催化裂化装置腐蚀与防护

自20世纪末中国石化开始加工进口高硫原油以来，催化裂化装置原料所含硫、环烷酸等腐蚀性杂质的含量不断增加，腐蚀已成为影响装置安全稳定运行的重要因素。通过对装置的腐蚀状况进行分析，对腐蚀部位、腐蚀形态、腐蚀影响因素进行研究，提出相应的应对措施，对于保障装置的安全稳定运行非常必要。
催化裂化装置是我国炼油工业最重要的二次加工装置，生产了我国80%的汽油和35%的柴油。催化裂化装置原料适应性强，产品价值高，同时也是重油加工的重要手段，大比例掺炼渣油进一步提高了装置的经济效益。中国石化系统催化裂化装置实际加工量占原油一次加工量的37.4%，居炼油二次加工装置首位。




2、金属的超温变形和损伤
金属的超温变形损伤包括反应器和再生器器壁和内构件的损伤。反应器和再生器采用碳钢制造，设计温度300℃，内壁采用隔热耐磨衬里来保证壁温低于设计温度，但在反应器和再生器结构不连续部位（如大开孔部位、变径部位），由于衬里质量难以保证，催化剂在局部的高流速和涡紊流造成局部衬里损坏，使器壁金属超温，造成器壁金属的超温鼓包，内部金相组织裂化损伤，装置第一再生器外取热催化剂返回口部位、第二再生器外旋风分离器催化剂返回口部位都发生过超温损伤；内构件损伤主要是由于结构设计时对结构变形协调考虑不够周到，升降温速度过快形成较大的热应力，造成较大变形甚至焊缝开裂。为了防止局部器壁超温变形鼓包，在局部结构不连续部位衬里施工和维修时，应适当多布置保温钉，严格控制保温钉焊接质量，使焊缝焊角尺寸达到设计要求，并做好衬里施工质量控制，运行中定期使用红外热像仪或测温笔检测壁温，发现异常时及时分析并采取措施。通过合理选择反应器和再生器内构件材质，保证材料的耐温性能满足使用要求，优化结构改善升温后的变形协调性，减缓局部应力集中，防止内件的异常变形和焊缝开裂，保证结构的运行安全性。
3、高温烟气的腐蚀高温烟气的腐蚀发生在再生器和三旋烟道等再生烟气经过的部位，再生温度高达700℃以上，烟气中二氧化碳、水蒸气、二氧化硫、氮氧化物等对金属有腐蚀作用，再生器和烟道采用非金属衬里防止腐蚀的发生，无法采用非金属衬里的部分采用奥氏体不锈钢腐蚀防腐。主要问题是非金属衬里在运行中会产生裂纹，烟气渗透到金属器壁和衬里之间，当器壁温度低于烟气露点时，形成高浓度酸性溶液，为NOx-SOx-H2O腐蚀环境，对碳钢造成硝酸盐应力腐蚀开裂，对烟气膨胀节造成点蚀穿孔和应力腐蚀开裂。催化裂化装置运行经验表明，再生器硝酸盐应力腐蚀开裂与再生工艺、壁温、材料的敏感性、结构应力水平等有关，烟气中SOx主要是SO2，随着再生过剩氧含量提高，SO3含量增加，导致露点提高，而且采用一氧化碳助燃剂增大强化烧焦能使烟气中NO2增加，增加开裂敏感性。16MnR材料在焊接时Mn容易发生偏析，形成富Mn带造成局部淬硬组织出现，敏感性较高，20R敏感性较低，焊后消除应力热处理有助于防止开裂的发生。本装置第一再生器和第二再生器器壁材质均为16MnR，具有一定的开裂敏感性。第一再生器采用贫氧再生，过剩氧含量低，实测烟气露点51℃，壁温在100~120℃，因此硝酸盐应力腐蚀开裂敏感性较低。第二再生器为完全再生，过剩氧含量6%，实测烟气露点141℃，未保温时壁温在100~120℃，硝酸盐应力腐蚀开裂较高，为了防止应力腐蚀开裂的发生，装置对再生器器壁采用了外保温措施提高壁温，从运行经验来看，有明显效果，但应注意在实际生产中由于开车、停车和生产、操作的正常波动，有时仍会造成设备壁温低于烟气露点，不能完全防止应力腐蚀开裂的发生，需要在工艺操作中采取相应措施。对于再生系统烟气膨胀节，材料有0Cr18Ni9、0Cr17Ni12Mo2、B315、FN2等几种选择，在烟气冷凝时处在SOx-Cl--H2O腐蚀环境中，发生点蚀穿孔和应力腐蚀开裂，可采取措施进行保温或伴热提高壁温，防止烟气冷凝而发生腐蚀。FN2、B315是我国开发的两种用于膨胀节的材料，具有优良的抗晶间腐蚀、点蚀、氯离子腐蚀和硫腐蚀能力，力学性能优良，在炼油行业得到了成功应用。膨胀节更换应优先考虑这两种材料，在特别苛刻环境下，应考虑采用625制造膨胀节。