催化裂化装置的腐蚀与防护

催化裂化装置的腐蚀与防护

催化裂化装置，即流化催化裂化装置(FCC)，按照工艺流程整个装置分为四个单元：反应-再生系统、分馏系统、稳定吸收系统和能量回收系统。

由于催化裂化进料温度较低，反应区内温度较高，并且裸露设备表面以非金属为主，所以加工高酸原油对催化裂化装置影响较少。

4.1 催化裂化装置的腐蚀类型

4.1.1 反应-再生系统

4.1.1.1高温气体腐蚀

本装置的高温气体主要是催化剂再生过程中烧焦时所产生的烟气，腐蚀部位是再生器至放空烟囱之间的与烟气接触的设备和构件。

再生烟气的组成比较复杂，各组分之间的比例也是变化不定的。主要成分为：CO2、CO、O2、N2、NO X和水蒸气等。高温条件下O2和钢表面的Fe反应生成Fe2O3和Fe3O4，它们组织致密，附着力强，阻碍了氧原子进一步向钢中扩散，对钢铁有很强的保护作用。随着温度的升高，氧的扩散能力增强，Fe2O3和Fe3O4层阻碍氧原子进一步向钢中扩散能力下降，扩散到钢中的氧原子增多，这些氧和铁反应生成FeO，FeO结构疏松，附着力很弱，对氧原子几乎没有阻碍作用，所以FeO层越来越厚，到一定程度导致剥落，使钢暴露了新的表面，又开始了新一轮的氧化反应。

在再生烟气条件下，钢不仅发生氧化反应，而且产生脱碳反应：

Fe3C + O2→3Fe + CO2

Fe3C + CO2→3Fe + 2CO

Fe3C + H2O →3Fe + CO + H2

Fe3C + 2H2 →3Fe + CH4

氧化和脱碳不断的进行，最终使钢完全丧失性能。

4.1.1.2催化剂引起的磨蚀和冲蚀

随反应油气和再生烟气流动的催化剂，不断的冲刷构件表面，使构件大面积减薄，甚至局部穿孔。近年来使用的催化剂，高温强度显著提高，催化剂再生温度也不断提高，流速也不断加快，致使催化剂的磨蚀和冲蚀更加剧烈。

提升管预提升蒸汽喷嘴、原料油喷嘴以及再生器主风分布管的磨蚀：设备内设置这些构件的目的是为了保证介质在整个设备截面尽可能分布均匀，减少和避免偏流的产生。因此，必须使介质以较高的流速通过喷嘴，造成一定的压力降。由于介质的喷出速度很高，在喷嘴出口处就会形成一个负压区，产生涡流，催化剂被吸进负压区，并对此区域的金属产生严重的磨蚀。

提升管出口快速分离设施的磨损：由于原料在提升管内汽化，体积增大，所以提升管出口处，油气线速度很高，催化剂密度也很高。各种快速分离装置中，除粗旋风分离器和弹射分离器外，大多数都是利用催化剂离开提升管的高速惯性作用和重力作

用使其与油气分离的。因此，接触高速流动催化剂的所有构件，均有被冲蚀和磨蚀的危险，离提升管出口愈近，冲蚀和磨蚀的危险愈大。

旋风分离系统的磨损：油气或烟气以15-20m/s的速度，夹带着催化剂进入旋风分离器，并被强制向下螺旋运动。由于离心力的作用，催化剂被甩向外壁。气流向下进入分离器锥段后，截面越来越小，流速越来越高，催化剂与器壁的撞击越来越强，催化剂与器壁撞击后，由于能量释放，顺器壁进入灰斗，气体旋转到锥体的几何顶端后，由于被料腿中的料封封住，因此折而向上，形成一个刚性的内旋流，从分离器中心的升气管排出。如果分离器的各部分比例尺寸不合适，特别是灰斗长度比较短，不能与锥体的锥度协调时，刚性内旋流的顶点则伸入料腿中，带动料腿中的催化剂重新旋转，料腿很快就会被磨蚀穿孔。翼阀的阀板总是处于频繁开启或打开的状态，所以翼阀阀板始终处于催化剂流动状态，最终导致磨蚀。一般情况下，磨蚀的沟槽形状和阀口形状相似。

烟气和油气管道弯头的冲蚀：在管道中，特别是流速较高的管道中，当介质改变流向时，由于惯性力的作用，管道弯头外侧内壁将受到冲蚀。介质流速越高，介质中的颗粒密度越大冲蚀越严重。由于油气或烟气中总是或多或少的含有一定量的催化剂，因此这种冲蚀总是存在的，只是严重程度的差别。其形态是冲蚀侧的均匀减薄。

4.1.1.3热应力引起的焊缝开裂

热应力的产生有三种情况：构件本身各部分间的温差、具有不同热膨胀系数异种金属的焊接和结构因素引起的热膨胀不协调。

构件本身各部分间的温差引起的焊缝开裂。例如主风分布管在正常操作下由于引进风温度较低(<150 ℃)使得大部分催化剂悬浮在分布管上方，停工时，没有了冷风的引入，催化剂迅速下落，致使分布管温度骤升，奥氏体不锈钢的导热能力差，热膨胀系数大，如果在有缺陷部位存在较大温差，则极有可能导致缺陷部位开裂。

具有不同热膨胀系数异种金属的焊接接头的开裂，多见于不锈钢接管或内构件和设备壳体的连接焊缝。因为在这些地方，隔热衬里的质量很难保证，即使有衬里挡板，由于气流在这里改变方向，很容易产生涡流把衬里掏空，从而使焊缝两侧形成较大的温差，导致焊缝开裂。

结构因素引起的热膨胀不协调：结构设计不合理使构件受热后膨胀量受到限制或者补偿量太小，或相连接构件之间的膨胀量不协调，或因瞬时局部超温使某一构件或其中一部分热膨胀量过大等原因，造成局部残余变形过大，或将焊缝拉开。这种情况多见于再生器中，如旋风分离器的料腿拉杆以及两端固定的松动风测压管等。

4.1.1.4取热奥氏体不锈钢蒸发管的高温水SCC和热应力腐蚀疲

劳

在重油催化裂化装置中，由于生焦量大，催化剂再生产生的热量过剩，通常在再生器密相床层中设置取热管，或者在再生器外设置独立的外取热器，使用饱和水或水蒸气取走多余的热量。有的装置采用一种方式，有的装置则二者兼用。

在内取热器的初期设计中，由于缺乏经验，考虑工作环境比较恶劣，而且存在干烧的可能，所以选择了奥氏体不锈钢。但是投产不久，都先后发生破坏而不得不停用，取样分析表明这些破坏是由于高温水SCC和热应力腐蚀疲劳引起。此种腐蚀主要发生在内取热管，破坏点在离水进口一定距离的管子顶部，绝大多数远离焊缝，裂纹呈环向而且很密集，既有晶间开裂型，也有穿晶开裂型，同样存在混合型，以晶间开裂居多。此种腐蚀发生的应力是局部温差应力，发生温度177-260℃，水的pH值以及水中的Cl－和氧是影响腐蚀的主要因素。

根据收集到的破坏实例看，绝大多数破坏点都处在管子上部，而且远离焊缝，起裂点也都在内表面，因此认为焊接和管子成型的残余应力并不是造成SCC的主要应力源，管子的工作应力也很低，仅为材料屈服极限的10%左右，所以工作应力也不是SCC的主要应力源，据此认为开裂主要来自于温差应力。水的汽化是从生成气泡开始，气泡首先在管壁表面粗糙不平和粘有脏物的凹陷处生成，并不断孕育长大，当气泡的内外压差足以克服水的表面张力时，气泡脱离管壁上升，在原处又开始孕育新的气泡。