煉制海洋高酸原油常壓爐管泄漏原因分析及應(yīng)對措施

(1.中石化銷售有限公司山東淄博石油分公司，山東 淄博 255434；2.中海油東方石化有限責(zé)任公司，海南 東方 572600；3.中海油瀝青股份有限公司，山東 濱州 256600)

1 腐蝕泄漏情況

某常壓蒸餾裝置加工海洋高酸原油。在2012年2月正常生產(chǎn)期間，常壓爐爐管彎頭發(fā)生泄漏(見圖1和圖2)。泄漏發(fā)生在輻射室爐管出口倒數(shù)第2根和第3根爐管之間的彎頭上，泄漏部位均為彎頭外部弓背的介質(zhì)沖刷部位。其腐蝕形貌分別為橢圓形、長條形，尺寸分別為：φ35 mm×8 mm(直徑×深)，65 mm×13 mm×10 mm(長×寬×深)。兩處泄漏點(diǎn)有橢圓形和長條形腐蝕坑。另外在泄漏彎頭附近的直管(倒數(shù)第2根)也有2處溝壑狀腐蝕坑(見圖3和圖4)，但未腐蝕穿孔，其他爐管彎頭也存在沖刷腐蝕坑點(diǎn)，形同溝壑狀。彎頭泄漏位置示意見圖5。發(fā)生事故的爐管自2003年啟用，材質(zhì)為Cr5Mo，規(guī)格為φ219 mm×10 mm，工作溫度為350～370 ℃。

圖1 彎頭1腐蝕形貌

2 泄漏原因分析

2.1 原油酸值高

該常減壓蒸餾裝置所加工的原油為海洋高酸原油，以SZ36-1原油為主，其酸值在3 mgKOH/g以上，鹽質(zhì)量濃度10.2～18.5 mg/L(見表1)。該加熱爐爐管彎頭所處的位置在加熱爐出口的倒數(shù)第3根，工作溫度為350～370 ℃，是環(huán)烷酸腐蝕最嚴(yán)重的溫度區(qū)域。根據(jù)McMonomy曲線得出的“典型材料的硫化物與環(huán)烷酸聯(lián)合查表” 所提供的數(shù)據(jù)，對5%Cr鋼的腐蝕速率進(jìn)行估算，當(dāng)硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%～0.6%，酸值為2.1～4.0 mgKOH/g，溫度在350～370 ℃時，腐蝕速率為0.508～0.762 mm/a。該泄漏爐管自2003年啟用，如果按照上述腐蝕速率估算，爐管已經(jīng)腐蝕減薄約4.5 mm，再加上彎頭部位流體沖刷，腐蝕減薄會更嚴(yán)重,由此導(dǎo)致彎頭的腐蝕穿孔和泄漏。

圖2 彎頭2腐蝕形貌

圖3 直管1焊道附近腐蝕形貌

圖4 直管2焊道附近腐蝕形貌

圖5 彎頭泄漏位置示意

項 目SZ36-1LD10-1密度d20/(g·cm-3)0.9670.930w(硫),%0.320.22酸值/(mgKOH·g-1)3.355.79ρ(鹽)/(mg·L-1)10.218.5

2.2 相變的影響

發(fā)生泄漏的爐管是輻射室出口倒數(shù)第3根爐管，工作溫度為350～370 ℃，正好處在流體氣化段。流體在爐管內(nèi)不斷被加熱，隨著被加熱流體在爐管內(nèi)氣化，使得流體的體積急劇膨脹，流體流速達(dá)到最大，對爐管的沖刷作用急劇增大，爐管的腐蝕速率也相應(yīng)增大[4]。

2.3 湍流區(qū)域

從現(xiàn)場的調(diào)查可知，流體介質(zhì)在彎頭部位發(fā)生流向改變(見圖5)，處于流速最高的湍流區(qū)域，流體在該部位產(chǎn)生渦流，造成該部位腐蝕速率急劇上升，直至出現(xiàn)圓形或橢圓形腐蝕坑甚至穿孔。圖3和圖4中的直管沖刷腐蝕處在彎頭與直管焊縫的臨近部位，焊接時未按規(guī)范要求采用氬弧焊打底，焊肉突出，流體易產(chǎn)生渦流,這是造成爐管該部位沖刷腐蝕的重要原因。

2.4 超負(fù)荷運(yùn)行

按照加熱爐爐管的設(shè)計要求，加熱爐輻射管的設(shè)計流速小于30 m/s，如果加工量超出設(shè)計負(fù)荷，爐管內(nèi)介質(zhì)流速將會超過30 m/s 。根據(jù)“典型材料的硫化物與環(huán)烷酸聯(lián)合查表”給出的腐蝕速率數(shù)據(jù)，介質(zhì)流速超過30 m/s，腐蝕速率會增加5倍。照此計算腐蝕速率會達(dá)到2.54～3.81 mm/a,如此高的腐蝕速率很快就會造成爐管彎頭的局部腐蝕穿孔和泄漏。

2.5 采油助劑影響

SZ36-1采油區(qū)屬于老油田采油區(qū)，為提高采油率，在采油過程中通常采用AP-P4聚合物采油助劑(以下簡稱聚合物)。該聚合物屬于改性聚丙烯酰胺，是在部分水解聚丙烯酰胺分子鏈上引入了少量的疏水基團(tuán)而形成,既親油又親水。由于靜電氫鍵和范德華力作用, 在分子間產(chǎn)生具有一定強(qiáng)度的物理締合作用, 使得原來分子量較低的聚合物分子形成巨大的三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在適當(dāng)?shù)臏囟?、流速以及作為媒介的金屬離子促進(jìn)下，AP-P4聚合物凝膠聚集到一起，吸附包裹原油中的重組分及沙土類物質(zhì)，隨原油進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)，容易堵塞電脫鹽前換熱器(見圖6)、電脫鹽罐及附屬電極吊掛(見圖7)，導(dǎo)致電脫鹽溫度大幅下降，電脫鹽效果變差。隨著鹽類、泥沙等顆粒物進(jìn)入加熱爐，加劇了爐管沖刷腐蝕[5-9]。

圖6 電脫鹽前換熱器堵塞

圖7 電脫鹽罐內(nèi)聚合物

2.6 材質(zhì)偏低

SZ36-1原油的酸值在3.0 mgKOH/g以上，環(huán)烷酸在高溫下的腐蝕性很強(qiáng)。按照新的設(shè)計選材導(dǎo)則[10]，加工高酸原油，加熱爐輻射室爐管應(yīng)該選用316L不銹鋼材質(zhì)，而該爐管及彎頭材質(zhì)為Cr5Mo，材質(zhì)明顯偏低，不耐環(huán)烷酸腐蝕，這是造成爐管彎頭腐蝕穿孔的材質(zhì)因素。

3 處理措施及應(yīng)用效果

3.1 處理措施

(1)提高輻射爐管材質(zhì)。建議將氣化段后5根爐管及所有輻射室彎頭換成316L不銹鋼材質(zhì)，爐管彎頭應(yīng)進(jìn)行固溶熱處理。下次檢修時將輻射室爐管全部更換為316L不銹鋼材質(zhì)。

(2)嚴(yán)格按施工規(guī)范施工。爐管與彎頭焊接應(yīng)采用氬弧焊打底以減少焊縫焊肉突出，減輕對介質(zhì)流動的影響。

(3)通過增加原油罐容，原油在罐區(qū)24 h靜置脫水。電脫鹽罐定期切換出系統(tǒng)，清理AP-P4聚合物，提高電脫鹽效率。

(4)嚴(yán)格控制加熱爐運(yùn)行負(fù)荷，不超負(fù)荷運(yùn)行。嚴(yán)格執(zhí)行工藝指標(biāo)，防止單分支偏量。

3.2 應(yīng)用效果

采用以上措施后，保障了常壓爐安全運(yùn)行。檢修時檢測爐管易腐蝕部位，未發(fā)現(xiàn)彎頭壁厚明顯減薄，防腐蝕效果良好。

4 結(jié) 語

原油酸值高、腐蝕部位存在流體相變、加熱爐超負(fù)荷、爐管材質(zhì)不符合選材導(dǎo)則要求及原油中攜帶采油助劑等是爐管腐蝕泄漏的主要原因。采取爐管材質(zhì)升級、氬弧焊打底焊接爐管、加強(qiáng)原油靜置脫水、電脫鹽罐定期清理、優(yōu)化操作條件和穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)荷等措施以控制腐蝕。采取以上措施后，保障了常壓爐爐管的安全運(yùn)行，防腐蝕效果良好。