利用在线分析技术的强大功能解决炼油厂腐蚀问题

2013-01-08 13:53:31来源: 21IC

炼油厂的腐蚀问题从过去到现在一直是许多研究、论文、课程与网上论坛的讨论课题。尽管许多文献记载表明人们对于腐蚀的理解已经取得了长足进步,但是同样表明这一问题依旧存在,且大有愈加严重的趋势。

据估算,全球炼油厂因腐蚀问题所产生的费用每年约为 150 亿美元。无从得知更为准确的数字,这是因为炼油厂不对外公开其所面临腐蚀问题的程度,鉴于其所面临的不断增多的环境法规,这一点可以理解。必须指出的一点是,这些费用中并不包括利润亏损以及损失的有效生产时间。NACE International 公布的一份分析报告显示,单就美国而言,因炼油厂腐蚀每年造成的利润亏损可能为120 亿美元之多!

尽管关于此问题进行过广泛的研究并编写过大量的文献,但是人们对于腐蚀机理的许多方面尚不完全知晓。与石油炼制相关的问题是腐蚀源并非只是一个,而是许多。令问题更为复杂的是,许多腐蚀物会相互作用以及提高或抑制彼此之间的腐蚀性。此外,物理工艺条件同样起着一定作用;因此还必须考虑到温度、流量与雷诺数。炼油厂的自身基础设施同样重要。显然,管道、容器、焊接件与仪表等同样不容忽视。鉴于可变因素太多,腐蚀显然是一种复杂问题。

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这种状况之所以无法在短时间内得到改进,原因之一便是高硫劣质原油加工数量的增多。高硫原油是一种硫含量很高的原油(不同于低硫原油)。由于高硫原油原料成本较低,因此出于经济因素考虑受到炼油厂的青睐。此外,由于低硫原油几近枯竭,因此可用数量减少。在高硫原油中,硫以硫醇、H2S、硫酸盐、元素硫等形式存在。这些组分中有许多会产生化学反应,从而导致整个炼油过程中出现应力开裂与硫酸腐蚀现象。

酸性

除了硫之外,原油中还含有许多由石油总酸值 (TAN)定量的组分。该值并非特定于某一种酸,而是指原油中可能存在的所有酸性组分,由中和 1 克石油中酸性物质所需的氢氧化钾数量确定。石油中常见的酸性物质不仅有环烷酸等有机酸,而且包括矿物酸、H2S、HCN、CO2 等,所有这些物质均会造成设备严重腐蚀。在腐蚀性化合物的如此侵蚀之下,即便是适用于酸性条件的材料也无法逃脱受损的后果。另外,基于成本考虑,TAN 较高的原油越来越受到青睐。

除盐

原油除盐是炼油的第一步,会对腐蚀与结垢产生直接影响。通过用水对原油混合与冲洗,盐与固体物质会转至沉淀在油罐内的水相。静电场加速油水分离,将造成结垢或者水解形成腐蚀酸的无机盐大量去除。

化学品通常以破乳剂的形式添加,从而消除油/水乳化。此外,还加入苛性钠等化学品,从而中和酸性组分。不过,如果不加以控制地加入苛性物质会造成不利后果。过量苛性物质会因为存在脂肪酸等原因形成肥皂。肥皂有助于稳定油水混合物以及阻碍分离过程。此外,过强的原油与水混合物会形成非常难以破除的乳化物。原油经常是以乳化物的形式到达炼油厂,这是因为存在用于最大限度从油罐中提取石油的水分,水分也有可能自然存在于油罐中。事实证明,当乳化物过强时会无法破除。当出现这种情况时,大量的污染物会出现在下游过程当中,产生严重的后果。

一种可在中和酸性物质与破乳方面均起到重要作用的工艺参数为过程 pH。认真监测除盐污水中的 pH 值可确保高效定量苛性物质或酸性物质,从而节省下大量成本。油/水乳化物的稳定性部分取决于 pH 值。保持一定范围内混合物的 pH 值可有助于破乳剂通过与水滴之间直接相互作用破除乳化物。因此,可改进分离过程的速度与质量,这样将会减少带水量,从而可大幅度降低下游腐蚀与结垢率。

蒸馏

即使是进行了良好的除盐操作,在下游加工过程中也依然会出现腐蚀剂大量存在的现象。一个良好的例证便是在原油蒸馏装置中发生的酸性水腐蚀现象。在这一过程中会形成大量的酸性气体,其中典型的气体为硫化氢。注入原油塔内用于改进分馏法的蒸气会在装置的上方冷凝。硫化氢在冷凝物中溶解,并形成一种会导致原油塔顶部区域及上方冷凝器出现应力腐蚀破裂的弱酸。这会导致频繁地更换冷凝器的管件,在严重的情况下还需要更换整个原油塔顶部。

尽管炼油厂的操作人员对这种腐蚀原因相当地熟知,但是却无法始终采取有效的应对措施。通常注入阻蚀剂与苛性钠或苛性氨等许多中和剂,从而提高酸性水中的 pH 值。尽管这是一种典型的问题解决方法,但是解决方法比问题本身更加严重。由于存在多种酸性气体与氨,因此会导致固体盐沉积,其中硫化铵是造成碱性酸性水腐蚀的主要原因之一。当 pH值超过 7.6 时会严重提高硫化铵的腐蚀性。超量添加苛性物质会很容易产生过高的 pH 值。因此,与除盐相同,减小腐蚀的关键是准确控制 pH 值。通过测量原油蒸馏塔上方冷凝器进水处的 pH 值,添加适量中和剂,不仅会减小腐蚀,而且会减少化学物质耗用量。据报道,阻蚀剂的使用量减少了 15 % 以上。

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关键字:在线分析技术  炼油厂  腐蚀问题

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0108/article_6624.html
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