利用在線分析技術(shù)的強(qiáng)大功能解決煉油廠腐蝕問題
煉油廠的腐蝕問題從過去到現(xiàn)在一直是許多研究、論文、課程與網(wǎng)上論壇的討論課題。盡管許多文獻(xiàn)記載表明人們對(duì)于腐蝕的理解已經(jīng)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步,但是同樣表明這一問題依舊存在,且大有愈加嚴(yán)重的趨勢(shì)。
據(jù)估算,全球煉油廠因腐蝕問題所產(chǎn)生的費(fèi)用每年約為 150 億美元。無從得知更為準(zhǔn)確的數(shù)字,這是因?yàn)闊捰蛷S不對(duì)外公開其所面臨腐蝕問題的程度,鑒于其所面臨的不斷增多的環(huán)境法規(guī),這一點(diǎn)可以理解。必須指出的一點(diǎn)是,這些費(fèi)用中并不包括利潤(rùn)虧損以及損失的有效生產(chǎn)時(shí)間。NACE International 公布的一份分析報(bào)告顯示,單就美國(guó)而言,因煉油廠腐蝕每年造成的利潤(rùn)虧損可能為120 億美元之多!
盡管關(guān)于此問題進(jìn)行過廣泛的研究并編寫過大量的文獻(xiàn),但是人們對(duì)于腐蝕機(jī)理的許多方面尚不完全知曉。與石油煉制相關(guān)的問題是腐蝕源并非只是一個(gè),而是許多。令問題更為復(fù)雜的是,許多腐蝕物會(huì)相互作用以及提高或抑制彼此之間的腐蝕性。此外,物理工藝條件同樣起著一定作用;因此還必須考慮到溫度、流量與雷諾數(shù)。煉油廠的自身基礎(chǔ)設(shè)施同樣重要。顯然,管道、容器、焊接件與儀表等同樣不容忽視。鑒于可變因素太多,腐蝕顯然是一種復(fù)雜問題。
硫
這種狀況之所以無法在短時(shí)間內(nèi)得到改進(jìn),原因之一便是高硫劣質(zhì)原油加工數(shù)量的增多。高硫原油是一種硫含量很高的原油(不同于低硫原油)。由于高硫原油原料成本較低,因此出于經(jīng)濟(jì)因素考慮受到煉油廠的青睞。此外,由于低硫原油幾近枯竭,因此可用數(shù)量減少。在高硫原油中,硫以硫醇、H2S、硫酸鹽、元素硫等形式存在。這些組分中有許多會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),從而導(dǎo)致整個(gè)煉油過程中出現(xiàn)應(yīng)力開裂與硫酸腐蝕現(xiàn)象。
酸性
除了硫之外,原油中還含有許多由石油總酸值 (TAN)定量的組分。該值并非特定于某一種酸,而是指原油中可能存在的所有酸性組分,由中和 1 克石油中酸性物質(zhì)所需的氫氧化鉀數(shù)量確定。石油中常見的酸性物質(zhì)不僅有環(huán)烷酸等有機(jī)酸,而且包括礦物酸、H2S、HCN、CO2 等,所有這些物質(zhì)均會(huì)造成設(shè)備嚴(yán)重腐蝕。在腐蝕性化合物的如此侵蝕之下,即便是適用于酸性條件的材料也無法逃脫受損的后果。另外,基于成本考慮,TAN 較高的原油越來越受到青睞。
除鹽
原油除鹽是煉油的第一步,會(huì)對(duì)腐蝕與結(jié)垢產(chǎn)生直接影響。通過用水對(duì)原油混合與沖洗,鹽與固體物質(zhì)會(huì)轉(zhuǎn)至沉淀在油罐內(nèi)的水相。靜電場(chǎng)加速油水分離,將造成結(jié)垢或者水解形成腐蝕酸的無機(jī)鹽大量去除。
化學(xué)品通常以破乳劑的形式添加,從而消除油/水乳化。此外,還加入苛性鈉等化學(xué)品,從而中和酸性組分。不過,如果不加以控制地加入苛性物質(zhì)會(huì)造成不利后果。過量苛性物質(zhì)會(huì)因?yàn)榇嬖谥舅岬仍蛐纬煞试?。肥皂有助于穩(wěn)定油水混合物以及阻礙分離過程。此外,過強(qiáng)的原油與水混合物會(huì)形成非常難以破除的乳化物。原油經(jīng)常是以乳化物的形式到達(dá)煉油廠,這是因?yàn)榇嬖谟糜谧畲笙薅葟挠凸拗刑崛∈偷乃?,水分也有可能自然存在于油罐中。事?shí)證明,當(dāng)乳化物過強(qiáng)時(shí)會(huì)無法破除。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí),大量的污染物會(huì)出現(xiàn)在下游過程當(dāng)中,產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。
一種可在中和酸性物質(zhì)與破乳方面均起到重要作用的工藝參數(shù)為過程 pH。認(rèn)真監(jiān)測(cè)除鹽污水中的 pH 值可確保高效定量苛性物質(zhì)或酸性物質(zhì),從而節(jié)省下大量成本。油/水乳化物的穩(wěn)定性部分取決于 pH 值。保持一定范圍內(nèi)混合物的 pH 值可有助于破乳劑通過與水滴之間直接相互作用破除乳化物。因此,可改進(jìn)分離過程的速度與質(zhì)量,這樣將會(huì)減少帶水量,從而可大幅度降低下游腐蝕與結(jié)垢率。
蒸餾
即使是進(jìn)行了良好的除鹽操作,在下游加工過程中也依然會(huì)出現(xiàn)腐蝕劑大量存在的現(xiàn)象。一個(gè)良好的例證便是在原油蒸餾裝置中發(fā)生的酸性水腐蝕現(xiàn)象。在這一過程中會(huì)形成大量的酸性氣體,其中典型的氣體為硫化氫。注入原油塔內(nèi)用于改進(jìn)分餾法的蒸氣會(huì)在裝置的上方冷凝。硫化氫在冷凝物中溶解,并形成一種會(huì)導(dǎo)致原油塔頂部區(qū)域及上方冷凝器出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕破裂的弱酸。這會(huì)導(dǎo)致頻繁地更換冷凝器的管件,在嚴(yán)重的情況下還需要更換整個(gè)原油塔頂部。
盡管煉油廠的操作人員對(duì)這種腐蝕原因相當(dāng)?shù)厥熘?,但是卻無法始終采取有效的應(yīng)對(duì)措施。通常注入阻蝕劑與苛性鈉或苛性氨等許多中和劑,從而提高酸性水中的 pH 值。盡管這是一種典型的問題解決方法,但是解決方法比問題本身更加嚴(yán)重。由于存在多種酸性氣體與氨,因此會(huì)導(dǎo)致固體鹽沉積,其中硫化銨是造成堿性酸性水腐蝕的主要原因之一。當(dāng) pH值超過 7.6 時(shí)會(huì)嚴(yán)重提高硫化銨的腐蝕性。超量添加苛性物質(zhì)會(huì)很容易產(chǎn)生過高的 pH 值。因此,與除鹽相同,減小腐蝕的關(guān)鍵是準(zhǔn)確控制 pH 值。通過測(cè)量原油蒸餾塔上方冷凝器進(jìn)水處的 pH 值,添加適量中和劑,不僅會(huì)減小腐蝕,而且會(huì)減少化學(xué)物質(zhì)耗用量。據(jù)報(bào)道,阻蝕劑的使用量減少了 15 % 以上。
評(píng)論