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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置。由于焦化装置
2、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，出口温度为500，入口压力
3、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。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997.60.7914.20辽河+韦杜里979.80.5215.36伊 郎986.52.9321.38沙特+渤海995.10.8018.97沙 特998.93.0319.892.1.1 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
4、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0.93080.96750.97520.91760.96560.95260.98650.9989炉温49914951494149814951495149314931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0.93080.92740.94050.95490.94050.9375炉温498149814961496149614971一般混合比例为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
5、 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平稳，使装置具有相对的独立性。2.1.3 严格控制炉膛温度小于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
6、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
7、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，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
8、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。2.4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
9、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
10、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 27
11、1 272 301 302 303 304）；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（302 303 304 297 298 299）。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，
12、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
13、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 1101501902302703103503904304705102.912.932.962.972.993.023.053.073.093.133.173.234.965.015.015.025.055.095.125.145.175.225.275.348.048.088.138.138.158.248.268.298.328.368.418.4710.0410.0910.110.1410.1610.1710.1810.2510.3610.4310.66
14、10.8512.0612.112.1312.1612.1912.2312.312.3312.4512.5512.7613.2114.0414.0714.1914.2314.2714.314.3614.3914.5114.6314.8315.2215.9616.1316.1416.1716.2316.2816.3416.4916.5116.7616.8917.2318.0518.2118.2318.2718.2918.3318.4218.4518.4818.7618.9119.2420.1120.2920.320.3620.4120.4420.520.5320.5821.0421.1221.36
15、22.0722.2822.3222.3622.3922.4222.5222.5522.7122.9423.1323.4825.0225.2725.3125.3525.4225.4425.5625.625.6626.2426.3826.6628.0528.3128.3728.4228.4828.5428.6328.7628.8329.2629.529.8730.0630.3430.3730.4530.5130.5930.6830.7830.8631.3431.631.98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。由于反映
16、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、H0和温度T的函数关系，即Hf =f（H0，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=16.26+（Hf -16.71）-2.2410-3（T-310）/1.1410-4 （T-310）+1.02 (1)其中：H0为常温厚度值，mm Hf为高温厚度值，mm T为测厚时的温度值，我们将该回归方程编入测厚数据库软件，达到输入高温测厚值就能反馈得到相应的常温壁厚。3.4 数据记录格式的确定(如表五示例)表五 延迟焦化乙醇胺流程测厚数据记
17、录表：序号管线规格温度压力MPa介质材质公称壁厚 mm实 测 壁 厚 mm07/9610/9601/9704/97269219101050.17酸性气20#108.58.38.38.027010861050.17酸性气20#64.34.24.34.2271219101050.17酸性气20#109.49.39.29.0272219101050.17酸性气20#109.59.59.49.32871086400.01乙醇胺20#65.04.84.84.82881086400.01乙醇胺20#64.84.94.84.6289453.5400.01乙醇胺20#3.54.04.03.83.5290108
18、6400.5乙醇胺20#6.4.54.24.34.1291453.5400.1乙醇胺20#3.55.55.55.35.0292453.5400.4乙醇胺20#3.53.53.53.43.3293453.5400.4乙醇胺20#3.55.95.75.65.5297453.5400.4乙醇胺20#3.55.55.55.45.3298453.5400.4乙醇胺20#3.54.03.93.83.63.5 将定点测厚规程化。根据以往多次测厚经验和在测厚过程中碰到的一些问题, 我们在实施过程中对有关的测厚空视图、测厚具体部位的选定原则、测厚点所测频度的确定、测厚数据记录格式及在现场具体实施形式作较书面的规
19、定，使之形成规程而具有可操作性。3.6 定点测厚数据库软件的编制3.6.1 编制原理为了更加直观、确切地反映管线的腐蚀速度，需要计算相邻两次测厚这一段时间的腐蚀率而不是全部测厚时间内平均腐蚀率，所以腐蚀率的公式应为：v=（h0-h1）/t （2）其中：v-腐蚀率，mm/a； h0 -上一次所测壁厚（程序里定为原始壁厚），mm h1 -下一次所测壁厚（程序里定为所测壁厚），mm； t-两次测厚的时间间隔，年值得注意的是，此处的h0、h1均为反馈回的常温值。3.6.2 评估剩余寿命的编程原理管线壁厚测量的应用范围应只局限于均匀腐蚀，对局部腐蚀只能作一参考标量，没有太大的实用价值，但对于均匀腐蚀，进
20、行剩余寿命评估可以判断出管线上的危险点，（对于同一段管线，剩余寿命较短的点就是危险点）剩余寿命的计算原理大致为：先对管线进行强度校核满足要求以后，则根据均匀腐蚀规律，评估其剩余寿命，计算公式如下：L=（S-Smin）/Vn （3）其中：L-剩余寿命，年； S-有效厚度（所测壁厚反馈回常温的值），mm Smin-理论最小厚度，mm； Vn-最近一次测厚的腐蚀率，mm/a。此处为了反应出管线的腐蚀趋势，故采用了最近一次测厚的腐蚀率而没有采用平均腐蚀率。3.7 对应用程序的一些说明总体上采用以上原理编制的测厚应用程序能将各次值输入后得出腐蚀率,绘出腐蚀率图,并对各类数据进行查询,查看管线图,对图上各点访问其特征值,做到了数与图的有机结合。4 结论与存在的问题4.1 焦化装置设备与管线正确合理的选材是保证装置安稳长运行的基础。特别是装置加工中东含硫原油以后，高温硫的腐蚀十分严重，应引起设计、设备制造与安装以及生产管理部门的高度重视。4.2 改进操作工艺，做到平稳操作，不超温超压，以降低设备事故率。4.3 加强对设备的巡检，切实做好对重点部位管线的定期、定点测厚工作，及时发现设备管线的隐患，把事故消灭在萌芽状态中。4.4 对我公司而言尚需深入研究的问题有：分馏塔顶富气出口到汽油罐段盐结垢以及焦炭塔除焦井架严重腐蚀等。
