硫化氫汽提塔進料段腐蝕分析

侯艷宏，于鳳昌，段永峰

(1.中海煉化惠州煉化分公司，廣東 惠州 516086;2.中石化煉化工程(集團)股份有限公司工程技術研發中心，河南 洛陽 471003)

某煉油企業高壓加氫裝置采用殼牌公司開發的加氫裂化技術和催化劑，主要加工減二線蠟油、減三線蠟油和焦化蠟油，其混合比例為49.08∶30.92∶20，處理量為4 Mt/a，生產出加氫尾油、柴油、噴氣燃料和輕重石腦油等高附加值產品。該裝置2009 年4 月投產，2011 年10 月停工檢修發現硫化氫汽提塔熱低分油進料段下側嚴重腐蝕。

1 硫化氫汽提塔設計條件與材質

硫化氫汽提塔C-201 設計條件如下:塔頂操作溫度164 ℃，操作壓力為0.93 MPa，塔底溫度為232 ℃;塔頂回流溫度為50.2 ℃，流量為14.833 t/h;冷低分油進料溫度為187.3 ℃，流量為282.834 t/h;熱低分油進料溫度281 ℃，流量為196.792 t/h。

塔主體材質:17 層塔盤以上材料為20R，17層塔盤以下為20R+0Cr13，塔內件0Cr13。

2 腐蝕現象與形貌

2011 年10 月調查發現:硫化氫汽提塔腐蝕主要發生在熱低分油進料段下側，11 到15 層塔盤大部分浮閥脫落，腐蝕程度依次增加，每層塔盤中間部位腐蝕最嚴重，右側次之，左側相對較輕。第15 層中間塔盤及靠近人孔一側兩塊塔盤大部分已完全腐蝕，塔盤左側(面向人孔方向)浮閥絕大多數脫落。右側比左側腐蝕嚴重，右側中間部位一塊塔盤部分已完全腐蝕掉(見圖1)，左側塔盤中間浮閥大部分脫落，中間部位進料分布器正對折流擋板尤其是下部表面有嚴重蝕坑，部分已完全腐蝕，降液板底部及支撐梁腐蝕嚴重。第16 層塔盤部分浮閥脫落，中間比兩側腐蝕嚴重。詳細的硫化氫汽提塔熱低分油進料段腐蝕檢測數據見表1。

3 分析與討論

硫化氫汽提塔發生嚴重腐蝕，為探尋腐蝕的原因，仔細觀察腐蝕的塔盤，發現腐蝕的塔盤正面布滿腐蝕麻點(見圖2)，背面基本無明顯腐蝕跡象。這表明腐蝕主要發生在液相，氣相腐蝕輕微。

表1 硫化氫汽提塔進料段腐蝕檢測結果

圖1 熱低分油進料處腐蝕

圖2 塔盤正面布滿腐蝕麻點

硫化氫汽提塔塔頂操作溫度:164 ℃，操作壓力0.93 MPa，塔底溫度232 ℃;熱低分油進料溫度281 ℃，是否存在液態水導致嚴重水相腐蝕需要進一步核算。硫化氫汽提塔相關溫度下水飽和蒸汽壓見表2。

表2 硫化氫汽提塔相關溫度下水飽和蒸汽壓

以塔頂為例計算對應的蒸汽分壓:塔底汽提蒸汽4 167 kg/h;塔頂摩爾流量為1 520.6 kmol/h，所以蒸汽摩爾分數為15.2%。塔頂壓力為0.93 MPa，所以蒸汽分壓為0.93 MPa ×15.2%即0.141 MPa?？紤]硫化氫等不能提高水的露點溫度，因此在硫化氫汽提塔內不能形成連續的液態水相，僅有可能在冷回流區域形成液態水點。因此斷定硫化氫汽提塔熱低分油進料段下部的腐蝕不是由于水相腐蝕導致的。

熱低分油進料溫度281 ℃，硫化氫設計值為摩爾分數0.2%，根據McConomy 曲線，0Cr13 的腐蝕速率約為0.025 mm/a，據此很難解釋硫化氫汽提塔11 至15 層塔盤嚴重腐蝕。

為進一步尋找硫化氫汽提塔發生如此嚴重腐蝕的原因，調取了硫化氫汽提塔開工2 年來的運行數據，熱低分油進料流量變化見圖3。

圖3 熱低分油進料流量

熱低分油進料設計流量為196.79 t/h，圖3表明實際熱低分油進料流量最高290.51 t/h，平均229.04 t/h，最大超負荷47.6%，平均超負荷16.34%。熱低分油從熱低壓分離器來，熱低壓分離器壓力為3.02 MPa，硫化氫汽提塔操作壓力為0.93 MPa，因此熱低分油從熱低壓分離器到硫化氫汽提塔的過程中必然有部分油品氣化，產生很多微氣泡。這些微氣泡需要經塔下部來的氣相與進料的液相傳質交換脫離液相，塔底汽提蒸汽設計流量4 167 kg/h，但是查看塔底汽提蒸汽流量變化(見圖4)，最大為4 173 kg/h，最小為1 007 kg/h，平均3 748 kg/h。

圖4 塔底汽提蒸汽流量

根據以上數據，基本可以斷定，熱低分油中的很多微氣泡不能被塔下部來的氣相汽提出液相，結合硫化氫汽提塔熱低分油進料處溫度最高，液相在向塔底流動過程中，溫度逐漸降低，導致液相中部分微氣泡液化，可引發汽蝕，這與發現腐蝕的塔盤正面布滿腐蝕麻點，背面基本無明顯腐蝕跡象相吻合。氣泡位置靠近或依附塔盤上時對塔盤上表面的沖擊壓更大。

綜上所述，硫化氫汽提塔熱低分油進料段下側的腐蝕是熱低分油超設計負荷運行引起汽蝕導致的。

4 腐蝕對策與效果

依據硫化氫汽提塔熱低分油進料段下側腐蝕的分析，在2011—2014 生產周期進行如下措施:

(1)控制熱低分油進料，使硫化氫汽提塔在設計條件內運行;

(2)如生產超負荷，則加大塔底汽提蒸汽流量，使汽提塔內具有足夠的氣相流量，保證氣相可汽提出熱低分油進料液相中的各種微氣泡。

2011—2014 生產周期實際操作中較好地貫徹了上述策略，控制熱低分油進料與汽提蒸汽流量。實際熱低分油進料流量平均202.43 t/h，汽提蒸汽流量平均3 986 kg/h。2014 年10 月檢修期間檢查硫化氫汽提塔熱低分油進料段未發現明顯的腐蝕，進一步證明了硫化氫汽提塔熱低分油進料段下側的腐蝕是熱低分油超設計負荷運行引起汽蝕導致的。

5 結語

熱低分油超負荷運行可引起硫化氫汽提塔熱低分油進料段下側的塔內件的汽蝕。實踐證明通過控制熱低分油進料量使硫化氫汽提塔在設計條件內運行;以及配合調節塔底汽提蒸汽流量，保證塔內具有足夠的氣相流量，則可避免腐蝕的發生。

同時，該腐蝕案例表明:煉油裝置的腐蝕問題多種多樣，除了典型腐蝕問題外，工藝操作對煉油裝置的腐蝕具有巨大影響，煉油工藝防腐蝕操作細則也明確要求處理量應控制在設計范圍內。