在国内,石化企业通常都是加工本地原油,但对比国外进口原油则具有低硫低酸、腐蚀问题少的优点,总体来说,我国原油加工行业表现出多元、劣质等特征,如此导致了非常严重的腐蚀问题。在降低生产效率的同时又对设备管道造成严重的腐蚀作用。
石油管道
1石油炼化企业腐蚀现状
1.1炼油装置腐蚀现状
现阶段在国内石化企业原油加工过程中,总体表现出明显的多元化特征,且大幅度提升了原油腐蚀程度。目前国内各大石化企业原油主要包含了大庆原油、长庆原油、吐哈原油、青海原油等,另还有中东地区原油、俄罗斯原油等一些进口原油。各地油品性能差异较大,且因受原油差异化因素影响,致使引起的炼油装置设备腐蚀情况也存在差异性。设备腐蚀原因为原油内硫和酸含量较高,也可能是运输过程中其内部混杂了其他腐蚀性物质。
1.2腐蚀状况严重的化工装置
目前国内炼化企业化工装置腐蚀的关键原因在于原料较高腐蚀性,同时催化剂、溶剂腐蚀作用较明显,一些装置由于工艺、材料特殊的缘故,造成的腐蚀问题往往也更严重。类似乙烯裂解装置,这种装置出现的主要腐蚀问题包括裂解炉炉管渗碳腐蚀和低温腐蚀。一般采用博阿凯工艺进行防腐,效果较好。另如化肥装置腐蚀。石化企业中合成氨装置的气化、变换、净化、合成各个工段均会造成各种程度的腐蚀。且各级化肥装置因高温、氧化、氢损伤等影响会导致严重腐蚀。个别企业借天然气代渣油作生产原料,以避免较严重的腐蚀现象。此外也有PTA、顺丁橡胶装置的腐蚀等等[1]。
2石油管道腐蚀因素分析
2.1土壤腐蚀指埋于地下的石油管道因受土壤介质作用影响出现电化学腐蚀,影响因素包括土壤电阻率、还原电位、含盐量、地下水及空气含量、温度、酸度、微生物、杂散电流等。
2.2周遭介质物理性状,包括地下水变化、土壤有无水分交替等,或有无芦苇类根系影响等。
2.3温度,分环境与管道运行间的温度两种。温度↑,腐蚀速度↑。温度与管路敷设深度关联密切,且受地域差别影响较大。
2.4施工因素,包括管材质量、施工技术人员的职业素养等。施工过程环境与施工因素有机结合与否,按差异化情况采取差异化措施等。
3石油管道防腐措施应用
3.1采用缓蚀剂
即借缓蚀剂的防腐性能起到减缓油管腐蚀的作用。防腐效果的影响因素包括井况、缓蚀剂类型、注入量等。技术成本低但工艺复杂,可能对生产产生较大影响。为此,若想防护系统由多种金属构成,一般需要使用多元的缓蚀剂,介时虑及缓蚀剂的复配效用。缓蚀剂注入方式分两种:(1)间歇式注入方式:缓蚀剂注入油管后,须关井一段时间后开井(处理周期2-3个月左右),此会影响生产。(2)连续式注入:此法可连续不断注入药剂用于维持保护膜完整、持久,加药根据药物性能及加药浓度来定,多用于产气量大且含水量高的气井[2]。
3.2 使用涂镀层管材
用涂镀层隔绝油管和腐蚀介质,避免接触起到防腐作用,影响防腐效果的因素包括涂层、镀层材料、工艺技术水平等。此法影响油气井的生产幅度不高,工艺简单且成本较低。但油管接头加工时易存涂层被破坏的“漏点”而加重“漏点”位置腐蚀,不利于油管防腐效果。
3.3 使用普通碳钢管材
用碳钢管且于寿命期内更换油管、套管、管柱。此法须频繁更换油管,会对油气井生产造成很大影响,但初期基本零防腐费用,较适用于开采年限短的油气田。
3.4 使用耐蚀合金钢管材
这种管材是凭借自身耐腐蚀性以抵抗CO2腐蚀。有效期内管材无需配套其它措施,对油气井生产作业影响基本为零,工艺简单但初期投资大。当不少国家诸如阿根廷、日本、挪威等均在研制价格便宜、防腐效果佳的合金钢油气管材,国内宝山钢铁企业也加入了研制队伍。
3.5使用玻璃钢或塑料管材
玻璃钢管道于全球范围内已经应用得比较普遍,例如中东地区采用玻璃钢,日本的大口径输液管等。国内玻璃钢管应用较少,但也有相当一部分单位在尝试中。塑料管材既耐腐蚀,制造工艺也简单,利于环保,开发前景良好。现阶段应用最多的属聚乙烯管材,类似于加内衬钢管、强力聚乙烯管等方法[3]。
3.6采取阴极保护
大部分油田输油管道腐蚀均属电化学腐蚀。同时由于油气原本具备的氧化性物质,诸如含水、H2S和CO2等酸性气体容易引起相近原电池的电化学反应或破坏金属晶格的化学反应,同时也可能引起管道内壁腐蚀。石油地下管道设备可用阴极保护法以提升管道抗腐蚀能力。一般阴极保护法分两种:(1)牺牲阳极法:被保护金属与能提供保护电流的金属、合金(即牺牲阳极)连接起来,极化被保护体来降低腐蚀速率。(2)强制电流保护法:连接被保护金属和外加电源负极,外部电源供应保护电流,用于降低腐蚀速率。主要表现为阴、阳极区,常见的形成腐蚀的微、宏观电池有:
(1) CO2腐蚀
大气中CO2在大气中不会腐蚀管线,在管线中存在游离水,此时CO2与水相溶生成碳酸造成腐蚀:
Fe+H2CO3FeCO3+H2
阳极反应 H2CO3H++HCO3-2H++2eH2
阴极反应FeFe2-+2e
(2) 氧腐蚀原理
氧腐蚀为再普通不过的腐蚀,只要具备空气,水蒸气条件就会引发氧腐蚀。
阳极反应Fe - 2eFe2+
阴极反应O2+2H2O+4e4OH-
氧与水化合物反应生成铁锈,氧溶于水的含量会影响到氧的腐蚀速率[4]。
4结论
综上所述,石化设备常规生产中时常会遇到各种腐蚀问题,威胁到石化设备的运行稳定性、可靠性,严重一些可能诱发安全生产事故。石化企业对此须优化腐蚀检测、工艺防腐、材料性能等条件因素,以降低损失。
参考文献
[1]卞小燕.石油化工企业工艺管道腐蚀及防护研究[J].《中国石油和化工标准与质量》.2017(9):107-109.
[2]聂双傲.石油化工企业工艺管道的腐蚀问题探析[J].《消费导刊》.2019(3):221-226.
[3]王红.氟树脂在石油化工金属管道和设备腐蚀防护中的应用[J].石油化工腐蚀与防护.2022(6):189-193.
[4]晁岱清,张庆红,杜玲.化工罐区压力管道保温层下腐蚀与防护技术[J].石油化工腐蚀与安全学术交流会.2018(11):213-215.