炼油厂加氢装置设备的腐蚀与防护

张 平

（中国石油四川石化有限责任公司，四川成都 611930）

0 引言

随着社会经济的不断发展，对石油资源的需求量也在逐渐增加，因此提高石油开采和冶炼的质量，是目前改善我国石油资源短缺问题的重要措施。现阶段我国石油冶炼使用的原材料主要是进口的高硫原油。高硫原油在加工过程中必须要保证能够通过加氢装置才能够改善其使用效果，但目前加氢装置设备在实际使用过程中经常会出现腐蚀问题，不仅影响加氢装置设备的使用效率，也会对炼油厂的经济效益造成影响。目前我国针对加氢装置设备采取的防腐措施，主要是通过对加氢装置应用的相关流程进行优化，并且明确后期在加氢装置过程中可能造成的腐蚀原因。但是现阶段很多炼油厂对加氢装置设备的防护无法满足相关要求，导致很多加氢装置设备出现了严重的腐蚀现象，这样不仅会影响加氢装置设备的使用年限，还会对炼油厂的生产效率和生产质量造成影响，因此必须要保证能够通过合理的措施，改善加氢装置设备的使用效果，进而避免加氢装置设备出现爆炸等严重的安全事故。

1 加氢装置设备腐蚀分析

1.1 高温氢损伤分析

目前加氢装置设备的腐蚀主要是高温氢损伤，在常温状态下氢气不会对碳钢元素产生腐蚀，但是如果其条件发生改变，在高温高压的状态下则会出现严重的腐蚀现象，尤其是在温度相对较高的状态下，氢气会稳定地存在于加氢装置设备中，并且会在加氢反应系统和管道中大量留存，不仅会导致在高温状态下出现氢损伤问题，还会导致在高压高温的状态下氢原子和钢材中的碳化物发生相应的化学反应，造成严重的腐蚀现象。其主要原理是氢元素会和钢材中的碳元素发生化学反应，生成甲烷气体，甲烷气体又会全部聚集在钢物质的夹缝处，在局部应力相对较为集中时，整个钢材的机械性能严重下降，使钢材的强度无法满足后期的使用要求，甚至出现断裂问题。目前出现氢损伤主要分为表面脱碳损伤，氢鼓包损伤，氢腐蚀损伤以及氢脆损伤等不同的氢损伤，腐蚀现象所需要采取的防护措施也会有所差别。

在不同氢损伤类型的影响下，因为采取的防护措施有所区别，所以必须要针对不同类型的损伤进行腐蚀现象的分析。

（1）氢脆现象分析。其主要原理是氢原子会和钢材中的相关物质发生反应形成氢分子，形成氢分子的过程中，可能会导致钢材中的结合能力下降，使整个钢材的延展性能和稳固性能下降。氢脆的反应属于可逆化学反应，当氢气从钢材材料中出来以后，其材料的力学性能还能够得到相应的恢复，氢脆的发生阶段主要是在装置的停运阶段，在此阶段中整个系统的压力下降，导致氢气在钢材中的溶解能力下降，所以，导致很多氢气在钢材中出现饱和现象。而温度降低的过程中，很多饱和的氢气会聚集在钢材的裂缝处，使裂缝出现扩展问题。

（2）表面脱碳高温氢损伤分析。表面脱碳的主要原理是在温度相对较高，并且分压的状态下表面脱碳现象总会发生在表面。脱碳现象发生的过程中不会导致钢材出现裂纹现象，但是因为表面脱碳，可能会导致钢材中的碳元素损失，使钢材出现局部的硬度及强度下降的问题。表面脱碳的主要原理是碳元素可能会从钢材的里面迁移到钢材的表面，导致在表面出现相应的化学反应，进而生成甲烷气体。

（3）氢鼓包现象分析。其主要原因是氢原子可能会在外力的作用下不断扩散到钢材的内部，因为钢材内部夹杂了过多的非金属物质，导致钢材出现分层或不连续的问题，进而使聚集的位置，溢出过多的氢分子。因为氢分子的体积相对较大，无法像氢原子一样扩散到钢材的内部，导致钢材内部形成较大的内部压力，使钢材表面出现鼓包现象，严重时还可能出现破裂问题。

（4）氢腐蚀现象分析。在外界环境为高温高压时，氢元素可能会进入到金属物质中，和其中的某些金属元素发生化学反应，导致金属元素的相关性质遭到破坏。此相关原理为氢腐蚀原理，在温度大于200 ℃时，氢元素会进入到钢材的内部，并且在压强相对较低的情况下会和钢材内部的碳元素发生化学反应，生成甲烷气体。因为甲烷气体所占体积相对较大，会导致整个钢材金属内部出现较多的空穴或小裂缝，使钢材强度和硬度性能都有所改变，在形变较大的情况下还可能会出现破裂问题。

1.2 高温硫化氢物质的腐蚀分析

除了氢元素会对加氢装置设备产生一定的腐蚀以外，高温硫化氢物质也会产生一定的腐蚀现象。硫化氢的腐蚀主要发生在整个反应系统中温度较高的部分，在高于240 ℃的情况下氢气和硫化氢物质会形成相应的腐蚀环境而导致钢材产生严重的腐蚀现象，同时硫化氢会和金属发生相应的反应而生成硫化铁保护膜。因为温度较高，所以很多活性较强的硫化物质也可以和钢材中的金属物质发生化学反应，进而生成硫化铁保护膜。在氢元素浓度相对较大的外界环境中，越来越多的氢原子会随着间隙不断进入硫化物的腐蚀层，使硫化铁保护膜出现分解现象，产生过多的疏松孔隙，导致金属原子和硫化氢介质之间出现相互扩散和渗透问题，使腐蚀速度加快。

1.3 铵盐物质腐蚀分析

铵盐物质也会导致加氢装置设备出现腐蚀现象，在炼油过程中会产生一定的氯化氨物质和硫化氨物质，这两种物质在一定的条件下会发生结晶现象，在结晶以后因为变成固体，会导致高压空冷器和高压换热器出现堵塞现象，尤其是氯化氨物质在空冷器前发生结晶问题时，会使整个换热器和空冷器的使用效率下降。目前，在反应过程中生成的氯化氨物质和硫化氨物质造成的影响相对较大，所以必须保证能够通过注水清洗等方式，避免其堵塞高压空冷器和高压换热器。同时因为硫化氨物质的腐蚀性能相对较强，所以在进行冲洗的过程中只能缓解氯化胺物质带来的腐蚀问题，但是因为氯化氨物质的吸水性较强，在冲洗过程中还会形成水垢，导致高压换热器和高压空冷器的使用效率下降、使用寿命缩短，所以必须要针对氯化氨物质和硫化氨物质等采取合理的防腐措施。

1.4 低温硫化氢物质的腐蚀分析

不仅在高温的状态下硫化氢物质会造成一定的腐蚀现象，在温度相对较低的情况下硫化氢物质也会造成一定的腐蚀，因为含水部位较多的硫化氢物质会对高压空冷器，硫化氢气体塔以及高压分离器等产生一定的影响，所以还应该探究低温状态下硫化氢物质的腐蚀形态，因为其在低温状态下可能发生电化学腐蚀，导致钢材的表面出现腐蚀，所以必须要明确硫化氢物质在低温状态下的腐蚀流程，了解氢物质在发生腐蚀化学反应以后形成的氢脆以及腐蚀问题的具体原因。另外，其他含有硫元素的物质也会产生一定的腐蚀现象，例如，在炼油厂炼油的过程中会产生硫酸物质，因为硫酸物质具有较强的腐蚀性，并且其酸性也较强，所以在常温下可以和钢材中的铁元素及其他活性较强的金属元素发生反应，在高温状态下形成硫化铁物质，导致钢材出现严重的腐蚀现象。而当整个装置停止运行时，温度会随之降低，这时硫化铁物质会和水分及空气充分接触形成连多硫酸，导致整个加氢装置设备出现晶间型的腐蚀破裂问题。

2 加氢装置设备防腐蚀措施分析

目前针对加氢装置设备采取的防腐蚀措施主要有以下4 种。

（1）设计阶段采取合理措施。需要在选材的过程中进行明确的分析，并且保证在加氢装置设备选材的过程中严格根据管道设备的相关标准和规范进行选择，同时还要在前期的设计过程中严格按照相应的计算流程，对参数进行合理的计算和掌控。

（2）工艺设计过程中明确反应物的具体类型，并且要了解其整个换热过程。需要在参数设定的过程中明确其压力和温度的具体数值，同时要在换热器运行之前，对其参数进行合理的设置，防止两台不同的换热器都被氯化氨盐的结晶现象影响。

（3）在设备的安装过程中明确其具体的安装流程，并且严格按照换热管道的焊接质量标准进行焊接，还要在安装完成以后对其气密性进行检查。为了防止硫化氢物质造成严重的腐蚀现象，在进行焊缝检查的过程中，要保证能够全面并且对其硬度进行相应的控制，既要保证焊接材料更加优质，又要保证整个焊接过程符合相关要求，在焊接之前必须要保证对管道材料进行稳定化的热处理，并且要采取固溶的措施，保障管道在焊接完成以后能够通过热处理，使其焊缝的硬度达到相关标准。

（4）对原材料质量进行合理控制，从根本上提高其防腐蚀效果。在进行加氢装置设备应用的过程中，不仅要加强对其使用效果的监督，还要通过实时监控的措施，提高换热器及空冷器的使用效果，既要防止结晶物质造成堵塞问题，又要保证其使用效率。

3 结束语

综上所述，为提高炼油厂在炼油过程中加氢装置设备的使用效率，必须要不断加强相应的监督和管控，尤其是在开停工的过程中也应该做好管理工作，并且要保证能够对已经腐蚀的加氢装置设备采取合理的检修和应急抢修措施，这样才能提高加氢装置设备的使用效率，为炼油厂的经济效益提升奠定基础。