CN2708299Y

CN2708299Y - 石油蒸馏塔顶防腐蚀试验装置

Info

Publication number: CN2708299Y
Application number: CN 200420020754
Authority: CN
Inventors: 杨敬一; 徐心茹; 陈伟军; 杨仁海; 张培蕾
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2014-03-12

Abstract

本实用新型提供了一种石油蒸馏塔顶防腐蚀试验装置，包括：一由耐腐蚀材料制成的高压釜，用于容纳试验用溶液；以及一密封地连接于所述高压釜的盖子，在所述盖子上设置有至少一个接口，用于连接试验所需的附件。所述附件可以包括温度计、压力计和pH计和相应的控制装置。利用本实用新型的装置，可以测试温度在室温到230℃，压力在常压到0.5MPa下的模拟蒸馏塔顶的状况。另外，该试验装置能对添加到系统中的各种中和剂和缓蚀剂的种类和添加浓度加以测试评定，还能通过pH计对腐蚀规律进行研究。因此，本试验装置对石油加工过程中的中和剂和缓蚀剂的开发、评定和工业应用具有十分重要的意义。

Description

石油蒸馏塔顶防腐蚀试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种试验装置，特别是涉及一种模拟石油蒸馏塔顶状况的防腐蚀试验装置。

背景技术

在全球范围内含硫原油和高含硫原油的产量占75％左右。我国进口的原油主要是中东地区的含硫原油，而且原油加工总量和含硫量有逐年升高的趋势。例如，在中石化镇海炼化公司1995年含硫原油加工总量为180万吨，而到2002年含硫原油加工总量达880万吨。整个公司的原油平均硫含量在1995年为0.52％，96年为0.68％，97年为0.86％，98年为0.94％，99年为1.01％，2000年为1.06％，2001年为1.19％，到2002年为0.98％。另外，同一产地原油的硫含量也在逐年上升，沙特轻质油的硫含量从1997年的1.91％上升到2.05％，伊朗原油的硫含量从1997年的1.25％上升到1.63％，国内胜利原油的硫含量也从0.8％上升到1.0％以上。因此，炼油工业面临硫含量增多带来的一系列问题，对炼油厂的加工工艺、防腐措施等方面提出了新的要求。

在石油加工过程中，原油要在常压塔及减压塔中进行蒸馏分离。原油中所含的盐类主要有CaCl₂和MgCl₂等，它们在高温下水解产生HCl，在塔顶低温部位与H₂S、水一起冷凝下来形成强腐蚀性的H₂S-HCl-H₂O溶液，造成常压、减压蒸馏塔顶系统的严重腐蚀。因此，原油含盐是造成腐蚀的主要原因。

原油中含盐量与设备的腐蚀成正比，原油含盐主要是以金属的氯化物形式存在，并通过氯离子的水解等化学反应对设备造成腐蚀。在原油加热生产过程中，例如MgCl₂、CaCl₂、NaCl等氯化物在加热的情况下会发生如下的反应：

HCl是一种强腐蚀性的物质，在水存在的条件下可与Fe发生反应，方程式如下：

为此，对原油进行脱盐是一项重要的防腐措施。为了更好地脱盐，国内外对进炼油厂的原油含盐量作了一定的限制，美国规定≯50ppm，日本从中东进口的原油规定10～24ppm，前苏联规定为40ppm。随着电脱盐技术的发展和对二次加工原料金属含量的要求，国内脱盐要求原油经脱盐处理后含盐量达到≯3ppm。

因原油含盐生成的HCl和硫化物加热分解生成H₂S。在塔顶，H₂S随塔顶油气进入分馏塔的顶部和冷凝冷却系统。当在塔顶冷凝冷却系统出现水滴时，HCl即溶于水生成盐酸，此时由于初凝区水量极少，盐酸浓度可达1％～2％，成为一个腐蚀性极强的“稀盐酸腐蚀环境”。若有H₂S存在，可加速对该部位的腐蚀，H₂S、HCl相互促进构成循环腐蚀，反应如下：

在含硫原油的加工过程中，工艺防腐和设备防腐相结合是一种行之有效的办法。具体地说，一方面要做好设备材质的升级，另一方面要优化电脱盐装置的操作以及在塔顶加注缓蚀剂，以确保装置的长周期安全生产。因此，开展常压、减压蒸馏塔顶H₂S-HCl-H₂O溶液系统腐蚀机理的探讨是非常重要的。

在常压、减压蒸馏塔的塔顶部位，在不注中和剂条件下，存在初凝区强酸性腐蚀。初凝区NH₄Cl和NH₄HS会引起腐蚀，H₂S在HCl水溶液中的协同腐蚀作用会更加剧设备的腐蚀。塔顶的露点区范围与原油性质，操作控制等有关，但一般在100℃～140℃之间。

在常压、减压蒸馏塔的塔顶部位，pH值的控制对腐蚀的影响也很大，一般要求控制在6～8。在实际操作中还要考虑缓蚀剂的种类以及是否加注氨水等因素，要严格控制氨水的复配比例，防止在初凝区出现强酸性腐蚀。因此对塔顶进行pH值的测量也是十分重要的。

总之，需要测定塔顶条件下的材质腐蚀情况、不同种类缓蚀剂的缓蚀效果及用量、pH值等，藉以指导实际生产操作。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种能模拟石油蒸馏塔顶状况的防腐蚀试验装置，以便测定塔顶条件下的各种参数来指导实际生产操作。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种石油蒸馏塔顶防腐蚀试验装置，包括：一由耐腐蚀材料制成的高压釜，用于容纳试验用溶液；以及一密封地连接于所述高压釜的盖子，在所述盖子上设置有至少一个接口，用于连接试验所需的附件。

利用本实用新型的装置，可以测试温度在室温到230℃，压力在常压到0.5MPa下的模拟蒸馏塔顶的状况。其中，可以模拟的在蒸馏塔顶的不同的低温湿环境腐蚀包括：HCl-H₂S-H₂O系统的腐蚀、HCN-H₂S-H₂O系统的腐蚀、H₂S-NH₃-H₂-H₂O系统的腐蚀、H₂S-CO₂-H₂O系统的腐蚀和RNH₂-H₂S-CO₂-H₂O系统的腐蚀。另外，该试验装置能对添加到系统中的各种中和剂和缓蚀剂的种类和添加浓度加以测试评定，还能通过附件接口接pH计对腐蚀规律进行研究。因此，本试验装置对石油加工过程中的中和剂和缓蚀剂的开发、评定和工业应用具有十分重要的意义。

本实用新型的其它特征、目的和优点将通过以下结合附图对较佳实施例的描述而变得更加清楚。

附图说明

图1是根据本实用新型一较佳实施例的石油蒸馏塔顶防腐蚀试验装置的示意图。

具体实施方式

如图1所示，根据本实用新型一较佳实施例的防腐蚀试验装置主要包括：温度控制器1、电加热棒2、带套管的温度计3、挂片4、带套管的pH传感器5、放空阀6、pH测试器7、压力计8、高压釜9、恒温槽10和盖子11。

由钛材构成的高压釜9可容纳用于试验的溶液，并通过盖子11连接各种附件。考虑到本装置测定的腐蚀体系的多样性，腐蚀介质有HCl、H₂S、HCN、NH₃、CO₂等，而且要承受一定的温度和压力，因此采用钛材来制备高压釜。

钛原子的价电子层构型为3d²4s²，其次外d层未被充满，存在空位。根据配位场理论，过渡金属的钝化现象与次外层d层中的电子空位有关。次外d层的电子空位作为接受体，而溶液中溶存氧作为供体，相互结合形成致密的氧化物保护膜起到防腐作用。由此可见，钛具有良好的耐腐蚀性，而且具有较好的综合力学性能和良好的加工性能。因此，最好是所有与腐蚀介质接触的部件，包括高压釜9、盖子11、温度计3(例如铂电阻)的套管和pH传感器5的套管都采用钛材(例如TA2)来制造。当然，除了以上所述的钛之外，还可以考虑采用具有高耐腐蚀性的特殊不锈钢材料来制造与腐蚀介质接触的部件。

盖子11可通过例如螺栓之类的紧固件密封地连接于高压釜9。为提高密封效果，最好在盖子11与高压釜9之间设置垫片。常用的是聚四氟乙烯垫片，但由于它是刚性的，使用几次以后就无法密封。若采用相对柔性的石棉垫片，则在使用几次以后，有部分碎片脱落，可能污染测试液体。考虑到这些缺陷，本实用新型的试验装置采用聚四氟乙烯包夹石棉材料形成的复合垫片。这种复合垫片不但可以解决密封问题，而且不会污染测试液体。

在盖子11上设置有至少一个接口，以便根据需要连接各种附件。具体地说，如果需要对高压釜9内的温度和压力进行比较严格、精确的控制和测定，就可以将温度计3和压力计8通过盖子11上的接口联系于高压釜9的内部。

一般来说，该试验装置的测试温度控制在室温到240℃。温度可以在温度控制器1的控制下通过如图所示的油浴恒温槽10来实现，也可以通过在高压釜外缠绕电加热带来实现。测试压力控制在常压到0.5Mpa。压力在一般情况下不控制，只是达到在测试温度下的水的饱和蒸汽压。也可以根据需要通过附件接口与压力源(例如N₂，H₂或其他气瓶)连接，往高压釜冲压，通过放空阀6对放空口的控制，达到试验所需的压力。当然，在温度和压力不需要严格控制和测定的情况下，就不需要设置温度计3和压力计8和相应的控制装置。

另外，盖子11还可以设置一个供插入pH传感器5的接口。将该pH传感器5(例如美国ISI公司出品的ISI IP600-1型pH传感器)连接于pH测试器(例如任氏电子有限公司生产的JENCO-676 pH测试器)就可以测定在要求测试温度和压力下的pH值，研究pH值对腐蚀的影响规律。

下面描述利用该试验装置测试低温湿环境下腐蚀速度的方法。以测试HCl-H₂S-H₂O系统的腐蚀速度为例。

1.挂片4的准备：将碳钢挂片用砂纸打磨去除锈迹，用丙酮清洗去除油污，然后用含10％H₂SO₄和1％甲醛的混合溶液清洗1分钟。最后分别用自来水，蒸馏水将挂片洗净，干燥备用。将干燥后的挂片放入分析天平中称量W₀，精确到0.0001g，量尺寸、计算表面积后；放入干燥器备用。

2.试液准备：配制0.1％的HCl水溶液1000毫升，往HCl水溶液通入H₂S至饱和，并根据实验要求加入缓蚀剂(对照空白组不加)。

3.将上述试液倒入高压釜9，用棉线将挂片4挂在挂钩上，挂片位于与釜底与液面的中间。上紧盖子11，关闭放空阀6，将多余的附件接口用堵头堵死。然后将高压釜9放入已恒温到120℃的油浴恒温槽10中。

4.高压釜9在油浴中恒温6小时后取出，冷却，打开放空阀6泄压。打开盖子11，观察挂片的外貌，对挂片4进行后处理。

5.挂片的后处理：用10％H₂SO₄和1％甲醛的混合溶液清洗1min；最后分别用自来水，蒸馏水将挂片清洗干净，干燥后称重W_t，计算腐蚀率。腐蚀率的计算式如下：

V = \frac{(W_{0} - Wt) \times 87600000}{d \times t \times s}

式中：V-腐蚀率(mm/a)

W₀-试片的原始重量(g)

W_t-试片试验后重量(g)

d-碳钢密度7860kg/m³

t-试验时间(h)

s-试片腐蚀面积(cm²)

如果需要测腐蚀介质的pH值，只要把带钛管护套的pH传感器5插入盖子11上的附件接口，连接pH测试器7就可以测定在要求测试温度和压力下的pH值，研究pH值对腐蚀的影响规律。此时必须注意三点：1.腐蚀介质必须干净，不能含有烃类及其他杂质，因此最好把腐蚀速率测定和pH值测定分开进行，以免挂片腐蚀产物影响pH值测试准确性和pH传感器寿命。2.pH传感器的使用温度不能超过120℃。3.pH传感器在120℃时，停留时间不能超过20分钟，以免损坏pH传感器。

虽然以上结合较佳实施例对本实用新型的防腐蚀试验装置进行了详细的描述，但熟悉本技术领域的普通技术人员应该可以在以上揭示内容的基础上作出各种等同的变型和改动。因此，本实用新型的保护范围仅由所附权利要求书来限定。

Claims

1.一种石油蒸馏塔顶防腐蚀试验装置，其特征在于，包括：一由耐腐蚀材料制成的高压釜，用于容纳试验用溶液；一密封地连接于所述高压釜的盖子，在所述盖子上设置有至少一个接口，用于连接试验所需的附件。

2.如权利要求1所述的防腐蚀试验装置，其特征在于，所述高压釜和所述法兰盖由钛制成。

3.如权利要求1所述的防腐蚀试验装置，其特征在于，所述附件包括一带套管的温度计，该温度计通过所述盖子上的接口联系于所述高压釜的内部。

4.如权利要求1所述的防腐蚀试验装置，其特征在于，所述附件包括一压力计，该压力计通过所述盖子上的接口联系于所述高压釜的内部。

5.如权利要求1所述的防腐蚀试验装置，其特征在于，所述附件包括一pH传感器，该pH传感器通过所述盖子上的接口插入所述高压釜的内部，并连接于一pH测试器。

6.如权利要求1所述的防腐蚀试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括一加热装置，所述加热装置由一温度控制器来控制。

7.如权利要求6所述的防腐蚀试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括一恒温槽，所述高压釜被放置在所述恒温槽内。

8.如权利要求6所述的防腐蚀试验装置，其特征在于，所述加热装置为缠绕在高压釜外的电加热带。

9.如权利要求1所述的防腐蚀试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括一由放空阀控制的放空口。

10.如权利要求1所述的防腐蚀试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括一压力源，该压力源通过所述盖子上的接口联系于所述高压釜的内部。