油一厂(辽宁省锦州市121001) 摘要:介绍了减压塔受环烷酸腐蚀的严重程度,探讨了腐蚀机理和应用316L不锈钢抗腐蚀的效果。 关键词:减压塔 环烷酸腐蚀 316L不锈钢 1.装置概况 锦州石化公司二套常减压装置于1988年建成 投产,加工能力为3Mt/ a ,以加工辽河原油为主。 辽河原油具有酸值高、 比重大等特点,其中环烷酸 大约占总酸值的95 %左右。近几年来,辽河原油 密度越来越大,酸值逐年增高(辽河原油的性质详 见表1) ,使设备的腐蚀、 尤其是减压塔的腐蚀越来 越严重。19961998年间,减压塔塔壁多处腐蚀穿 孔,1999
2、年5月,减压塔被迫整体更新。 表1 辽河原油的性质评价 年度 密度 (20 ) / gcm- 3 酸值 / mgK OHg- 1 含硫 / % (m/ m) 含盐 / mgL - 1 19900.92901.630.377.3 19920.93681.970.2619.75 19940.94402.070.227.9 19960.94722.270.237.65 19980.94052.530.204.73 1999 一季度 0.94072.990.184.40 2 减压塔的腐蚀情况 减压塔腐蚀最严重的部位是减二线、 减三线。 减压塔原始设计采用干式蒸馏,一、 二、 三线均为 1Cr18Ni9
3、Ti矩鞍环填料,四线采用1Cr18Ni9Ti格栅 填料。然而1989年在装置投产不到一年的时间里 减三线填料就几乎完全失效(如图 1) 。减三线矩 鞍环填料塌陷达1.1m ,填料几乎全部腐蚀,光泽全 无,腐蚀较重的只剩下残缺不全的碎渣了。 塔壁材质为碳钢,腐蚀严重,有0. 51. 0mm 深的蚀坑。 减二线集油箱出现点蚀坑,支承梁上有1mm 深蚀坑,1Cr18Ni9Ti破沫网破裂多处。1992年装置 大修时,减二线内1Cr18Ni9Ti填料出现不同程度的 腐蚀,部分填料失重率达80 % ,填料支承盘(材质 1Cr18Ni9Ti)局部失去承重能力(图2) ,大量填料已 滑落到集油箱内。减压塔内构
4、件如:支承梁、 集油 箱、 升气孔、 伞帽、 塔壁衬里等也惨不忍睹(图 3) 。 这些部位的腐蚀主要来自环烷酸的腐蚀。鉴 于1Cr18Ni9Ti钢抗环烷酸腐蚀能力不强,从1991 年开始在减压塔中应用316L钢,并收到了良好的 应用效果。 图1 减三线填料腐蚀情况 3 试验与应用 3.1 挂片试验 为了研究钢材在减压塔中的耐蚀性能,选取适 合的钢种,在减压塔中做了挂片试验,挂片试验情 况见表2。 试验时选择了具有代表性的、 不同材质的试 件:包括碳钢、1Cr18Ni9Ti、316L ,将其串在一起,分 组放在减二线、 减三线上,试件选用的是环矩鞍填 料。 耐蚀材料 石 油 化 工 腐 蚀 与
5、防 护 2 0 0 0 , 1 7 ( 4 )2 9 图2 减二线填料支承盘腐蚀情况 表2 挂片试验工况 项目减二线减三线 介质蜡油蜡油 温度/270280320330 压力/ MPa0.0940.094 酸值/ mg. K OHg- 14.533.52 以下数据取自1996年挂片,试验结果如下: 外观检查: 放置于减二线和减三线的挂片腐蚀情况区别 不大。1Cr18Ni9Ti与316L对比,1Cr18Ni9Ti外观呈 黑色,有点蚀、 减薄;而316L填料外观则基本没有 变化,保持原态。 失重率检查: 将减二线、 减三线挂片表面清洗后称重,结果 见表3。 图3减三线集油箱及塔壁衬里腐蚀情况 表3
6、 减二线、 减三线试验填料腐蚀统计 项目1Cr18Ni9Ti316L 减二线试前重量 表面 试后表面 重量 失重率/ % 20.542620.7694 光亮光亮 16.993520.5898 点蚀、 黑光亮 17.30.87 减三线试前重量 表面 试后重量 表面 失重率/ % 20.179020.5199 光亮光亮 16.177820.2684 点蚀黑光亮 19.831.23 从表3数据可以看出:316L钢在减二线失重 率仅为0. 87 % ,减三线为1. 23 %;而1Cr18Ni9Ti在 减二线失重率为17. 3 % ,减三线为19. 83 %。此组 数据表明,316L钢在耐辽河原油环烷酸
7、腐蚀方面 要远远优于1Cr18Ni9Ti钢。 3.2 316L钢在减压塔中的应用 由于减三线填料的严重腐蚀,1990年大修中 将减三线填料改为四层网孔塔盘,材质选用316L 钢。使用两年后可以看出塔盘光亮如新,没有被腐 蚀的痕迹(图4) ,而1Cr18Ni9Ti材质的短椭圆垫片 却腐蚀严重。生产实践证明,316L钢耐环烷酸腐 蚀性能优良,为在减压塔中大量应用打下了基础。 图4 316L网孔塔盘 1993年装置大修时,减二线支承盘也采用了 316L钢,以后每次大修减压塔的1Cr18Ni9Ti内构 03 石油化工腐蚀与防护 第17卷 件的局部修补都采用316L钢贴补或更换,见表4。 表4 1999
8、年整体更新的减压塔各部材料 部位名称材质规格型号/ mm备注 筒体 复合板 20R + 316L 6400(18 + 3) 4200(14 + 3) 一、 二线填料环矩鞍316L渗铝 52280.8部分利旧 一线填料支承盘1Cr18Ni9Ti利旧 二线填料支承盘316L利旧 一、 二线、 三、 四线集油箱316L 各集油箱、 填料、 网孔塔盘支梁316L 三线网孔塔盘316L部分利旧 四线格栅填料316L 57602部分利旧 塔底泡帽塔盘18 - 8利旧 4 腐蚀分析 4.1 腐蚀机制 环烷酸是一种含氧有机酸,主要是环戊烷羧酸 及其同系物,呈弱酸性,其环状结构为: 可以表示为ROOH ,R代表
9、环烷基。 在低温情况下环烷酸并不腐蚀金属,但在高温 下环烷酸与铁发生反应生成环烷酸盐: 2RCOOH + Fe 高温 Fe(RCOO)2+ H2 环烷酸的腐蚀之所以严重是因为Fe (RCOO)2 是油溶性的,无法形成保护膜。 在有高温硫腐蚀的情况下: Fe + S 高温 FeS Fe + H2S 高温 FeS + H2 环烷酸会与FeS反应,破坏FeS形成的保护 膜: FeS + 2RCOOHFe(RCOO)2+ H2S 辽河原油中硫含量较低,所以高温硫腐蚀的影 响并不显著。只有在减四线中可以反映出高温硫 腐蚀的影响。 4.2 腐蚀影响因素 4.2.1温度影响 环烷酸最活跃的温度范围是2323
10、99。在 此温度范围内,环烷酸对设备造成严重的腐蚀。如 果没有环烷酸的气化损失,腐蚀会随温度的升高持 续增加。 4.2.2酸值的影响 在给定的温度下,腐蚀与油品中环烷酸的含量 (或酸值)有直接关系,酸值提高一倍,腐蚀大约增 加一倍。对辽河原油直馏产品分析,减二线、 减三 线酸值较高,在34mgK OH/ g以上,因此高酸值的 辽河油造成了减压塔特别是减二线、 减三线的严重 腐蚀。 4.2.3流速和涡流的影响 环烷酸腐蚀受流速和涡流的影响很大。环烷 酸腐蚀严重的部位都是在流速高的部位,流速增加 腐蚀率也增加。 环烷酸的腐蚀还与涡流有关,腐蚀最厉害的地 方都是出现在流速高而又有涡流的部位。所以从
11、外观上看,腐蚀往往先是出现点蚀,点蚀形成的小 坑点又加剧旋涡的形成,以致形成大面积的蚀坑和 沟槽。 炼油一厂减压塔的腐蚀充分说明了流速和涡 流的影响是十分严重的,如减四线格栅填料 (1Cr18Ni9Ti)、 格栅填料上的破沫网以及破沫网上 的减三线集油箱腐蚀严重的部位都是相对应的。 正是因为局部气速大,才造成相当严重的环烷酸冲 刷腐蚀。 减三 线 集 油 箱 底 板 和 支 承 梁 腐 蚀 穿 孔 (1Cr18Ni9Ti)就是典型的涡流影响环烷酸腐蚀的例 子。由于升气孔侧壁的下缘、 底板、“工” 字钢支承 梁共同形成了一个阻挡油气流动的涡流带(图5) , 产生涡流的油气直接冲击底板和 “工”
12、字钢梁,造成 了底板和 “工” 字钢梁严重腐蚀穿孔(图 6) 。而同 一块底板的上表面由于集油箱保持着一定的液面, 相对是较平静的,不存在冲蚀,所以上表面几乎看 不出被腐蚀的痕迹,光滑而明亮。 高流速和涡流会加剧环烷酸腐蚀,可以说单纯 的环烷酸腐蚀并没有想象的那么严重,只有在高流 速和涡流时,才会给设备带来严重的腐蚀。 13 第4期 司兆平等.316L钢在减压塔中的应用 w w w . b z f x w . c o m 图5 减三线集油箱涡流带 图6 减三线集油箱支承梁及底板腐蚀情况 4.3 晶间腐蚀 从减压塔的腐蚀情况可以看出:焊口和热影响 区的腐蚀要比母材严重(图3) ,从对焊口的热影响
13、 区进行金相分析可以明显观察到有严重的晶间腐 蚀(图 7) 。 图7 焊缝热影响区晶间腐蚀 奥氏体不锈钢的晶间腐蚀通常是由于敏化和 钢材的不合格而引起的。焊缝的热影响区正是因 为敏化形成了贫铬区,才造成了晶间腐蚀。 降低含碳量可以减小晶间腐蚀倾向,使用超低 碳钢可以有效地减少或避免晶间腐蚀。在减压塔 中使 用316L钢 产 生 晶 间 腐 蚀 的 几 率 要 比 1Cr18Ni9Ti钢小。 5 防腐蚀措施 5.1 采用优质材料 高温环烷酸腐蚀的控制方法主要是采用材料 防护,这是解决环烷酸腐蚀的主要手段。在辽河原 油的酸值不断升高、 腐蚀日益严重的情况下,316L 钢是现阶段抵抗环烷酸腐蚀的理想
14、材料。 5.2 保证材料质量 材料的优劣是能否达到防腐蚀目的的关键。 以往减压塔检修时316L网孔塔盘曾发生过混料现 象,非316L塔盘受到了不同程度的腐蚀(图8) ;同 样由于使用不合格的316L材料的减二线浮球发生 严重腐蚀(图 9) 。检修时要严格检测、 避免混料, 并使所用钢材的化学成分在规定的范围内。 另外, 焊接材料也是非常重要的,使用不适合的焊接材料 会造成焊口的晶间腐蚀,使焊缝穿孔,破坏了构件 的整体性能。 23 石油化工腐蚀与防护 第17卷 图8 不同材质的网孔塔盘腐蚀情况 5.3 避免冲蚀和涡流 受操作条件的约束,塔内不可避免地会产生高 速油气,并产生小漩涡,检修时焊缝应尽
15、量磨平,避 免不必要的凸起和凹陷,保持器壁或管壁比较光 滑,防止出现涡流而加速腐蚀。 5.4 试用工艺防腐蚀新技术 使用新型高温缓蚀剂来改变环烷酸的腐蚀范 围、 降低环烷酸的活性是治本之道。 5.5 开展好状态监测工作 检修中坚持金相检查、 挂片试验,搞好测厚工 图9 减二线集油箱浮球腐蚀情况 作,可以从宏观上、 微观上充分了解设备状况,及时 消除设备隐患,防止发生设备事故。 6 结语 减压塔的腐蚀是不容忽视的,防腐蚀工作要常 抓不懈,在1Cr18Ni9Ti钢无法抵抗环烷酸腐蚀的情 况下,用316L钢取而代之是有效的。从目前生产 状况上看,大量应用316L钢的减压塔能够满足生 产的要求。 (收
16、稿日期:2000 - 01 - 20) (上接第12页) 4Fe2O3+ Fe2 + 2e - 3Fe3O4 而当锈层干燥时是透氧的,这时Fe3O4又会被 渗入的氧重新氧化成Fe2O3,即: 2Fe3O4+ 1/ 2O23Fe2O3 由此可见,在干湿交替的条件下,带有锈层的 钢铁能加速其自身腐蚀的进行。 3 防护措施 根据沿海地区的腐蚀特点及影响腐蚀的因素, 可以有针对性地采取有效措施,以减少腐蚀所带来 的危害。 3.1 选用具有合金元素的金属材料 研究表明,铜、 磷、 铬、 铝、 硅等都是提高钢材耐 大气腐蚀性的有效元素。其中铜系应用较多,对沿 海大气的耐蚀性也较好。目前国内常用的主要有 1
17、6MnCu钢、09MnCuPTi钢、15MnVCu钢等。 3.2 采用特殊防蚀涂料 根据沿海地区金属腐蚀的电化学特点,可以应 用一些能够钝化底金属,提高其电极电位,或使被 保护金属成为阴极的特殊涂料,如富锌底漆。 3.3 进行金属喷涂与涂料的复合保护 由于金属铝、 锌等具有优良的耐蚀性和自钝化 能力,因此在钢铁表面喷铝、 喷锌,能够起到良好的 防护作用。但是,喷涂层一般有20 %30 %的微 孔结构,且在介质中,铝、 锌会作为牺牲阳极而以一 定的速度腐蚀掉。如果能在喷涂层上用涂料加以 封闭,则在协同效应的作用下,会大大增强其耐蚀 性,而且也会使涂层的使用寿命明显延长。 另外,由于金属腐蚀产物的
18、自催化作用会加速 腐蚀的进行,因此及时清除腐蚀产物,做好运行中 的保养工作,对减缓金属的腐蚀也具有一定意义。 (收稿日期:1999 - 11 - 15) 33 第4期 司兆平等.316L钢在减压塔中的应用 Strengthen the Corrosion Protection to Extend the Operation Cycle of the Unit Liu Xiaohui The effects of strengthening the corrosion protection work on extending the operation cycle if the unit and
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- 316 减压塔 中的 应用
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